第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)1

第一章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)故障概述標(biāo)幺值無(wú)限大功率電源供電的三相短路電流分析10/16/2023

第一節(jié)故障概述一.短路短路的概念

短路是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。短路也稱橫向故障。短路的原因

１．絕緣損壞

產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對(duì)地絕緣被損壞。

２．誤操作

運(yùn)行人員在線路檢修后未拆除地線就加電壓等誤操作。10/16/2023

短路的類型短路類型符號(hào)示意圖特點(diǎn)三相短路f(3)

對(duì)稱故障兩相短路f(2)非對(duì)稱故障單相接地短路f(1)非對(duì)稱故障兩相接地短路f(1,1)非對(duì)稱故障(65%)(20%)(10%)(5%)10/16/2023短路的危害

１大電流產(chǎn)生巨大電動(dòng)力，造成機(jī)械損壞（動(dòng)穩(wěn)定）；２燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）；３電網(wǎng)大面積電壓下降；４破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；５影響電力系統(tǒng)通訊。

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短路的后果舉例2003年8月14日－美國(guó)大停電?美國(guó)東部(EDT)時(shí)間2003年8月14日16:11開(kāi)始（北京時(shí)間8月15日晨4:11），美國(guó)東北部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故?紐約:交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和地隧道里、冒酷熱步行回家?停電影響美國(guó)：俄亥俄州、密歇根州、紐約州、馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、賓夕法尼亞州、佛蒙特州（8個(gè)州）加拿大：安大略省、魁北克?。?個(gè)?。?0/16/2023?損失負(fù)荷：6180萬(wàn)千瓦?5000萬(wàn)居民失去電力供應(yīng)?恢復(fù)需幾天時(shí)間-8月14日19：30恢復(fù)134萬(wàn)千瓦-8月14日23：00恢復(fù)2130萬(wàn)千瓦-8月15日11：00恢復(fù)4860萬(wàn)千瓦?美國(guó)切機(jī)20多臺(tái)（含9臺(tái)核電機(jī)組）美加共計(jì)切機(jī)百余臺(tái)?美經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)：美損失：300億美元/天安大略省損失：50億美元2003年8月14日－美國(guó)大停電10/16/2023停電前后衛(wèi)星拍到的美國(guó)上空照片10/16/2023

短路電流計(jì)算的意義是電氣設(shè)備選擇的依據(jù)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的依據(jù)（廣東電網(wǎng)、上海電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，短路電流太大，不安全，難以選擇斷路器）是電力系統(tǒng)保護(hù)配置的依據(jù)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制措施制定的依據(jù)10/16/2023二.斷線

斷線也稱縱向故障，例如一相斷線使系統(tǒng)發(fā)生兩相運(yùn)行的非全相運(yùn)行情況。一相斷線或兩相斷線故障也屬于不對(duì)稱故障，其分析計(jì)算方法與不對(duì)稱短路故障類似。在電力系統(tǒng)中的不同地點(diǎn)(兩處以上)同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱故障的情況，稱為復(fù)雜故障。10/16/2023三.故障分析中的基本假設(shè)

1、假定同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持不變：由于電磁暫態(tài)過(guò)程的時(shí)間很短，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變化非常微?。ㄓ袘T性）；2、各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)間的相位角―相對(duì)功率角變；3、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率保持不變。

不考慮機(jī)電的相互作用！10/16/2023四.短路故障的基本分析方法電氣量劇烈變化，采用微分方程分析，即：建立系統(tǒng)的微分方程模型（暫態(tài)模型），根據(jù)短路條件求解微分方程組。（以發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路為例進(jìn)行分析）短路后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)：短路后的瞬間：各電氣量幅值、相位、頻率均不再變化，采用相量分析（類似于穩(wěn)態(tài)計(jì)算），求解代數(shù)方程組。（對(duì)稱分量法）

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短路后的不同時(shí)段

短路后的瞬間短路發(fā)生時(shí)刻短路后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)10/16/2023第二節(jié)標(biāo)幺值一．標(biāo)幺值

標(biāo)幺值的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

對(duì)于任意物理量均可用標(biāo)幺值表示。

標(biāo)幺值無(wú)量綱，無(wú)單位！

10/16/2023二．基準(zhǔn)值的選取

基準(zhǔn)值的選取有一定的隨意性，在電路中，物理量Ｕ，Ｉ，Ｓ，Ｚ間有基本關(guān)系：?jiǎn)蜗嗳鄦蜗嗳嗨膫€(gè)量中去任意兩個(gè)為基準(zhǔn)值，一般選定電壓和功率的基準(zhǔn)值。10/16/2023

可得標(biāo)幺值表示

單相三相10/16/2023三．不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)算

用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，把各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個(gè)電壓等級(jí)后，在此基礎(chǔ)上選定統(tǒng)一的基準(zhǔn)值求各參數(shù)元件的標(biāo)幺值。常用準(zhǔn)確計(jì)算法和近似計(jì)算法。（一）準(zhǔn)確計(jì)算法

原則用實(shí)際變比適用范圍潮流計(jì)算（二）近似計(jì)算法

原則用平均額定電壓比適用范圍故障分析10/16/2023我國(guó)電網(wǎng)額定電壓的平均額定電壓值

平均額定電壓值單位：ＫＶ電網(wǎng)額定電壓361035110220330500平均額定電壓3.156.310.53711523034552510/16/2023例題1故障計(jì)算時(shí)標(biāo)么值用近似計(jì)算。設(shè)變壓器容量

,

10/16/2023可得

近似計(jì)算時(shí)，

假設(shè)220=230即,UN=UB

得10/16/2023例題2計(jì)算圖示輸電系統(tǒng)的等值電路的參數(shù)標(biāo)幺值

ⅡⅠⅢ10/16/2023第三節(jié)無(wú)限大功率電源供電的三相短路電流分析一,

無(wú)限大功率電源

電源功率為無(wú)限大時(shí)，外電路發(fā)生短路，電源的電壓和頻率（對(duì)應(yīng)于同步機(jī)的轉(zhuǎn)速）保持恒定，無(wú)限大電源可以看作是由多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定．

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二,暫態(tài)過(guò)程分析

當(dāng)在f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，電路被分成兩個(gè)獨(dú)立的回路。左邊回路仍與電源連接，右邊回路則沒(méi)有電源。

10/16/2023上圖所示的三相短路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài)，其a相的電流表達(dá)式為

式中右邊回路中，電流將從短路發(fā)生瞬間的值不斷衰減，一直到磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量全部變?yōu)殡娮柚兴牡臒崮埽娏骷此p為零。左邊回路中，每相阻抗由原來(lái)的

(R+R’)+jω(L+L’)減小為R+jωL，其穩(wěn)態(tài)電流必將增大。10/16/2023短路后回路滿足以下方程其中10/16/2023由于電感電流不能突變，因此有：

C值的確定代入通解得到：10/16/2023所以不衰減！衰減時(shí)間常數(shù)：T=L/R交流分量衰減的直流分量10/16/202310/16/2023

由于三相電路對(duì)稱，只要用(α+120o)和(α-120o)代替式中的α就可分別得到b相和c相的電流表達(dá)式

可見(jiàn)，短路至穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個(gè)幅值相等，相角相差120o的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。從短路發(fā)生到穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)過(guò)程中，每相電流中包含有逐漸衰減的直流電流，其出現(xiàn)的物理原因是電感電流不能突變。10/16/2023下圖畫出了t=0時(shí)的a相的電源電壓，短路前的電流和短路電流交流分量的相量圖a相短路電流的