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文檔簡(jiǎn)介
第一章電力系統(tǒng)故障分析及基礎(chǔ)理論短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障.所謂短路,是指一切不正常的相與相之間或相與地(對(duì)化,設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等;(2)氣象條件惡化,例如導(dǎo)線覆冰引起電桿倒塌等;(3)違規(guī)操作,例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘,線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等;(4)其它,例如挖溝損傷電纜,鳥獸跨接在裸露的載在三相系統(tǒng)中,可能發(fā)生的短路有:三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路.三相短路也稱為對(duì)稱短路,系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱狀態(tài)。其他類型的短路都是不對(duì)稱短路。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,在各種類型的短路中,單相短路占大多數(shù),兩相短路較隨著短路類型、發(fā)生地點(diǎn)和持續(xù)時(shí)間的不同,短路的后果可能只破壞局部地區(qū)的正常供電,也可能威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。短路的危險(xiǎn)后果一般有以下的幾個(gè)方面:(1)短路故障時(shí)短路點(diǎn)附近的支路中出現(xiàn)比正常值大許多倍的電流,由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng),導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力,可能使導(dǎo)體及其支架遭到破壞。影響.路計(jì)算的內(nèi)容.還應(yīng)包括中性點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于不同的計(jì)算目的,所采用的計(jì)算條件是不同的。1.1.2.恒電勢(shì)源電路(無窮大電源)的三相短路5~10%,則短路時(shí)電源電壓的變化很小,則可近似認(rèn)為其為一無限大功率電源。無限大功率電源供電系統(tǒng)在某點(diǎn)K發(fā)生三相短路時(shí)的電路圖如下圖1—1。短路前當(dāng)點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí),這個(gè)電路即被分成兩個(gè)獨(dú)立的電路,其中左邊的一個(gè)仍與電例如a相。為此,我們寫出a相的微分方程式如下:方程式的解就是短路的全電流,它由兩部分組成:第一部分是方程式的特解,它代短路電流的自由分量與外加電源無關(guān),它是按指數(shù)規(guī)律衰減的直流,亦稱為非周期這樣,短路的全電流可以表示為根據(jù)電路的開閉定律,電感中的電流不能突變,短路前瞬間(以下標(biāo)[0]表示)的電流應(yīng)等于短路發(fā)生后瞬間(以下標(biāo)0表示)的電流。將t=0分別代入短路前和短路后的因此到b相或c相短路電流的算式.周期分量的有效值的大小與合閘角α無關(guān),而非周期分量的大小與合閘角α有關(guān)。述情況相當(dāng)于短路發(fā)生在電源電勢(shì)剛好過零,即α=0的時(shí)刻。由圖可見,短路電流的最大瞬時(shí)值在短路發(fā)生后約半個(gè)周期出現(xiàn).若,這個(gè)時(shí)間約為短沖擊電流主要用來校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的電動(dòng)力穩(wěn)定度,以保證設(shè)備在短路時(shí)不致因短路電流產(chǎn)生的沖擊力而發(fā)生變形或損壞。在短路過程中,任一時(shí)刻的短路電流有效值,是指以時(shí)刻為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬間電流的均方根值,即式中,,和分別為時(shí)刻短路電流,它的周期分量和非周期分量的瞬時(shí)值。在電力系統(tǒng)中,短路電流周期分量的幅值,只有當(dāng)由無限大功率電源供電時(shí)才是恒定的,而在一般情況下則是衰減的(見圖1—2)。利用式(1-12)進(jìn)行計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的。短路電流的最大有效值出現(xiàn)在短路后的第一個(gè)周期.在最不利的情況下發(fā)生短路時(shí),而第一個(gè)周期的中心為t=0.01s,這時(shí)非周期分量的有效值為:將這些關(guān)系代入式(1—12),便得到短路電流最大有效值的計(jì)算公式為:值同短路處的正常工作電壓(一般用平均額定電壓)的乘積,即上式(1-16)表明,短路功率的標(biāo)幺值與短路電流標(biāo)幺值相等。計(jì)算短路功率.同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路與無限大電源三相短路的根本差別在于同步發(fā)電機(jī)的短路前:同步發(fā)電機(jī)處于正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組建立的勵(lì)磁電流為.勵(lì)磁繞組自身的漏磁鏈(下標(biāo)代表漏磁),一是同時(shí)交鏈定子繞組的主磁鏈(下標(biāo)d代表利用以上分析可推導(dǎo)采用工程分析方法后的同步發(fā)電機(jī)短路電流(包括時(shí)間常數(shù)各種電抗按大小排列,有如下關(guān)系:下圖1-3所示。符號(hào)名稱基本方程用途空載電勢(shì)直軸暫態(tài)電勢(shì)直軸次暫態(tài)電勢(shì)交軸次暫態(tài)電勢(shì)暫態(tài)電抗后電勢(shì)次暫態(tài)電勢(shì)以上分析的短路電流都是考慮在同步發(fā)電機(jī)端口處發(fā)生三相短路,若距發(fā)電機(jī)端口代入相應(yīng)的短路電流表達(dá)式中計(jì)算.1.1.4.電力系統(tǒng)實(shí)用短路計(jì)算題;計(jì)算結(jié)果的可信度問題(誤差問題)。所以窮大功率電源和同步發(fā)電機(jī)三相短路分析中已指出的,其核心是抓住短器電抗之和.均勻布置著短接的繞組(鼠籠繞組),結(jié)構(gòu)和同步發(fā)電機(jī)的阻尼繞組類似.這樣,異步電動(dòng)電抗.由于其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)稱,故無和之分。異步電動(dòng)機(jī)的次暫態(tài)電勢(shì)可由圖1—4所示的相量圖得到。(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)額定運(yùn)行時(shí),如功率因數(shù)為0。8,,則.一般僅對(duì)在短路點(diǎn)附近的大型異步電動(dòng)機(jī)(容量在1000kW以上)才用上述次暫態(tài)抗表示形成次暫態(tài)等值電路的工作如圖1—5所示。機(jī)和需單獨(dú)考慮的大型異步電動(dòng)機(jī)外,其余所有節(jié)點(diǎn)的注入電流均為零.發(fā)電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)節(jié)點(diǎn)的注入電流為,這可從圖1-6所示的電源等值變換中得到說明.式中為對(duì)應(yīng)于次暫態(tài)等值電路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣.注意它和潮流計(jì)算中的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩導(dǎo)納要加上一個(gè)無窮大導(dǎo)納(在計(jì)算機(jī)上計(jì)算時(shí),可加上一個(gè)足夠大的值,例如:999999+j999999),以代表該點(diǎn)接地的效果,并且不改變的結(jié)構(gòu)。式中為節(jié)點(diǎn)電壓列向量.圖1-7.疊加原理在求解暫態(tài)電流中的應(yīng)用對(duì)正常分量,其和正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的情況完全相同,故障點(diǎn)的對(duì)地電流為0;對(duì)故障分量,其為一單電源網(wǎng)絡(luò),求解十分方便,只要利用戴維南定理求出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障端(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)求的等值阻抗.(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)式中:為故障前正常運(yùn)行時(shí)的電壓,和一樣可由潮流計(jì)算得到。(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)式中:為支路阻抗,注意不要和節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣中的元素混淆。常電壓,又是復(fù)數(shù)運(yùn)算.為此提出了更簡(jiǎn)化的方法即近似計(jì)算法,也稱為短路電流的實(shí)用計(jì)算法。在電力系統(tǒng)故障計(jì)算中現(xiàn)均采用標(biāo)幺制中的近似計(jì)算法,同時(shí)又作了進(jìn)一步的簡(jiǎn)得多;④取,因正常運(yùn)行時(shí)各節(jié)點(diǎn)電壓均約為1p.u。這樣,短路電流的求解便成為一個(gè)純電抗穩(wěn)態(tài)電路的求解,即無暫態(tài)過程,又無復(fù)數(shù)運(yùn)算,所以十分簡(jiǎn)單,可歸結(jié)為求得短路點(diǎn)的短路電流后,可用按電抗成反比的分流公式計(jì)算.短路電流的大小,也反映了該點(diǎn)和等值電源之間電氣聯(lián)系的緊密程度:短路功率越大,電氣聯(lián)系越緊密;電力系統(tǒng)越大,短路功率也越大.的切斷容量近似估計(jì)該點(diǎn)的短路容量,從而進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。除起始次暫態(tài)電流外,工程中有時(shí)還要求計(jì)算其它時(shí)刻的短路電流(仍指周期分量),作為選擇電氣設(shè)備及整定繼電保護(hù)的依據(jù)。如果對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)直接計(jì)算任意時(shí)類型(汽輪機(jī)或水輪機(jī))和運(yùn)算電抗的大小直接查出不同時(shí)刻的短路電流.