電力系統(tǒng)故障分析

電力系統(tǒng)缺點(diǎn)分析第一章電力系統(tǒng)缺點(diǎn)分析的根本知識第1節(jié)什么是電力系統(tǒng)缺點(diǎn)？〔缺點(diǎn)概述〕第2節(jié)如何使缺點(diǎn)計(jì)算更簡明？〔標(biāo)幺值〕第3節(jié)最簡單的缺點(diǎn)分析是什么？——〔無限大功率電源供電的三相短路分析〕第1節(jié)什么是電力系統(tǒng)缺點(diǎn)？〔缺點(diǎn)概述〕在電力系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，時(shí)常會發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路缺點(diǎn)〔簡稱短路〕。一、短路的概念及根本類型1、短路的概念所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況以外的相與相之間或相與地〔或中性線〕之間的銜接。2、短路的根本類型在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除中性點(diǎn)外，相與相或者相與地之間是絕緣的。下l列給出了三相系統(tǒng)中短路的根本類型。三相短路兩相短路單相短路接地兩相短路接地二、短路產(chǎn)生的緣由

產(chǎn)生短路的主要緣由是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或者相對地絕緣被損壞。例如架空輸電線的絕緣子能夠由于遭到過電壓〔例如由雷擊引起〕而發(fā)生閃絡(luò)或由于空氣的污染使絕緣子外表在正常任務(wù)電壓下放電；其他電氣設(shè)備，發(fā)電機(jī)、變壓器、電纜線路等的載流備份絕緣資料在運(yùn)轉(zhuǎn)中損壞；運(yùn)轉(zhuǎn)人員在線路檢修后未撤除地線就加電壓等誤操作也會引起短路缺點(diǎn)。

三、短路對電力系統(tǒng)的危害

1、短路對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和電氣設(shè)備有很大的危害

在發(fā)生短路時(shí)，由于短路對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和電氣設(shè)備有很大的危害。在發(fā)生短路時(shí)，由于電源供電問路的阻抗減小以及忽然短路時(shí)的暫態(tài)過程，使短路時(shí)線路中的短路電流值大大添加，能夠超越該電路的額定電流許多倍。短路點(diǎn)距發(fā)電機(jī)的電氣間隔愈近(即阻抗愈小)，短路電流愈大，例如么發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)定子回路的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)發(fā)電機(jī)額定電流的10—15倍。在大容量的系統(tǒng)中短路電流可達(dá)幾萬甚至幾十萬安培。短路點(diǎn)的電弧有能夠燒壞電氣設(shè)備。短路電流經(jīng)過電氣設(shè)備導(dǎo)體時(shí)，其熱效應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。另一方面，導(dǎo)體也遭到很大電動力的沖擊，致使導(dǎo)體變形甚至損壞。因此，各種電氣設(shè)備應(yīng)有足夠的熱穩(wěn)定度和機(jī)械穩(wěn)定度(或稱動穩(wěn)定度)，使電氣設(shè)備在經(jīng)過最大能夠的短路電流時(shí)不致?lián)p壞。