不同國家有不國家不計(jì)算其它時(shí)刻的電流而直接用起始次暫態(tài)電流1.2.電力系統(tǒng)各元件的序阻抗和等值電路三相電路的解答,這個(gè)方法叫做對(duì)稱分量法。A相為基準(zhǔn)相時(shí),有關(guān)系式如下:因此三相對(duì)稱系統(tǒng)對(duì)稱分量變換為三個(gè)互不耦合的正、負(fù)、零序系統(tǒng).或同一節(jié)點(diǎn)的電壓相量()。4.正序網(wǎng)絡(luò)中存在原有的負(fù)荷分量電流、電圖1-10.故障點(diǎn)的電量(a)正序網(wǎng)絡(luò)(e)零序網(wǎng)絡(luò)(f)等值零序網(wǎng)絡(luò)圖1-11.正/負(fù)/零序網(wǎng)絡(luò)序、負(fù)序、和零序阻抗.所謂某元件的正序阻抗,抗器由三個(gè)單相電抗器組成)以及三個(gè)單相變壓等的.同步發(fā)電機(jī)正常對(duì)稱運(yùn)行時(shí),只有正序電流存在,電機(jī)的參數(shù)就是正序參數(shù)。穩(wěn)態(tài)時(shí)用的同步電抗、,過渡過程中用的、以及和都屬于正序電抗.當(dāng)電力網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了不對(duì)稱短路,不對(duì)稱的三相基頻短路電流可以分解為正、負(fù)、零負(fù)序電壓同步頻率分量與流入定子繞組負(fù)序電流同步頻率分量的比值.按這樣的定義,短路類型兩相短路單相短路兩相接地短路機(jī)的負(fù)序電抗與短路類型無關(guān).當(dāng)同步發(fā)電機(jī)經(jīng)外電抗短路時(shí),表1—1中所有各電抗、路類型無關(guān),其具體的數(shù)值一般由制造廠提供,也可以按下式(1—34)、(1-35)估算對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)和有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)對(duì)于無阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)的零序電抗是指施加在發(fā)電機(jī)端點(diǎn)的零序電壓同步頻率分量與流入定子繞組的零序電流同步頻率分量的比值。零序阻抗的變化范圍為等值零序電抗為無窮大。因此不出現(xiàn)在系統(tǒng)零序等值電路中。變壓器的電阻一般較小,在故障計(jì)算中常忽略。并且變壓器三相是對(duì)稱的,繞組相對(duì)靜止,故負(fù)序電抗與正序電抗相等。而零序電抗與變壓器的結(jié)構(gòu)、連接方式及中性點(diǎn)同一變壓器的值與所加零序電壓大小有關(guān),一般情況下零序電壓為2%~5%額定相電壓(加壓側(cè))時(shí),有最大值;當(dāng)零序電壓達(dá)到20%~30%額定相電壓(加壓側(cè))時(shí),趨(1)雙繞組變壓器的零序電抗和等值電路當(dāng)零序電壓加在繞組接成三角形或者中性點(diǎn)不接地的星形那一側(cè)時(shí),不管變壓器另零序電流經(jīng)中性點(diǎn)流入大地構(gòu)成回路.而二次側(cè)是否有零序電流,取決于其繞組的接線方式。形繞組中形成環(huán)流,而流不到繞組的線路上。如圖1—12所示,零序電流對(duì)外電路視作其零序電位與中性點(diǎn)電位相同.由于零序系統(tǒng)是對(duì)稱系統(tǒng),變壓器零序等值電路也可以(a)零序電流電路(b)零序等值電路(a)零序電流回路(b)零序等值電路2)接線變壓器零序等值電路如圖1—15(b)所示,零(a)零序電流電路(b)零序等值電路1)接線三繞組變壓器等值電路如圖1—17所示,由于側(cè)零序電流在繞組內(nèi)形成環(huán)流,繞組端點(diǎn)三相短路。y側(cè)無零序電流通過,變壓器零序等值電抗為:(a)零序電流回路(b)零序等值電路2)接線三繞組變壓器變壓器零序等值電路如圖1-18所示,Yn側(cè)繞組中是否有零序電流,取決于外電路中是否中性點(diǎn)接地。如果無接地,變壓器零序等值電路與接線相同;外電路中有接地中性點(diǎn),零序等值電抗為:(a)零序電流回路(b)零序等值電路3)接線三繞組變壓器(a)零序電流電路(b)零序等值電路其零序等值電路如圖1—19所示,變壓器零序電抗為:(3)自耦變壓器的零序電抗和等值電路很大部分將在繞組中抵消,只有較小一部分電流通過共用繞組。就傳輸?shù)墓β蕘碚f,除通過磁關(guān)系傳輸?shù)墓β释?,還有通過電關(guān)系直接傳輸?shù)墓β?所以,自耦變壓器較同容量的普通變壓器省材料、造價(jià)低,特別是一、二次電壓接近時(shí),這個(gè)優(yōu)點(diǎn)特別明顯。但是,自耦變壓器一、二次繞組電氣上直接相連,一、二次之間的零序電流和過電壓無法相互隔離,所以帶來零序保護(hù)配合和絕緣配合等問題.為防止一次(高壓)側(cè)發(fā)生單相接地時(shí),引起二次(中壓)側(cè)過電壓,通常將自耦變壓器的中性點(diǎn)直接接地或者經(jīng)電抗接地.這就使得自耦變壓器的一、二次繞組都是Yn接線,如果有第三繞組,通常是接線.其正序和負(fù)序等值電路與中性點(diǎn)的接地方式無關(guān),無論雙繞組自耦變壓器還是三繞組自耦變壓器,等值電路均與繞組數(shù)一樣的普通變壓器相似。而零序電抗則與中性點(diǎn)的絕緣情況有1)中性點(diǎn)直接接地的和接線自耦變壓器中性點(diǎn)直接接地的接線自耦變壓器。通常有,其零序等值電路如圖1—20所示。從圖中可以看出零序電抗為:式中:為高低壓繞組總的正序電抗。可見其零序等值電路和零序等值電抗與普通相同接線的雙繞組變壓器相同。但入地零序電流等于I、Ⅱ兩側(cè)實(shí)際電流之差的3倍,即。接線的自耦變壓器,中性點(diǎn)直接接地時(shí),其零序電流回路和零序等值電路如圖1-212)中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地的和接線自耦變壓器對(duì)于接線自耦變壓器,當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地時(shí),其零序電流回路如圖1-22所示.從圖中看出,I次、Ⅱ次繞組的零序電流分別是、,中流過的零序電流為,中性點(diǎn)電位為:如果I、IⅡ次繞組的額定電壓分別為和,與中性點(diǎn)之間的電位分別為和.歸算到I次側(cè)的I、Ⅱ次繞組的端點(diǎn)對(duì)地電壓為:歸算到I次側(cè)的等值零序電抗為,得對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地的自耦變壓器,其零序電流電路和零序等值電路如圖1-23所將Ⅱ繞組開路,就相當(dāng)于一臺(tái)接線雙繞組變壓器相同,歸算到一次側(cè)的等值零序電抗為:當(dāng)I繞組開路,時(shí),歸算到Ⅱ側(cè)的零序等值電路如圖1—24所示。零序等值電抗為:式中,為中性點(diǎn)直接接地時(shí),IⅡ、Ⅲ繞組的等值零序電抗歸算到Ⅱ側(cè)的值。為中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地時(shí),繞組Ⅱ、ⅢI的零序等值電抗歸算到Ⅱ側(cè)的值,再歸算到I側(cè),得式中,為中性點(diǎn)直接接地歸算到I側(cè)的Ⅱ、Ⅲ繞組的等值零序電抗。聯(lián)立解出自耦變壓器當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地時(shí)的零序等值電路中各支路的等值電抗從變壓器I側(cè)看進(jìn)去的零序阻抗為:1.2.2.3.架空線的零序阻抗及其等值電路電力線路是靜止元件,因此它的負(fù)序阻抗等于正序阻抗.但是三相導(dǎo)線中流過零序電流時(shí),由于各相導(dǎo)線間的電磁關(guān)系和正、負(fù)序不同,因此它的零序阻抗與正、負(fù)序阻抗也不相同。(1)單回路三相架空輸電線的零序阻抗如圖1—25所示,三相架空輸電線的零序電流同樣通過大地形成回路時(shí),地中電流分布復(fù)雜可以用虛擬導(dǎo)線ee’代替大地。單相輸電線與虛擬導(dǎo)線構(gòu)成的回路可以看作三個(gè)平行的“導(dǎo)線一大地”回路.就其中一個(gè)“導(dǎo)線一大地”回路的阻抗,就是輸電線路的零序阻抗.單回長(zhǎng)度輸電線路零序阻抗的電阻等于R值加上三倍大地回路的電阻(約為0。05/kM);電抗值等于一個(gè)“導(dǎo)線-大地"回路的自感抗再加上另兩個(gè)“導(dǎo)線-大地”回路的互感抗。不管是對(duì)稱排列還是不對(duì)稱經(jīng)過循環(huán)換位,兩兩回路間的互感抗相等,為:(2)雙回架空輸電線的零序電抗回路的三相對(duì)第一回路的任一相也存在互感。回路Ⅱ三相零序電流對(duì)回路I中a相導(dǎo)線零序互感是助磁的,使雙回輸電線每相零序電抗比單回時(shí)大,而且兩回路間的距離方程的等值電路形式如下。兩回輸電線路復(fù)雜的零序電流耦合及分布情況可用具有然后可用星三角變換的方法處理.母線平行架設(shè)的雙回架空輸電線每一回路的零序等值阻抗約為單回路的1.6倍。(3)有架空地線時(shí)輸電線的零序電抗作用,使有架空地線的輸電線零序阻抗減小序阻抗與正序阻抗一樣由實(shí)測(cè)得到。當(dāng)無實(shí)測(cè)值時(shí),序阻抗可取正序阻抗的3.5倍;當(dāng)有架空地線時(shí),零序阻抗可取正序阻抗的2倍.在工程實(shí)際中,需要對(duì)更為復(fù)雜的情況進(jìn)行計(jì)選用下表中所列的各個(gè)電抗(常忽略電阻)的平均值.架空線路種類正序和負(fù)序電抗零序電抗備注無接地線的架空線路單回線雙回線每回路數(shù)值有鋼質(zhì)接地線的架空線路單回線Xo=3x?=1.2雙回線每回路數(shù)值有良導(dǎo)體接地線的架空線路單回線Xo=3x?=1.2雙回線每回路數(shù)值為討論方便,假設(shè)平行雙回線路內(nèi)部接地故障發(fā)生回線路上,如圖1—29(a)中個(gè)平行雙回線路,按圖1-28示出的零序等值電路,可做出平行雙回線路內(nèi)部接地故障時(shí)的零序等值電路如圖1-29(b)所示,其中=—,=-當(dāng)平行雙線路內(nèi)部接地故障時(shí),兩側(cè)繼電保護(hù)可能出現(xiàn)不同時(shí)動(dòng)作(相繼切除故障),令I(lǐng)線路M母錢到N母線間的零序電壓降為,當(dāng)線路長(zhǎng)度為(kM)時(shí),列出方程為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)消去得到(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)可見,零序阻抗減小了。這是因?yàn)榕c方向相反[見圖1—31(a)],產(chǎn)生去磁作用造將式(1—61)改寫成如下形式做出相應(yīng)零序等值電路如圖1—31(b)所示.由式(1—63)并計(jì)及,可以得到(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)應(yīng)當(dāng)指出,在進(jìn)行零序電流保護(hù)整定計(jì)算時(shí),應(yīng)考慮平行雙回線路一回線停電檢修兩側(cè)掛接地線的運(yùn)行方式.如果零序電流保護(hù)I段按平行雙回線路兩回線運(yùn)行方式整定,則出現(xiàn)上述方式線路末端發(fā)生接地故障時(shí),線路零序電流增大有造成保護(hù)誤動(dòng)作可能,因此應(yīng)考慮這種運(yùn)行方式。同樣有可能造成保護(hù)區(qū)伸長(zhǎng)發(fā)生非選擇性動(dòng)作。(7)平行雙回線路分裂運(yùn)行時(shí)的零序等值電路D的零序等值阻抗。需要指出,圖1—32(a)示出的平行雙回線路間雖沒有電的直接連接,但當(dāng)接地故障點(diǎn)K靠近線路的一端時(shí),會(huì)在另一線路中感應(yīng)出較大的零序電流并使該線路兩側(cè)的零序方向元件處在動(dòng)作狀態(tài),對(duì)該線路零序構(gòu)成的保護(hù)帶來不利影響。(8)輸電線路的序電容及序容抗架空輸電線路存在對(duì)地電容和線間電容,如圖1—34(a)所示.線間電容可變換成等效星形電容,如圖1-34(b)所示,等效星形電路的每相電容量為線間電容量的三倍。抗略有減小,但變化不大,不影響繼電保護(hù)的應(yīng)用.表1—3示出了超高壓線路每100kM線路電壓正序電容正序容抗零序電容零序容抗電阻和正序電抗值由制造廠給出。下面討論電纜線路的零序阻抗.敷設(shè)電纜時(shí),通常在終端頭和連接頭處將沿(鋁)包護(hù)層接地,電纜的包護(hù)層相當(dāng)于架空線路的架空地線,所不同的是包護(hù)層的零序自阻抗就是它和芯線間的零序互阻抗,即包護(hù)層沒有漏抗。故大地和包護(hù)層均是零對(duì)電纜線路的零序阻抗,一般通過試驗(yàn)測(cè)定.在近似計(jì)算中,三芯電纜可采用下列值元件名稱元件名稱1kV三芯電纜6~10kV三芯電纜1kV四芯電纜35kV三芯電纜2.異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)序電抗和零序電抗異步電動(dòng)機(jī)在擾動(dòng)瞬時(shí)的正序電抗為,此時(shí)突變狀態(tài)下的電抗相當(dāng)于起動(dòng)電抗。在電力系統(tǒng)故障計(jì)算中大多采用標(biāo)幺制,使運(yùn)算過程簡(jiǎn)單、數(shù)值簡(jiǎn)明、便于分析。1.廣泛采用標(biāo)幺制中的近似計(jì)算法。標(biāo)幺制近似計(jì)算法是取系統(tǒng)平均額定電壓為基準(zhǔn)時(shí)間的基準(zhǔn)值取為,從而時(shí)間t的標(biāo)幺值為。這樣選取時(shí)間基準(zhǔn)值的好處是使得的標(biāo)幺值和有名值相等,從而可以方便地計(jì)算、等量.在一般的電路計(jì)算中,電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用V、A、W、表示,這種用實(shí)際有名單位表示物理量的方法稱為有名單位制.在電力系統(tǒng)計(jì)算中,還廣泛地采用標(biāo)幺制.標(biāo)幺制是相對(duì)單位制的一種,在標(biāo)幺制中各物理量都用標(biāo)幺值表示.標(biāo)幺值定義由下式給出如果選擇這四個(gè)物理量的基準(zhǔn)值使它們滿足即與有名值各量間的關(guān)系具有完全相同的方程式,則在標(biāo)幺制中,便可得到(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)關(guān)系式就與有名制中的完全相同.因而有名單位制中的有關(guān)公式就可能直接應(yīng)用到標(biāo)幺量或系統(tǒng)總?cè)萘?較多選取100MVA或1000MVA).對(duì)于可以選取該電壓等級(jí)的額定電定電壓如表1—5中所示(為電網(wǎng)額定電壓)。例36線電流(即相電流),三相功率和一相等值阻抗.各物理量之間存在下列關(guān)系:式,即算帶來了方便。在選擇基準(zhǔn)值時(shí),習(xí)慣上也只選定和,由此得的實(shí)際有名值:而基準(zhǔn)阻抗為于是折算到的發(fā)電機(jī)阻抗標(biāo)么值為考慮到發(fā)電機(jī)總處在額定電壓附近運(yùn)行,可取,于是:通常給出(MVA)、(kV)和Uk%,而短路電壓Uk%即是變壓器阻抗對(duì)額定阻抗的標(biāo)么值,考慮到變壓器的與差別不大(取=),所以有比較式(1—81)和式(1—82),變壓器和發(fā)電機(jī)具有相同的阻抗標(biāo)么值計(jì)算公式.一個(gè)雙繞組變壓器,令各繞組兩兩間的短路電壓分別為%、%、%,則可求得各繞組的短路電壓為升壓結(jié)構(gòu)和降壓結(jié)構(gòu)的三繞組變壓器,雖然繞組的排列次序不同,但等值電路是完全相同的。只是升壓結(jié)構(gòu)的三繞組變壓器低壓繞組在中間(高壓繞組在外層,中壓繞組在里層),故%較大而已;同樣,降壓結(jié)構(gòu)的三繞組變壓器中壓繞組在中間(高壓繞組在外層,低壓繞組在里層),故%較大,排在中層的繞組,其等值電抗較小或具有不大的三繞組自耦變壓器的等值電路完全和三繞組繞組的額定容量總是小于變壓器的額定容量,所以短路電壓要?dú)w算到額定容量(三繞組變壓器的Uk%制造廠家已歸算到額定容量),如下式所示繞組變壓器有一個(gè)高壓繞組(標(biāo)號(hào)為1)、兩個(gè)相同的低壓(分裂)繞組(標(biāo)號(hào)為2、3),其短路阻抗、、(或短路電壓%、%、%,可將短路電壓換算為短路阻抗)有下列特征:行.定義兩分裂繞組間的短路阻抗為分裂阻抗,兩分裂繞組并聯(lián)時(shí)高壓與低壓繞組間的穿越阻抗,設(shè)實(shí)測(cè)值分別為、、(用相應(yīng)的短路電壓代替相應(yīng)短路阻抗,并已歸算到變壓器的額定容量),當(dāng)高壓繞組和兩個(gè)分裂繞組的短路電壓為%和%、%時(shí),則有(半穿越阻抗設(shè)為高壓繞組1和分裂繞組2間之值)需要指出,分裂繞組變壓器的分裂系數(shù)定義為分裂阻抗與穿越阻抗之比,表示為通常為4左右.%和%、%求得后,按式(1—82)可求得分裂繞組變壓器各繞組等值阻抗標(biāo)么值。使用在6kV電壓等級(jí)中,故并不與相等.另外根據(jù)XL%的意義,電抗標(biāo)么值為根據(jù)式(1—91),做出等值電路如圖1—35(b)設(shè)輸電線路單位長(zhǎng)度的阻抗為(/kM),則長(zhǎng)度為(kM)的輸電線路的阻抗標(biāo)么值為式中為輸電線路所處電壓等級(jí)的平均額定電壓.在三相系統(tǒng)電氣量的標(biāo)么值計(jì)算中,還應(yīng)注意如下幾點(diǎn):1.有功功率P、無功功率Q的基準(zhǔn)值是,而不是、,所以在求得、后,P、Q的有名值2.若以注腳1表示單相,注腳3表示三相,則有:=,=.即三相功率(包括視在功率)4.標(biāo)么值計(jì)算中,=/仍成立。5.標(biāo)幺值電氣量經(jīng)過變壓器后不變化.如圖1—36所示,1側(cè)的電流,其標(biāo)幺值為=/=,顯然,=.(但)。其他各電氣量也有這一關(guān)系.電器的阻抗值,一般都是以各自的額定容量(或額定電流)和額定電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值 若統(tǒng)一選定的基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)功率分別為和,那么以此為基準(zhǔn)的標(biāo)幺電抗值應(yīng)為此式可用于發(fā)電機(jī)和變壓器的標(biāo)幺電抗的換算。對(duì)于系統(tǒng)中用來限制短路電流的電抗公式為變壓器的變比一般是不等的。在故障分析中,為比等于兩側(cè)平均額定電壓之比(這樣假設(shè),誤差在工程允許誤差范圍內(nèi)).在圖1—36中,變壓器變比為/。不同電壓等級(jí)通過變壓器聯(lián)著,所以兩側(cè)的基準(zhǔn)值有著一定的關(guān)系。由于功率通過變壓器不會(huì)發(fā)生變化,所以電力系統(tǒng)中基準(zhǔn)容量選定后,各電壓等級(jí)的基準(zhǔn)容量也隨之確定下來并等于選定的基準(zhǔn)容量.在圖1-36中,基準(zhǔn)容量==;基準(zhǔn)電壓當(dāng)然1側(cè)是,2側(cè)是。由于、確定下來,1側(cè)和2如有更多的電壓等級(jí),情況也是相同的,即基準(zhǔn)容量仍為,各電壓等級(jí)的電壓基準(zhǔn)值仍為該級(jí)的平均額定電壓.各電壓等級(jí)的、確定后,可求得各電壓等級(jí)電氣量的標(biāo)幺值,需注意的是電壓基準(zhǔn)值要采用元件所處電壓等級(jí)的平均額定電壓。根據(jù)我國現(xiàn)行的電壓等級(jí),各級(jí)平均額定應(yīng)用對(duì)稱分量法分析計(jì)算不對(duì)稱故障時(shí),首先必須做出電力系統(tǒng)的各序網(wǎng)絡(luò)。下面將結(jié)合圖1—37來說明各序網(wǎng)絡(luò)的制訂.在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中,僅有故障點(diǎn)作用的負(fù)序電動(dòng)勢(shì),建立了系統(tǒng)中負(fù)序電流、電壓的分布。故障點(diǎn)的負(fù)序電壓最高,到系統(tǒng)中性點(diǎn)降落為零.負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中,各元件采用相應(yīng)的負(fù)正序網(wǎng)絡(luò)相同.故障點(diǎn)的零序電壓最高,由故障點(diǎn)向各接地的中性點(diǎn)逐漸降落到零。零序網(wǎng)絡(luò)可能與正序、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)有相當(dāng)大的差別,主要取決于變壓器接地中性點(diǎn)的分布和變壓器的接線方 (不計(jì)導(dǎo)納)以及空載變壓器(不計(jì)勵(lì)磁電流)外,電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)括空載的線路L-3和變壓器T—3。所有同步發(fā)電機(jī)和調(diào)相機(jī),以及個(gè)別的必須用等值的短路點(diǎn)用f?表示,零電位點(diǎn)用02表示。從f?o?端口看進(jìn)去,負(fù)序網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò).在短路點(diǎn)施加代表故障邊界條件的零序電勢(shì)時(shí),由于三相零序電流大小及相位相L-4和變壓器T—4以及負(fù)荷LD均包括在正(負(fù))序網(wǎng)絡(luò)中,但因變壓器T—4中性點(diǎn)未因?yàn)榭蛰d不能流通正(負(fù))序電流而不包括在正(負(fù))序網(wǎng)絡(luò)中,但因變壓器T—3中性點(diǎn)1.3.電力系統(tǒng)故障的分析和計(jì)算三組對(duì)稱的序分量,由于每一序系統(tǒng)中三相對(duì)稱需要計(jì)算一相即可。用對(duì)稱分量法計(jì)算電力系統(tǒng)的不對(duì)稱故障,其步驟大致如5.計(jì)算各序電流和各序電壓在網(wǎng)絡(luò)中的分布,進(jìn)而求出各指定支路的各相電流和指定下圖1-41給出了K點(diǎn)金屬性三相短路的情況(可接地,也可不接地),在K點(diǎn)將系統(tǒng)分割成兩個(gè)部分。