2、短路會引起網(wǎng)絡(luò)中電壓降低短路還會引起網(wǎng)絡(luò)中電壓降低，特別是接近短路點(diǎn)處電壓下降很最多，結(jié)果能夠使部分用戶的供電遭到破壞。3、能夠引起并列遠(yuǎn)行的發(fā)電機(jī)失去同步系統(tǒng)中發(fā)生短路相當(dāng)于改動了網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造，必然引起系統(tǒng)中功率分布的變化，發(fā)電機(jī)輸出功率也相應(yīng)地變化。因此當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸入功率大于輸出功率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將增大，這就有能夠引起并列遠(yuǎn)行的發(fā)電機(jī)失去同步。破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地域停電。這是短路呵斥的最嚴(yán)重的后果。4、呵斥對通訊系統(tǒng)的干擾不對稱接地短路所引起的不平衡電流，產(chǎn)生不平衡磁通，會在臨近的平行的通訊線路內(nèi)感應(yīng)出相當(dāng)大的電勢，呵斥通訊系統(tǒng)的干擾，甚至危及設(shè)備和人身的平安。電力設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)發(fā)電廠、變電所時(shí)，需求對電氣接線、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體進(jìn)展選擇，選擇的根據(jù)之一就是短路計(jì)算的結(jié)果，要求設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)在短路情況下有足夠的熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度，配置和整定繼電維護(hù)也需求進(jìn)展短路計(jì)算。要想計(jì)算出系統(tǒng)中某一點(diǎn)發(fā)生短路后各處的電流電壓，必需采用一些合理的假設(shè)，以簡化計(jì)算。課堂花絮——電力系統(tǒng)缺點(diǎn)2003.8.14美加大停電★北美歷史上最嚴(yán)重的停電事故：h>30h,涉及美8州和加；受災(zāi)人數(shù)5000萬；每天直接損失300億美圓?！锿ｋ娨鸺~約、渥太華等多個(gè)大型城市完全癱瘓，“覺得比9-11還可怕〞。交通癱瘓機(jī)場封鎖恐慌搶購露宿街頭地鐵人群疏散衛(wèi)生系統(tǒng)停運(yùn)停電后的曼哈頓2003年8月28號倫敦大停電地鐵停運(yùn)25萬人被困地鐵站下午6點(diǎn)，下班頂峰，繼續(xù)兩個(gè)多小時(shí)近年的電力系統(tǒng)停電事故2003年9.23瑞典丹麥大停電2003年9.28意大利全國大停電2003年中國21個(gè)省拉閘限電2004年7月12日雅典奧運(yùn)開幕前一月大停電2005年8月18日印尼大停電，1億多人受災(zāi)2005年5月25日莫斯科大停電2005年9月26日中國海南電網(wǎng)由于臺風(fēng)襲擊全面瓦解2006年11月4日歐洲大停電事故2021年1月25日中國雪災(zāi)導(dǎo)致南方數(shù)省電網(wǎng)解體電力系統(tǒng)的特點(diǎn)復(fù)雜性:人造的最大機(jī)器,龐大,機(jī)理復(fù)雜,每秒30萬公里,發(fā)輸用同時(shí)性；根底性:現(xiàn)代都市的根底、“軟肋〞前沿性：“大電網(wǎng)控制〞04年被美國<技術(shù)評論>雜志評為十大開辟性新興科技領(lǐng)域之一進(jìn)展：老學(xué)科——科技熱點(diǎn)和前沿人才需求：“新能源利用、智能電網(wǎng)〞艱苦需求，電力企業(yè)人才需求量上升。第2節(jié)如何使缺點(diǎn)計(jì)算更簡明？〔標(biāo)幺值〕標(biāo)幺值〔相對值〕有名值〔有單位的物理量〕基準(zhǔn)值〔與有名值同單位的物理量〕電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，留意基準(zhǔn)值要求一致?。?！電氣設(shè)備如發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的阻抗參數(shù)均是以其本身額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值或百分值給出的；而在進(jìn)展電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，必需一致基準(zhǔn)值，即要求將原來的以本身額定值為基準(zhǔn)值的阻抗標(biāo)幺值換算到一致的基準(zhǔn)值。1、標(biāo)幺制優(yōu)點(diǎn)基準(zhǔn)值改動時(shí)需求換算標(biāo)幺值——電抗下標(biāo)B表示一致基準(zhǔn)值及其對應(yīng)的標(biāo)幺值下標(biāo)N表示設(shè)備額定值及其對應(yīng)的標(biāo)幺值發(fā)電機(jī)：普通給出其額定電壓、額定功率以及以額定值為基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)幺值。(1)發(fā)電機(jī)(2)變壓器變壓器：普通給出其額定電壓、額定功率以及短路電壓百分?jǐn)?shù)等。