因三相處在相同的情況,故任一相均可取特殊相(基準(zhǔn)相),一般取A相。寫出K點(diǎn)金屬性三相短路的邊界條件為:因三相處在相同的情況,故任一相均可取特殊相(基準(zhǔn)相),一般取A相。(2)復(fù)合序網(wǎng)與故障分量網(wǎng)絡(luò)故障點(diǎn)各序分量電壓為:于是復(fù)合序網(wǎng)就是正序網(wǎng)絡(luò)。顯然,=0、=0,即三相對(duì)稱短路沒有負(fù)序電流和零序由于故障分量原理在微機(jī)保護(hù)中大量應(yīng)用,而故障分量存在于故障分量網(wǎng)絡(luò)中,因此有必要建立短路故障時(shí)的故障分量網(wǎng)絡(luò),以便理解故障分量原理的微機(jī)保護(hù).K點(diǎn)三相短路故障,可看成下圖1—42電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況K點(diǎn)反向接入正常運(yùn)常運(yùn)行三相電動(dòng)勢(shì)、、作用下的負(fù)荷狀態(tài)(即正常運(yùn)行方式);第二種方式是僅有K點(diǎn)反向接入的、、故障電動(dòng)勢(shì)作用的故障分量網(wǎng)絡(luò)(原有電動(dòng)勢(shì)=0、=0),在故障分量網(wǎng)絡(luò)中,沒有負(fù)荷分量電流、電壓,僅有故障分量電流、電壓.因三相短路故障時(shí)的故障分量網(wǎng)絡(luò)三相對(duì)稱,故只需畫出一相,如下圖1-43所示。在圖中用、表示故障分量電流,表示故障分量電壓。三相短路故障時(shí)僅有正序分量電壓、電流,因此序電壓分布指的是正序電壓的分布。M母線上的電壓為:此式說明,故障點(diǎn)離M母線愈近,M母線上的電壓(正序電壓)愈低,當(dāng)故障點(diǎn)在分布如圖1—44中虛線所示。序電流(以A相為例)可表示為:下,|遠(yuǎn)比|大,因此也接近90°。此外,故障分量電流與負(fù)荷電流幾乎有垂直的相計(jì)及|=1l=||,得到三個(gè)相電流差突變量為(5)保護(hù)安裝處故障分量電壓與故障分量電流間的相位關(guān)系(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)與故障點(diǎn)的狀況無關(guān),即與故障點(diǎn)是否存在過渡電阻無關(guān).超前的角度是~,并且超前的角度決定于保護(hù)方向上的正序阻抗角,同樣與故障點(diǎn)如果將向滯后方向移相,則可構(gòu)成正序突變量方向元件的動(dòng)作判據(jù),即圖1-46.正、反方向三相短路故障時(shí)與相位關(guān)系序突變量方向元件不存在電壓死區(qū)問題;相反故障度愈高。當(dāng)然,正、反方向出口三相短路故障可正確判別故障方向且有高的靈敏度。下圖1-47給出K點(diǎn)經(jīng)過渡電阻三相短路,容易看出,此時(shí)等于K'點(diǎn)金屬性三相短圖1-47.K點(diǎn)經(jīng)過渡電阻三相短路關(guān)系.故障點(diǎn)電壓與故障電流改寫為當(dāng)時(shí),端點(diǎn)變化軌跡為下圖1-48中圓弧,其中是時(shí)的;當(dāng)逐漸增大時(shí),端點(diǎn)逆時(shí)針的為弦逆時(shí)針方向角度為的圓弧。式中為角度,,當(dāng)時(shí),1—48中虛線圓弧所示。三相短路的過渡電阻在大多數(shù)情況下是電弧電阻,當(dāng)故障電流在相當(dāng)大范圍內(nèi)變化是故障相.1)復(fù)合序網(wǎng)應(yīng)用對(duì)稱分量法,將式(1—116)邊界條件用特殊相序分量表示時(shí),可得到由于==,所以故障點(diǎn)特殊相的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián);又由于++=0,故三個(gè)序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后應(yīng)短接。做出A相K點(diǎn)接地時(shí)的復(fù)合序網(wǎng)如圖1—50所示.再次指出,復(fù)合序網(wǎng)指的是特殊相的,非特殊相的各序網(wǎng)絡(luò)不能這樣連接,因?yàn)樾蚍至块g沒有式(1-117)的關(guān)系.由復(fù)合序網(wǎng)可見,單相接地時(shí)會(huì)出現(xiàn)零序分量電流、電壓。2)故障分量網(wǎng)絡(luò)圖1—51中K點(diǎn)A相接地,可看成電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況K點(diǎn)A相與地間反向接入正常運(yùn)行時(shí)A相電壓造成.于是,K點(diǎn)A相接地可看成電力系統(tǒng)正常運(yùn)行和僅在K點(diǎn)反向接入的故障電動(dòng)勢(shì)作用的故障分量網(wǎng)絡(luò)的疊加。如果系統(tǒng)中各元件零序阻抗與正序阻抗具有相同比例,即各元件的K值相等。K值為應(yīng)當(dāng)指出,由于圖1-52中各元件用正序阻抗表示,所以M側(cè)的=,N側(cè)的=,、為M、N母線的相電壓突變量。(3)故障點(diǎn)電流、電壓1)故障電流由圖1—50求得:同一點(diǎn)三相短路電流由式(1—99)得到為,從上小節(jié)介紹電力系統(tǒng)各元件的序參從而.則式(1—120)可表示為:(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)2)故障點(diǎn)電壓因=0,所以只需分析兩非故障相電壓.由圖1—50得:(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)由式(1-128)可得到非故障相電壓為1.單相接地短路時(shí)的短路電流和有關(guān)。如,即(相應(yīng)于全系統(tǒng)中性點(diǎn)均不接地)時(shí),況研究.此時(shí),表明單相短路電流大于三相短路電流.現(xiàn)實(shí)中雖然沒有這樣的極端情況,但的情況是存在的,例如,發(fā)生于聯(lián)結(jié)變壓器的側(cè)時(shí),將小于,從而。所以應(yīng)注越?。辉叫?,越大.一般將的電力系統(tǒng)稱為大接地電流系統(tǒng),的系統(tǒng)稱為小接地電流系統(tǒng)。2.單相接地短路時(shí)故障點(diǎn)非故障相電壓的大小也和有關(guān):時(shí),,如下圖所示。此時(shí)非故障相電壓低于其正常時(shí)電壓。時(shí),。時(shí),,此時(shí)非故障相電壓為正常電壓的倍,從而對(duì)設(shè)備的絕緣水平要求較高。容易看出,〉時(shí)非故障相電壓要升高,(注意,此時(shí)一定是〈),升高的程度隨/比值增大而增大(如果=1。5時(shí),則==1.08);=時(shí),非故障相電壓保持故障前數(shù)值,〈時(shí),非故障相電壓降低。對(duì)于兩非故障相電壓的夾角=arg=120;當(dāng)〉時(shí),有<120(時(shí),<60);當(dāng)〈時(shí),有>1203)故障點(diǎn)電流、電壓間向量關(guān)系=時(shí),有=0,此時(shí)、向量端點(diǎn)在b、c點(diǎn),=120;當(dāng)〈時(shí),有〉0,此時(shí)、向量端點(diǎn)在、點(diǎn),〉120;當(dāng)>時(shí)〈0,此時(shí)、向量端點(diǎn)在、點(diǎn),〈120.可以看出,時(shí),,此時(shí)、反相位,線段變化。由式(1-131)可見,向量總在的反方向上.(4)序電壓分布、故障分量電壓分布1)正序電壓分布(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)可以看出,M母線上的正序電壓不低于故障點(diǎn)正序電壓.圖1-54.單相接地時(shí)序電壓、故障分量電壓分布()(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)而3)零序電壓分布(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)而(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)不能傳變到三角形繞組外。4)故障分量電壓分布故障分量網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò),當(dāng)各元件零序阻抗與正序阻抗的比例相同時(shí),由圖1—51求得K點(diǎn)A相接地M、N母線上故障分量電壓、分別為:故障分量電壓分布與兩相短路故障時(shí)相同,如圖1-54(b)所示。1)M側(cè)三相電流M側(cè)由母線流向線路的三相電流為相中的故障分量電流是由所產(chǎn)生的。由式(1—142)~(1—144)容易看出,當(dāng)時(shí),兩非故障相的故障分量電流與A相故障分量電流同相位;當(dāng)時(shí),兩非故障相的故障分量電流與A相故障分量電流反相位.相量關(guān)系如圖1—55(a)、(b)所示。(a)時(shí)電流相量(b)時(shí)電流相量(c)電壓相量負(fù)荷電流時(shí),在M母線上有中性點(diǎn)接地變壓器情況下,MN線路上K點(diǎn)A相接地時(shí),因=0,所以式(1-142)~(1-144)變?yōu)?;(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)M側(cè)沒有正序電流(負(fù)荷電流不計(jì))、負(fù)序電流,只有零序電流,三相電流大小相等、相位相同,如式(1—145)所示.2)M母線三相電壓側(cè)有電源)上三電電壓為M母線電壓向量如圖1—55(c)所示,可以看出、間夾角與、間夾角不相等。由式(1-146)~(1—148)得到如=3,計(jì)及,上式寫成數(shù)值.圖1—49中K點(diǎn)A相接地時(shí),線路M側(cè)相電流突變量由式(1—142)~(1—144)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)兩非故障相電流差突變量為零,計(jì)及時(shí),故障相相電流差突變量為此式說明,當(dāng)時(shí),兩非故障相相電流差突變量并非零值,但因與差別不大,所以式得到為(令=0)具有較大的數(shù)值.三個(gè)相電流差突變量為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)1)保護(hù)安裝處負(fù)序電壓、負(fù)序電流間相位關(guān)系2)保護(hù)安裝處零序電壓、零序電流間相位關(guān)系在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中,保護(hù)方向上單相接地且保護(hù)反方向有接地中性點(diǎn)、保(正方向元件)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)1)保護(hù)安裝處、間的相位關(guān)系2)保護(hù)安裝處突變量電壓、電流間相位關(guān)系接地故障在保護(hù)方向上,由圖1—50可得(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)與式(1-106)完全相同。(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)歸納式(1—163)~(1-165),得到接地故障突變量方向元件的動(dòng)作判據(jù)為100,330kV線路考慮的過渡電阻是150,500kV線路考慮的過渡電阻是300,即在這樣1)對(duì)故障點(diǎn)電壓和電流間相量關(guān)系的影響圖1-56.A相經(jīng)過渡電阻接地改寫式(1—169)為如下形式當(dāng)時(shí),。當(dāng)時(shí),由式(1—170)做出向量端點(diǎn)變化軌跡如圖1—58中圓弧所示,其中,即=0為簡(jiǎn)化計(jì),不計(jì)各元件電阻,改寫上式可得(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)當(dāng)時(shí),、、端點(diǎn)變化軌跡如圖1-58中圓弧所示。圖中:(時(shí))所以>時(shí),端點(diǎn)沿弧變化,端點(diǎn)沿弧變化;〈時(shí)端點(diǎn)沿弧變化,端點(diǎn)沿弧變化.在圖1—58中,由式(1—146)的,于是圖1—58中的可表示為:2)對(duì)測(cè)量阻抗的影響(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)因?yàn)樗?1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)角為”+”,故呈阻容性(用表示),=+;當(dāng)M側(cè)為受電側(cè)時(shí),滯后圖1—58中的,中分母幅角為“—”,故呈阻感性(用表示),=十。、如圖1—59所示。護(hù)等都有較大的影響,應(yīng)采取相應(yīng)措施或?qū)iT技術(shù)來改善或消除過渡電阻的影響。對(duì)于平行雙回線路,當(dāng)其中之一發(fā)生接地故障一側(cè)先三相跳閘時(shí),如圖1—60所示,流過另一回線路的零序電流(如圖1—31中)與K點(diǎn)位置有特殊性,有時(shí)K點(diǎn)愈靠近M母單位長(zhǎng)度的零序互阻抗為.當(dāng)將母線A、B、C、D人為移動(dòng)到平行雙回線段兩端時(shí),就構(gòu)零序電流為,則在另一電力系統(tǒng)中有縱向的零序電動(dòng)勢(shì)作用。因B側(cè)、D側(cè)均有接地中性點(diǎn),所以在該系統(tǒng)中有縱向零序電流存在,當(dāng)平行線路愈長(zhǎng)、愈大(同桿架設(shè)時(shí)較不管實(shí)際的縱向零序電流流向如何,對(duì)線路B側(cè)、D側(cè)的零序方向元件來說,有:(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)其中、為母線B側(cè)、D側(cè)的等值零序阻抗.相量關(guān)系如圖1—60所示,與線路內(nèi)部接,地故障時(shí)相同。實(shí)際上該線路并未有接地故障存在,但仍存在零序電流,并且零序方向元件C判為內(nèi)部有接地故障發(fā)生,這當(dāng)然是平行線路間零序互阻抗作用的結(jié)果。(1)邊界條件與特殊相下圖1-61示出了K點(diǎn)BC相金屬性短路故障,邊界條件如下:(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)特殊相是A相.當(dāng)然,CA相短路時(shí)特殊相是B相,AB相短路時(shí)特殊相是C相。特殊相是非故障相。(2)復(fù)合序網(wǎng)與故障分量網(wǎng)絡(luò)1)復(fù)合序網(wǎng)將邊界條件變換為特殊相序分量關(guān)系式,得到A相序分量電流為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)由于為有限值,所以由上式得到=—=0,因此兩相短路故障時(shí)沒有零序電流、電壓,(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)同樣,得到故障點(diǎn)電壓的序分量為所以并聯(lián)(特殊相),零序網(wǎng)絡(luò)開路。需要指出,復(fù)合序網(wǎng)中的各序分量是特殊相的各序分2)故障分量網(wǎng)絡(luò)圖1-61中K點(diǎn)BC相短路故障,可看成電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況K點(diǎn)BC相間反向和僅在K點(diǎn)反向接入的故障電動(dòng)勢(shì)作用的故障分量網(wǎng)絡(luò)的疊加。圖1—63示出了K點(diǎn)1)故障電流由圖1-62求得為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)2)故障點(diǎn)電壓式(1—195)~(1—196)說明,兩相短路故障時(shí),故障點(diǎn)非故障相電壓保持原有的幅值和相位,兩故障相電壓在非故障相電壓的反方向上,其值等于非故障相電壓的一3)故障點(diǎn)電流、電壓間相量關(guān)系1)正序電壓分布當(dāng)=時(shí),由式(1-192)得到故障點(diǎn)正序(負(fù)序)電壓為圖1-61中K點(diǎn)BC相短路故障時(shí),計(jì)及式(1—189),M母線上正序電壓為 此式說明,故障點(diǎn)的負(fù)序電壓最高,逐漸向各電源中性點(diǎn)降落,中性點(diǎn)處為零。圖1—65(a)示出了負(fù)序電壓的分布.當(dāng)然,如故障點(diǎn)一側(cè)沒有電源,則該側(cè)負(fù)序電壓不降落.3)故障分量電壓分布(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)此式說明,故障點(diǎn)的故障分量電壓最高,逐漸向各電源中性點(diǎn)降落,中性點(diǎn)處為零.(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)序電流分配(或分布)系數(shù)。當(dāng)不計(jì)負(fù)荷電流時(shí),式(1—202)~(1-204)變?yōu)椋?)M母線三相電壓當(dāng)不計(jì)負(fù)荷電流時(shí),式(1—206)~(1-208)變?yōu)?(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)3)保護(hù)安裝處相量關(guān)系關(guān)系如圖1-66所示。由圖可得到兩故障相電壓間的夾角為圖1-61中K點(diǎn)BC相短路故障,由式(1—202)~(1—204)得到M側(cè)三相電流的突變量為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)可以看出,保護(hù)安裝處(電源側(cè))三個(gè)相電流差突變量均具有較大的數(shù)值,其中兩故障相的相電流差突變量最大。負(fù)序電壓、負(fù)序電流存在于負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中,圖1—67示出了圖1—61中K點(diǎn)BC相短對(duì)保護(hù)3來說,故障點(diǎn)K在保護(hù)反方向上,有關(guān)系式可以看出,與簡(jiǎn)單相位關(guān)系取決于保護(hù)安裝處保護(hù)3方向上的等值負(fù)序阻抗角,同樣與故障點(diǎn)阻抗無關(guān).與的相位關(guān)系與式(1-109)中的與向相位關(guān)系相同,即超前的角度保護(hù)安裝處,方向元件的靈敏度愈高。變量電流了.當(dāng)然,負(fù)序突變量電壓、電流間的相位關(guān)系與負(fù)序電壓、電流間的相位關(guān)質(zhì);而負(fù)序突變量電壓和負(fù)序突變量電流只能存在一定時(shí)間(如20ms),故具有“暫態(tài)”性質(zhì).故障的類型、相別無關(guān),所以兩相短路故障時(shí)保護(hù)安裝處與的相位關(guān)系與三相短路故障時(shí)相同,見式(1-107)、式(1—109)和式(1—110)~(1-12)保護(hù)安裝處突變量電壓、電流間相位關(guān)系M側(cè)保護(hù)來說,短路故障處在保護(hù)方向上,由圖1—63可得(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)當(dāng)BC相短路故障在保護(hù)反方向上時(shí),對(duì)線路M側(cè)保護(hù)來說,圖1—63中的故障電動(dòng)勢(shì)作用點(diǎn)移到M母線左側(cè),于是有關(guān)系式(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)與式(1-109)完全相同。歸納式(1—224)、式(1-226),得到相間短路故障突變量方向元件的動(dòng)作判據(jù)為(反方向元件)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)式中:與分別是保護(hù)安裝處相電壓差突變量、相電流差突變量。因故障點(diǎn)愈靠近保護(hù)安裝處,突變量電壓愈高,故方向元件不存在電壓死區(qū)問題。應(yīng)當(dāng)指出,式(1-227)、1—(228)同樣可以反應(yīng)三相短路故障的方向,并不存在電壓死區(qū)。與三相短路故障相同,兩相短路故障點(diǎn)的過渡電阻在大多數(shù)情況下是電弧電阻。1)復(fù)合序網(wǎng)和故障分量網(wǎng)絡(luò)圖1-68.經(jīng)過渡電阻兩相短路圖1-68(a)示出了電力系統(tǒng)中的K點(diǎn)BC相經(jīng)發(fā)生短路故障,可以等效成圖1—68 電線,當(dāng)然在該輸電線中沒有負(fù)荷電流,實(shí)際上是一個(gè)故障支路。K'點(diǎn)BC相短路故障時(shí),做出復(fù)合序網(wǎng)如圖1—69所示.可以看復(fù)合序網(wǎng)的構(gòu)成,但不影響原有序網(wǎng)絡(luò),過渡電阻(導(dǎo))在原有序網(wǎng)絡(luò)之外。由于圖1—68(b)中K'點(diǎn)BC兩相金屬性短路,所以故障分量網(wǎng)絡(luò)與圖1-62相同,只是在故障電動(dòng)勢(shì)支路串入+即可。同樣,過渡電阻不影響原有故障分量網(wǎng)絡(luò)。2)故障點(diǎn)電壓、電流的相量關(guān)系圖1-69.K點(diǎn)經(jīng)發(fā)生BC相短路的復(fù)合序網(wǎng)由圖1-69復(fù)合序網(wǎng),計(jì)及,可得(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)由式(1-231)可見,故障點(diǎn)非故障相電壓仍保持原當(dāng)時(shí),由式(1-230)可做出、端點(diǎn)軌跡如圖1—70(a)所示;由式(1—231)可做圖1-70.計(jì)及過渡電阻BC相短路時(shí)故障點(diǎn)的相量關(guān)系3)保護(hù)安裝處電壓、電流相量關(guān)系(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)按系數(shù)縮小而已.