短路電壓百分?jǐn)?shù)和電抗標(biāo)幺值的關(guān)系為：轉(zhuǎn)換為一致基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)幺值為：(3)電抗器電抗器：普通給出其額定電壓、額定電流和電抗百分?jǐn)?shù)等。變壓器聯(lián)絡(luò)的不同電壓等級電網(wǎng)中各元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)算1、用有名值計(jì)算時(shí)，把不同電壓等級中各個(gè)元件的參數(shù)〔如電抗〕歸算到一個(gè)電壓等級，然后按普通電路計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果再折算回到各段，即得各段的有名值；2、用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，先把各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個(gè)電壓等級后，選定一致的基準(zhǔn)值求各元件參數(shù)的標(biāo)幺值。第三節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析無限大功率電源：電源電壓幅值和頻率均為恒定1〕電源功率無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路引起的功率改動對電源可以為無影響，因此電源的電壓和頻率〔同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速〕堅(jiān)持恒定。2〕無限大功率電源可看作是由多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因此其內(nèi)阻抗為零，電源電壓堅(jiān)持恒定。實(shí)踐運(yùn)用中假設(shè)供電電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗的10%，那么可以為供電電源為無限大功率電源。由于此時(shí)外電路發(fā)生短路對電源影響很小，可近似以為電源電壓幅值和頻率堅(jiān)持恒定。一、暫態(tài)過程分析一、暫態(tài)過程分析右邊的電路變成沒有電源的回路，電流將從短路瞬間的值不斷衰減，直至一切磁場能量變?yōu)殡娮柚泻馁M(fèi)的熱能，即電流變?yōu)榱?。一、暫態(tài)過程分析左邊電路中，每相阻抗減小，其穩(wěn)態(tài)電流值必將增大，短路暫態(tài)過程的分析和計(jì)算就是針對這一回路的。短路前后的a相電流分析短路前電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，a相電流為：短路前后的a相電流分析短路前電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，a相電流為：發(fā)生短路時(shí)，左邊回路的阻抗由減小為，因此，其穩(wěn)態(tài)電流值必將增大發(fā)生三相短路后，a相電流的瞬時(shí)值：一階常系數(shù)、線性非齊次的常微分方程根據(jù)該微分方程如何求取短路的全電流？發(fā)生三相短路后，a相電流的瞬時(shí)值：一階常系數(shù)、線性非齊次的常微分方程常微分方程的特解：穩(wěn)態(tài)短路電流，又稱交流分量或周期分量。發(fā)生三相短路后，a相電流的瞬時(shí)值：一階常系數(shù)、線性非齊次的常微分方程短路電流的自在分量電流，又稱直流分量或非周期分量。積分常數(shù)C由初始條件決議，根據(jù)楞次定律，經(jīng)過電感的電流是不能突變的，即短路前后瞬間的電流值必需相等，即：對于短路電流的自在分量：，未知量C和Ta？積分常數(shù)C由初始條件決議，根據(jù)楞次定律，經(jīng)過電感的電流是不能突變的，即短路前后瞬間的電流值必需相等，即：對于短路電流的自在分量：，未知量C和Ta？如何根據(jù)a相電流獲知b相和c相電流？由于三相電路對稱，因此b相和c相電流分別比a相電流滯后120度和240度，即：實(shí)際總結(jié)+圖形總結(jié)㈠、實(shí)際總結(jié)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120度的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。在短路到穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理緣由是電感中電流在忽然短路瞬時(shí)的前后不能突變。顯然，三相的直流電流是不相等的。㈡、圖形總結(jié)，由圖1-5可見：⑴短路前和短路后的三相電流的交流分量均為幅值相等、相角差120度的三個(gè)正弦電流；⑵直流分量曲線就是短路電流曲線的對稱軸，即短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線的等分線；⑶直流分量起始值越大，短路電流瞬時(shí)值越大；t=0時(shí)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短路前為空載時(shí)a相的電流相量圖結(jié)論當(dāng)短路發(fā)生在電感電路中、短路前為空載的情況下直流分量電流最大；假設(shè)初始相角滿足，那么一相短路電流的直流分量起始值的絕對值到達(dá)最大值，即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。短路電流的最大瞬時(shí)值短路沖擊電流短路沖擊電流和最大有效值電流短路沖擊電流：短路電流在最惡劣短路情況下的最大瞬時(shí)值。代入全電流