源側(cè)正序、負(fù)序電流分配系數(shù)(Cl=C2,但不一定與相等),M母線三相電壓為(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)當(dāng)時(shí),由式(1-233)做出、相量端點(diǎn)變化軌跡如圖1—71中圓弧所示,在某一下圖1-71.BC相經(jīng)短路時(shí)保護(hù)安裝處電壓相量關(guān)系(送電側(cè))4)序電壓與序電流間相位關(guān)系根據(jù)前述分析,不影響原有序網(wǎng)絡(luò),所以不影響負(fù)序電壓和負(fù)序電流間的相位關(guān)系,不影響正序電壓突變量與正序電流突變量間的相位關(guān)系.同樣,不影響原有故障分量網(wǎng)絡(luò),當(dāng)然也不影響相電壓差突變量與相電流差突變量間的相位關(guān)系。5)對(duì)測(cè)量阻抗的影響下面討論圖1—61中K點(diǎn)DC相經(jīng)短路故障時(shí),M側(cè)BC相間的測(cè)量阻抗.(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)計(jì)及 (用表示),此時(shí)。做出相應(yīng)的如圖1—72所示,圖中MK的阻抗為,是線路阻抗角,(1)邊界條件與特殊相圖1—73示出了K點(diǎn)BC相金屬性接地,寫出邊界條件為(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)1)復(fù)合序網(wǎng)將式(1—238)用特殊相A相序分量表示為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)由式(1—239)做出復(fù)合序網(wǎng)如圖1—74所示,時(shí)特殊相正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)并(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)2)故障分量網(wǎng)絡(luò)圖1—73中K點(diǎn)BC兩相接地短路,可以看成K點(diǎn)同時(shí)B、C相單相接地,做出BC1)故障電流由圖1-73求得計(jì)及=、三相短路電流,故障支路電流、可表示為:流入地中的電流(零序電流的3倍)為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)將式時(shí)1-244、1—245表示的|I、I|取模值,經(jīng)變換得或表示為當(dāng)然,時(shí),有|=I〉l2)故障點(diǎn)電壓由式(1—239)、式(1—240)得到故障點(diǎn)非故障相電壓為故障點(diǎn)非故障相電壓在0—1。5范圍內(nèi)變化。升高.在實(shí)際電力系統(tǒng)中,均一單相接地情況來校核單相短路電流是否大于三相短路電3)故障點(diǎn)電流、電壓間向量關(guān)系向量。當(dāng)時(shí),有=0,、向量端點(diǎn)在b、c點(diǎn);當(dāng)時(shí),有》0(表示與同相位),、向量端點(diǎn)可以看出,當(dāng)時(shí),,此時(shí)與夾角為,即(==,=);當(dāng)時(shí),,此時(shí)與反相位,即(==,=0)。定的直線段變化。此外,時(shí),有|I=1|》|Ⅱ,但此時(shí)必有|l〈Il;時(shí),有||=II<l,此時(shí)必有II〉||.說明故障電流大于(或小于)三相短路電流與非故障相電壓升高(或降低)是不會(huì)同時(shí)存在的.1)正序電壓分布當(dāng)=(0。25-3)時(shí),由式(1-252)得|I=16.7%—42。8%。這說明,即使故障點(diǎn)靠2)負(fù)序電壓分布,零序電壓分布與單相接地時(shí)相同,如圖1—77(a)所示。3)故障分量電壓分布M側(cè)由母線流向線路的三相電流為(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)2)M母線三相電壓對(duì)于M母線的三相電壓,計(jì)及式(1—249)、式(1-253)~(1—255)得到(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)不計(jì)負(fù)荷電流時(shí)的電壓相量如圖1—78(c)所示。圖1-73中K點(diǎn)BC相接地短路,由式(1—253)~(1-255)得到線路M側(cè)的相電由式(1-259)~(1-261)可得到相電流差突變量為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)的影響.到接地過渡電阻遠(yuǎn)比電弧電阻大,所以可只計(jì)接地過渡電阻的影響。1)對(duì)故障點(diǎn)電壓和電流間相量關(guān)系的影響分析圖1—56,A相經(jīng)過渡電阻接地時(shí)的相量關(guān)系,不論是故障電流,還是故障相電壓和非故障相電壓,當(dāng)變化時(shí),相應(yīng)相量端點(diǎn)變化軌跡是以=0、時(shí)兩相量端點(diǎn)連線為弦逆時(shí)針的容角弧不小于90°的圓弧(不計(jì)各元件電阻時(shí)為半圓)。根據(jù)上述規(guī)律可做出電流相量。當(dāng)=0時(shí),就是兩相金屬性接地短路,在圖1-80(a)變化軌跡如圖1—80(a)中圓弧所示,相應(yīng)的相量端點(diǎn)為以O(shè)D為弦的圓弧。對(duì)于故障點(diǎn)非故障相電壓,當(dāng)變化時(shí),如圖1-80(b)中圓弧所示。對(duì)于故障相電壓,=0時(shí),有=0、=0,在圖1—80(b)中為O點(diǎn);時(shí),相當(dāng)于BC將圖1—80與圖1—78比較,計(jì)及影響后,相量關(guān)系發(fā)生了較大的變化,但、始終2)對(duì)非故障相各序電流相位關(guān)系的影響K點(diǎn)BC相金屬性接地短路,即=0,由式(1—241)~(1—243)可見,同相位并在的反方向上(在一條直線上)。當(dāng)時(shí),有Il〉Il;當(dāng)時(shí),有I<II。反映在圖1—81代表、、相量,并且有|>1|(時(shí))。當(dāng)時(shí),相當(dāng)于K點(diǎn)BC相間短路,與反相位且I=|。比較式(1—189)、式(1-241)由式(1-189),式(1-185)得到保持++=0的關(guān)系3)對(duì)測(cè)量阻抗的影響圖1—73中K點(diǎn)BC相接地時(shí),分析線路M側(cè)的測(cè)量阻抗。由式(1—253)~(1-255)可得到觀察圖1-80(a)相量關(guān)系可得到,即使不計(jì)負(fù)荷電流(=0、=0),由式(1-269)確定當(dāng)計(jì)及負(fù)荷電流時(shí),單相接地引起的附加測(cè)量阻抗的性質(zhì)為:送電側(cè)的附加測(cè)量阻抗呈阻容性,受電側(cè)的附加測(cè)量阻抗呈阻感性.因此,BC相經(jīng)接地時(shí),送電側(cè)的容性程度增加,感性程度減弱;受電側(cè)的容性程度減弱,感性程度增加.因此,兩相經(jīng)過渡電阻接地時(shí),相間測(cè)量阻抗無附加測(cè)量阻抗,兩故障相測(cè)量阻抗存在附加測(cè)量阻抗.在空載情況下,其中的超前相附加測(cè)量阻抗呈現(xiàn)阻容性,滯后相附加測(cè)式中,表示附加阻抗,其值隨短路的型式不同而不同,上角標(biāo)是代表短路類型的符與在短路點(diǎn)每一相中加入附加電抗而發(fā)生三相短路時(shí)的電流相等.這個(gè)概念稱為正序等由以上分析,我們可以看出,短路電流絕對(duì)值與它正序分式中,是比例系數(shù),其值視短路的種類而異。各種簡(jiǎn)單短路時(shí)的和值列于下表。短路類型單相短路3兩相短路兩相接地短路三相短路01以,前面講過的三相短路電流的各種計(jì)算方法也適用于計(jì)算不對(duì)稱短路。計(jì)算,這一步可以省略,而直接取的標(biāo)么值為1。(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)就兩相接地短路電流和三相短路電流比較,有對(duì)于和的比較,由式(1—273)和式(1-274)經(jīng)化簡(jiǎn)得到(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)由以上分析可見,不同類型短路故障的短路電流大小關(guān)系為:2.各序電流這里指的各序電流是故障支路中的序電流。就故障支路的正序電流來說,由式(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)所以(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)三相短路故障無零序電流.(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)零序電壓只有單相接地短路和兩相接地短路時(shí)才存在,因故障點(diǎn)的零序電壓與零序4.各序電壓的分布電源點(diǎn)等于電動(dòng)勢(shì)。從故障點(diǎn)到無電源側(cè),因沒有正序電流(負(fù)荷電流不計(jì)),所以正序電壓不降低.因?yàn)楣收宵c(diǎn)的正序電壓有如下關(guān)系,所以M母線正序電壓大小關(guān)系為??梢姡蛡鬟f到D側(cè),也不能從D側(cè)傳遞到Y(jié)側(cè);此外,零序電壓的傳遞不受電源的影響,因變壓器中性點(diǎn)均接地,故從K點(diǎn)到接地中性點(diǎn)是逐漸降落的,到接地點(diǎn)為零值。由序電壓分布規(guī)律可見,越靠近電源,正序電壓數(shù)值越高;對(duì)于負(fù)序電壓和零序電壓最高.5.序電壓與序電流間的相位關(guān)系向上等值負(fù)序阻抗角,一般為70~80°;反方向短路故障時(shí),保護(hù)安裝處負(fù)序電流滯后負(fù)序電壓的相角為,這里的是保護(hù)正方向等值負(fù)序阻抗角,一般也為對(duì)于接地故障時(shí)保護(hù)安裝處零序電流與零序電壓間的相位關(guān)系,與負(fù)序電流和負(fù)序的零序阻抗角約在85°以上,因此正方向接地時(shí),保護(hù)安裝處的零序電流超前零序電壓的相角為180—85=95°保護(hù)安裝處突變量電壓(相間故障是相間電壓突變量、接地故障是相電壓突變量)與突變量電流(相間故障是相間電流突變量、接地故障是帶零序補(bǔ)償?shù)南嚯娏魍蛔兞?間的間的相位關(guān)系.(1-286)所示。接地時(shí),可能滿足式(1—286)第三式;AB相經(jīng)接地時(shí),可能滿足式(1-286)第一式。判為AB相接地;若A相接地阻抗元件不動(dòng)作,而BC相間阻抗元件動(dòng)作,則判定BC因?yàn)楸Wo(hù)安裝處零序電壓、負(fù)序電壓間的相位關(guān)系與、間的相位關(guān)系相同,所以也可用、比相來實(shí)現(xiàn)式(1-286)電壓經(jīng)過變壓器后會(huì)產(chǎn)生相位變化,需引起注意.變壓器的聯(lián)接組別很多,電力系統(tǒng)中常用的聯(lián)接方式為Y/Y—12和Y/△-11兩種.下面分別討論.對(duì)Y/Y—12聯(lián)接的變壓器,圖1—83示出了其繞組的聯(lián)接方式及兩側(cè)正序和負(fù)序電對(duì)于Y/△—11聯(lián)接的變壓器,圖1-84示出了其繞組的接線方式及其兩側(cè)正序和負(fù)序?qū)⒊癥側(cè)相電壓30°,施加負(fù)序電壓時(shí),△側(cè)將滯后30°,電流亦然.可見,正序分量經(jīng)過Y/△—11變壓器時(shí),△側(cè)相位將超前Y側(cè)30°;負(fù)序分量經(jīng)如圖1—85所示。因正常時(shí)三相運(yùn)行,現(xiàn)斷開一相或兩相,故又稱為非全相運(yùn)行。造成圖1-85.電力系統(tǒng)非全相運(yùn)行電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱縱向故障時(shí),雖然不像不對(duì)稱短路那樣引起大的短路電流和電壓的急劇下降,但會(huì)產(chǎn)生大的負(fù)序和零序電對(duì)通訊系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,它們引起的電壓電流不對(duì)稱可能使某些繼電保護(hù)誤動(dòng)作.圖1-86.非全相運(yùn)行時(shí)各序等值網(wǎng)絡(luò)三相仍然對(duì)稱,所以也稱為縱向不對(duì)稱故障.與不對(duì)稱短路(稱為橫向不對(duì)稱故障)相似,可以應(yīng)用對(duì)稱分量法進(jìn)行分析,用插入在故障口dd'的一組不對(duì)稱電勢(shì)源來代替實(shí)別作用在彼此間沒有耦合的相互獨(dú)立的正序、負(fù)序和零序網(wǎng)絡(luò)中,如圖1—86所示。式中,是故障口dd’的a相開路電壓,即當(dāng)dd’兩點(diǎn)間三相斷開時(shí),由于電源的作用抗.式中包含了6個(gè)未知量,還必須根據(jù)非全相運(yùn)行的具體邊界條件列出另外三個(gè)方程1.不對(duì)稱短路時(shí)的電壓為短路點(diǎn)故障前的電壓,實(shí)用計(jì)算時(shí)取為1,而此時(shí)的電壓是斷口kk’三相完全斷開時(shí)的電壓,其值需通過專門計(jì)算求得(如再進(jìn)行一次潮流計(jì)前者是從短路點(diǎn)和地端口向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看去得到的,而后者是從斷線處k和k'端口向即完全絕緣系統(tǒng),從任一點(diǎn)和地端口向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看去的零序阻抗將為無窮大,因短路時(shí)零序電流必須以地組成流通回路,但對(duì)斷線端口而言,其零序等值阻抗卻不一定為無窮大,因其并不一定以地組成零序電流的流通路徑。這是因?yàn)槎搪窌r(shí)零序電和短路時(shí)求取短路點(diǎn)等值阻抗一樣,斷線時(shí)斷口處的等值阻抗既可通過網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn),如同上例,由串并聯(lián)及星網(wǎng)變換得到,也可由節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣得到.前者僅適用于簡(jiǎn)單系統(tǒng),后者是實(shí)際電力系統(tǒng)故障分析中采用的方法,也是計(jì)算機(jī)分析時(shí)采用的方法。簡(jiǎn)單.但斷線時(shí)并非如此,即使得到了節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣,也還需要通過一定計(jì)算才能求出由定義,從斷口向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看去的等值阻抗應(yīng)等于斷口所在支路-的阻抗加上從、兩節(jié)點(diǎn)向此時(shí)網(wǎng)絡(luò)(—支路已三相斷開的網(wǎng)絡(luò)的電壓.根據(jù)定義可以推導(dǎo)斷線時(shí)斷口等值阻抗的計(jì)算公式為:(推導(dǎo)過程略)對(duì)單相斷線故障,設(shè)a相發(fā)生斷線,如圖1—87,其邊界條件為:不難發(fā)現(xiàn),上述邊界條件與兩相接地短路時(shí)的邊界條件在形式上完全相同,故其復(fù)由圖可寫出值得注意的時(shí),斷口開路電壓的求取不是易事,常需再進(jìn)行一次潮流計(jì)算得到.由斷線時(shí)的正序網(wǎng)絡(luò),當(dāng)正常運(yùn)行,即未斷線時(shí),斷口處的電流即為正常運(yùn)行時(shí)電流(和,一樣,均指a相),故有關(guān)系式:式中。表明,只要知道了斷口正常運(yùn)行時(shí)的電流(潮流計(jì)算中已求得)和斷口各序等值阻抗,即可容易地求出斷口處各序電流,從而各相電流電壓及非故障處電流電壓均可求得。非故障相電流為可見,當(dāng)時(shí),;時(shí),;時(shí),.故如,即,則非故障相電流將大于正常電流,出現(xiàn)過載,應(yīng)引起注意.但最大不會(huì)超過,所以比起短路來,故障電流要小得多,但由于此時(shí)負(fù)序和零序電流是沿線路縱向注入(短路時(shí)為垂直橫向注入),各元件中實(shí)際流通的負(fù)序和零不難發(fā)現(xiàn),上述邊界條件與單相接地短路時(shí)的邊界條件在形式上完全相同,故其復(fù)基于和單相斷線時(shí)相同的原因,為避免求取,將關(guān)系式代入,得到對(duì)實(shí)用計(jì)算,有最大不會(huì)超過。在電力系統(tǒng)中還少量應(yīng)用有中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地的運(yùn)行方式,其按接地電阻的大小又分為高阻接地和低阻接地兩種,中性點(diǎn)經(jīng)高阻接地方式屬于小接地電流系統(tǒng),而中性點(diǎn)經(jīng)低阻接地的方式屬于大接地電流系統(tǒng)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明:在電力系統(tǒng)中,線路接地故障占總故障的70%以上。因而,在我國電力系統(tǒng)中的6kV—35kV中壓系統(tǒng)為了減少短路故障,減少停電,大部分采用中性點(diǎn)不接地方式;當(dāng)系統(tǒng)所接線路較多、較長(zhǎng)、或電纜較多時(shí),系統(tǒng)對(duì)地電容電流較大全運(yùn)行.為此,規(guī)程規(guī)定當(dāng)系統(tǒng)對(duì)地電容電流超過10A時(shí)應(yīng)裝設(shè)消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償,使故障點(diǎn)僅流過補(bǔ)償后的零序電流,成為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)。中性點(diǎn)不同的運(yùn)行方式,在電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)有明顯的不同,因而決定著系統(tǒng)保護(hù)與監(jiān)測(cè)裝置的選擇與運(yùn)行。各種接地方式故障占的比例很大,采用中性點(diǎn)不接地方式可以減少單相接地電流,從而減輕其危害。二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)),C1、C2、C3分別是線路1,線路2、線路3每相對(duì)地電容。當(dāng)線路3上一點(diǎn)A相接地時(shí),由前述分析可得到復(fù)合序網(wǎng)是K點(diǎn)的正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)、零因線路對(duì)地電容的容抗要比線路零序阻抗大得多,所以線路阻抗完全可忽略不計(jì),于是線路1、線路2、線路3在電氣上可以看成一個(gè)點(diǎn),當(dāng)然這種處理是建立在單相接地基礎(chǔ)上的。這樣,K點(diǎn)的零序網(wǎng)絡(luò)如圖1-89所示,完全由C1、C2、C3構(gòu)成(假設(shè)其他中沒有阻抗,只有電動(dòng)勢(shì)(),如圖1—91所示。K點(diǎn)的負(fù)序網(wǎng)絡(luò)是,即K2、N2短接.做出K點(diǎn)A相接地的復(fù)合序網(wǎng)如圖1-91所示。由復(fù)合序網(wǎng)得到所以接地電流為上式說明,接地電流為電容電流,超前接地相電動(dòng)勢(shì)90°,接地電流為該電網(wǎng)所有設(shè)備對(duì)地電容電流之和。當(dāng)該電網(wǎng)中具有較多電纜線路時(shí),接地電流就增大。架空線的電容電流實(shí)用計(jì)算公式為:式中:為電網(wǎng)的額定電壓(kV);為線路長(zhǎng)度(kM);系數(shù)2.7適用于無避雷線的線路(木桿線路);3。3適用于有避雷線的線路(木桿線路)金屬桿塔時(shí)。變電所的電力設(shè)備所引起的電容電流增值,可按下表1-7估計(jì):額定電壓(kV)6電容電流增值(%)電纜要比同樣長(zhǎng)度架空線的電容電流大25倍(三芯電纜)~50倍(單芯電纜),在近似計(jì)算中可采用安,其中,定義同上。也可采用下表1-8的平均值計(jì)算:電容電流額定電壓6一自動(dòng)消除,故對(duì)電網(wǎng)的危害小,對(duì)通訊線路的干擾也小。對(duì)于高電壓、長(zhǎng)距離輸電線路,單相接地電流一般較大,在接地處容易發(fā)生電弧周期性的熄滅與重燃,出現(xiàn)間歇電弧,間歇電弧,要求3~10kV電網(wǎng)單相接地電流小于30A,35kV及以上電網(wǎng)小于10A。因等于.各序電壓分量為中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí),三相用電設(shè)備的正常工作并未受到影響.電網(wǎng)線電壓的相位和量值均未發(fā)生變化,因此三相用電設(shè)備仍可照常運(yùn)行.按我國規(guī)程規(guī)定,中易使電網(wǎng)絕緣薄弱處擊穿,造成兩相接地短路。這是中性點(diǎn)不接地方式的缺點(diǎn)之一.因在圖1—90中,線路1、線路2為非故障線,線路3為故障線。由圖1—90可以得到非故障線路、故障線路的零序電流為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)線路(=1,2...)是非故障線路,線路m是故障線路;是全網(wǎng)一相對(duì)地總電容,等序電流間差值愈多.當(dāng)各線路對(duì)本線路對(duì)地電容進(jìn)行補(bǔ)償時(shí),即各線路零序電流減去本線路對(duì)地電容產(chǎn)生零序電流(各線路對(duì)地電容可實(shí)測(cè)出或計(jì)算出),于是補(bǔ)償后各線路零序電流為(帶(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1-錯(cuò)誤!未定義書簽。)(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)事實(shí)上,由式(1—312)、式(1-313)因在原有零序網(wǎng)絡(luò)之外,所以不影響故障線、非故中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)單相接地時(shí),若不大,則接地電流也不大,接地點(diǎn)電弧可自行熄滅,接地點(diǎn)可自行消除。如接地電流較大,超過表1—9規(guī)定值,則接地點(diǎn)電弧不會(huì)自緣損壞,造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地,擴(kuò)大事故。為此,點(diǎn)要裝設(shè)消弧線圈,以減小接地電流。中性點(diǎn)裝設(shè)消弧線圈L(如圖1-93中,中性點(diǎn)經(jīng)L接地),就形成了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng),也可稱補(bǔ)償電網(wǎng)。額定電壓(kV)最大接地電流(A)對(duì)于圖1—93示出的全網(wǎng)電容電流,其值為注意,式(1—315)中的由地流向電網(wǎng),由電網(wǎng)流入地,兩者流向相反。為接入消弧線圈后,由于與反相位,所以減小了.完全補(bǔ)償對(duì)熄滅接地電弧非常有利。但由于電網(wǎng)中具有線路電阻、對(duì)地絕緣電阻、接地過渡電阻及變壓器和消弧線圈的有功損耗等,即使電容電流被完全補(bǔ)償,故障點(diǎn)還是會(huì)流過一個(gè)不大的電阻電流。這種接地方式在正常運(yùn)行時(shí),如果三相對(duì)地分布電容不對(duì)稱,或發(fā)生一相斷線,或正常切除部分線路時(shí),可能出現(xiàn)消弧線圈與對(duì)地分布電容的串聯(lián)諧振,這時(shí)變壓器中性點(diǎn)將出現(xiàn)危險(xiǎn)的高電位。為此,消弧線圈一般采用過補(bǔ)償運(yùn)行,即選擇參數(shù)使電感電流大于電容電流,這是該接地方式的缺點(diǎn)之一.此外,因要根據(jù)運(yùn)行電網(wǎng)的長(zhǎng)短來決定消弧線圈投入的數(shù)量或調(diào)節(jié)其電感值,故系統(tǒng)運(yùn)行較復(fù)雜,設(shè)備投資較大,實(shí)現(xiàn)選擇性接地保護(hù)也比較困難。目前電力系統(tǒng)中已廣泛應(yīng)用了具有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償功能的消弧線圈裝置,避免了人工調(diào)節(jié)消弧線圈的諸多不便,不會(huì)使電網(wǎng)的部分或全部在調(diào)諧過程中暫時(shí)失去補(bǔ)償,并有足夠的調(diào)諧精度.自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置一般由驅(qū)動(dòng)式消弧線圈和自動(dòng)測(cè)時(shí),迅速將消弧線圈調(diào)諧到接近諧振點(diǎn)的位置,使接地電弧變得很小而快速熄滅。與中性點(diǎn)不接地方式一樣,中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí),其他兩相對(duì)地電壓也要升高到線電壓,但三相線電壓正因消弧線圈的L可調(diào)節(jié),所以改變,從而接地電流作相應(yīng)變化。當(dāng)時(shí),接地電流呈電感性電流,其條件為此時(shí)因滯后的角度是90°,故超前的角度大于90°,注意的流向由電網(wǎng)入地。因,過補(bǔ)償時(shí)有。在圖1—93、圖1-94(a)中,各線路是以一相對(duì)地電容來表示的.大小、方向不變時(shí),位移電動(dòng)勢(shì)為電網(wǎng)的不對(duì)稱度一般約為3%~4%.電纜線路的不對(duì)稱度為零,架空線路的不對(duì)稱度不大于0。5%~1.5%。全電網(wǎng)不對(duì)稱度的減小是靠線路在變電所母線上充分換位來實(shí)現(xiàn)的.觀察圖1-93(中性點(diǎn)接消弧線圈),當(dāng)將大地作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí),則L與串聯(lián),作用的電動(dòng)勢(shì)為,如圖1-94(a)所示。因L與僅在零序網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn),單相接地時(shí)的零序網(wǎng)絡(luò)如圖1—91所示。顯而易見,單相接地時(shí)L與處于并聯(lián)狀態(tài),作用的電動(dòng)勢(shì)為,如圖1—94(b)所示.因?yàn)長(zhǎng)、僅在零后者L與并聯(lián).在補(bǔ)償電網(wǎng)中,總希望采用過補(bǔ)償運(yùn)行,一般(1)欠補(bǔ)償電網(wǎng)中因故切除部分線路時(shí),因減小,由式(1-318)可見,可能出現(xiàn)這種過電壓情況,在欠補(bǔ)償電網(wǎng)中是無法避免的。(2)欠補(bǔ)償電網(wǎng)中,若電網(wǎng)的不對(duì)稱度較大,則可能發(fā)生鐵磁共振形成很高的過電壓.過補(bǔ)償方式下工作,如圖1—96所示,可完全避免鐵磁共振現(xiàn)象的發(fā)生。特點(diǎn).改寫式(1-318)為(5)當(dāng)電網(wǎng)在過補(bǔ)償方式下工作時(shí)電網(wǎng)發(fā)展可暫時(shí)工作一段時(shí)間,而在欠補(bǔ)償情況由上分析,電網(wǎng)長(zhǎng)期處在欠補(bǔ)償方式下工作是不合理地,如圖1-90虛線框內(nèi)所示,因此復(fù)合序網(wǎng)如圖1—91所示(接入阻抗,)對(duì)于零序電壓,由復(fù)合序網(wǎng)得到,與中性點(diǎn)不1)非故障線路的零序電流由復(fù)合序網(wǎng)得到非故障線路的零序電流為與式(1-324)完全相同,即非故障線路的零序電流由本線對(duì)地電容產(chǎn)生,超前零序電壓相角是90。所以消弧線圈的接入不影響非故障線路零序電流的大小以及與零序電2)故障線路的零序電流由復(fù)合序網(wǎng)得到故障線路的零序電流為流相量與圖1—93(b)中相似,即過補(bǔ)償欠補(bǔ)償方式工作時(shí),滯后的相角大于90°而小于180°。因此,檢測(cè)線路的零序功率可中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相不完全接地如圖(1—97)所示。顯然在此系統(tǒng)中,從而可得得其中=,即。(1)欠補(bǔ)償。矢量始端的軌跡是以接地相的相電壓為直徑的位于其順時(shí)針一側(cè)的半(2)全補(bǔ)償.矢量始端固定在點(diǎn)A,此時(shí)等于0.(3)過補(bǔ)償。矢量始端的軌跡是以接地相電壓為直徑的位于其逆時(shí)針一側(cè)的半圓,1.線路單相接地電容電流過大,電網(wǎng)安全運(yùn)行受到威脅,必須斷電.2.線路單相接地電容電流越來越大,消弧線圈的容量亦需要做得越來越大.基于上述因素,越來越多的地方在中壓電網(wǎng)中(尤其是10kV系統(tǒng))選擇中性點(diǎn)經(jīng)障線,可將故障設(shè)備從電網(wǎng)中切除,減少對(duì)電氣設(shè)備損壞的程度。更為重要的是可降低地故障,中性點(diǎn)與大地之間用很小的電阻相連,中性點(diǎn)接地電阻值的選擇要綜合各方面的因素統(tǒng)籌考慮,如電阻值選得過小,則接地電流過大,對(duì)附近的通信線路干擾較大;如電阻選得過大,則接地電流過小,繼電保護(hù)的動(dòng)作可靠性降低。一般來說,10kV電纜配電網(wǎng)的中性點(diǎn)接地電阻值大多會(huì)選擇10歐姆,此時(shí),發(fā)生單相接地流經(jīng)中性點(diǎn)的電流約為580安培左右。圖1-99示出了中性點(diǎn)經(jīng)電阻R接地的電網(wǎng),設(shè)在線路n的K點(diǎn)A相接地,K點(diǎn)離M母線的線路長(zhǎng)度為。在K點(diǎn)的正序網(wǎng)絡(luò)中,綜合正序阻抗為其中Z1為線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗,、分別為變壓器T、系統(tǒng)s(或發(fā)電機(jī))的正序電抗(標(biāo)么值或折算后的有名值).K點(diǎn)的綜合負(fù)序阻抗為K點(diǎn)的綜合零序阻抗為式中為輸電線路單位長(zhǎng)度的零序阻抗;為變壓器T的零序電抗(當(dāng)變壓器鐵芯為三柱式時(shí),可取)。應(yīng)當(dāng)指出,式(1—332)示出的遠(yuǎn)比小,所以可將各設(shè)備對(duì)地電容不計(jì),根據(jù)圖1-93示出的復(fù)合序網(wǎng),求得為電流全部通過故障線路,因而繼電保護(hù)很容易選出故障線。保護(hù)動(dòng)作后將故障線路切除,故障線路被迫停電。可以看出,適當(dāng)選取尺值,可使故障電流控制在合適數(shù)值范所以故障點(diǎn)的零序電壓為M母線上的零序電壓為上兩式可見,與中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時(shí)相同,可認(rèn)為全網(wǎng)零序電壓各處相等.1.3.3.4.小電流接地電網(wǎng)中單電源線路上異地不同名相兩點(diǎn)接地在小電流接地電網(wǎng)中,一點(diǎn)接地后可繼續(xù)運(yùn)行(不能超過2h),在這段時(shí)間內(nèi)非故障相電壓升高為線電壓,有可能再發(fā)生接地,形成異地不同名相兩點(diǎn)接地的現(xiàn)象。分析時(shí),全不計(jì)電網(wǎng)電容電流和補(bǔ)償電流。圖1-100(a)示出了同一母線引地的兩條線路上異同名相兩點(diǎn)接地,圖1—100(b)示出了同一條線路異地不同名相兩點(diǎn)接地。(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)由式(1-340)可見,異地不同名相兩點(diǎn)接地時(shí)有很大的短路電流.在圖1-100(b)中,K1點(diǎn)左側(cè)相當(dāng)于兩相相間短路,K1K2,線段相當(dāng)于單相接地列方程為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)解得電流、電壓分別為(1—錯(cuò)誤!未定義書簽。)式中:與故障點(diǎn)位置有關(guān)的系數(shù),由式(1-344)可以看出,小電流接地系統(tǒng)異地兩點(diǎn)故障同樣有很大的短路電流.在圖1—100(a)中,M母線左側(cè)觀察到為兩相相間短路,M母線右側(cè)為單相接地短路,所以M母線上三相電壓可表示為在、、相量基礎(chǔ)上;可由式(1-344)做出、相量,可由式(1—345)做出相量,可由式(1—346)做出、相量,其相量關(guān)系如圖1-99所示。到兩故障相電壓與額定相電壓的比值為在圖1-100(b)中,M母線三相電壓可表示為式(1-346)。由式(1—344)、式(1—3
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