电力系统分析8+简单不对称故障

电力系统不对称故障的分析计算第八章电力系统简单不对称故障的分析和计算•8.1对称分量法在不对称短路计算中的应用•8.2电力系统元件的序电抗8.2.1同步发电机的负序电抗和零序电抗8.2.2异步电动机的负序电抗和零序电抗8.2.3变压器的零序参数和等值电路8.2.4电力线路的零序阻抗和等值电路•8.3电力系统各序网络•8.4电力系统不对称短路的分析与计算•8.5电力系统非全相运行的分析电力系统不对称故障的分析计算8.1.1对称分量法系统正常运行或三相短路时，系统中的电压和电流等参数都是对称的。故可采用单相分析法，将剩余两相的数值由对称的原理推出。对称分量法的基本原理是：任何一个不对称三相系统的相量、、都可分解成三个对称的三相系统分量，即正序、负序和零序分量。aFbFcF正序分量（、、）：与正常对称运行下的相序相同；1aF1bF1cF负序分量（、、）：与正常对称运行下的相序相反；2aF2bF2cF0aF零序分量（、、）：三相量幅值相等，相位相同。0bF0cF8.1对称分量法在不对称短路计算中的应用可以是电动势、电流、电压等。F电力系统中的故障大多是不对称的，须采用对称分量法，将三相系统的电气量分解为正序、负序和零序三组对称量，仍采用单相等值电路求解，之后用叠加原理求解不对称的电气量。电力系统不对称故障的分析计算021021021ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF三相相量与其对称分量之间的关系可表示为：，22abFaF；222acFaF000acbFFF，121abFaF；11acFaF则02210210212021021aaaccccaaabbbbaaaaFFaFaFFFFFFaFaFFFFFFFF23j21e120ja23j21e240j2a13a012aa引入，，且有带入上式电力系统不对称故障的分析计算也可表示为0212211111aaacbaFFFaaaaFFFcbaaaaFFFaaaaFFF111113122021或可见：零序电流必须以中性线为通路。三相对称系统中不存在零序分量。若不对称的电气分量为电流，由可见，只有)(310cbaaIIII0)(cbaIII无零序分量。当三相电流之和不为零时才有零序电流分量1201FSFbcaabcSFF120当三相系统为三角形或不接地的星形接法时采用YN接法时，中性线流过电流03acbaNIIIII为一相零序电流的3倍电力系统不对称故障的分析计算8.1.2序电抗的概念三相系统电流不对称，每相电压降cacbabaaaaIZIZIZU当元件结构与参数对称时，即021021021mSmSmS021Z0000002000000aaaaaaaaaIIIZZIIIZZZZZZUUU用对称分量法表示，sccbbaaZZZZmcabcabZZZZ可见：在三相元件参数对称时，各序分量具有独立性，当电路中通以某序对称分量的电流时，只产生同一序对称分量的电压，故可对正、负和零序分量分别计算。若三相元件参数不对称则不可以。bcaabcIZU1201120ISZSU序阻抗矩阵对B相和C相进行分析可得到同样的结果。电力系统不对称故障的分析计算静止元件的正序、负序电抗相等；旋转元件则不等。任何元件的零序电抗和正序、负序电抗都有明显区别。8.1.3对称分量法在不对称短路计算中的应用例：图示系统发生a相单相接地故障，f点三相对地电压、、元件参数对称。faufbufcu将图a)采用对称分量法分解为图b)（单相计算法）电力系统不对称故障的分析计算由序电抗的概念，各序分量具有独立性，以a相为基准相分别得出各序网络的电压方程：nfcfbfafaLGfaaZIIIuZZIE)()(11111111111)(faLGfaauZZIE1）正序：中性点阻抗在正序网络中不起作用。2）负序：2222)(0faLGfauZZI注意：发电机发出的电势为正序电势且只能发出正序电势，其负序、零序电势为03）零序：0000000)()(0fanfcfbfaLGfauZIIIZZI000003)(0fanfaLGfauZIZZI电力系统不对称故障的分析计算不对称短路时的正序、负序、零序网络图如下图所示。各序网的基本方程为：0002221111jjjXIUXIUXIEUaaaaaaa图序网络图a）正序网络b）负序网络c）零序网络或记为0000)3(0fanLGfauZZZI电力系统不对称故障的分析计算8.2电力系统元件的序电抗8.2.1同步发电机的负序电抗和零序电抗同步发电机对称运行时，只有正序电势和正序电流，此时的电机参数就是正序参数，包括稳态时的同步电抗Xd、Xq，暂态过程中的、和、。dXqXdXqX1同步发电机的负序电抗同步电机的负序电抗与短路类型有关，其值见表8-1（130页）实用计算中常取22qdxxx近似计算对汽轮发电机及有阻尼的水轮发电机对于无阻尼绕组的发电机dxx22.12dxx45.12电力系统不对称故障的分析计算如无电机的确切参数，也可按下表取值：同步电机类型X2X0汽轮发电机0.160.06有阻尼绕组水轮发电机0.250.07无阻尼绕组水轮发电机0.450.07调相机和大型同步电动机0.240.08表8-2同步电机的负序和零序电抗2同步发电机的零序电抗零序电抗的变化范围大致是（0.15～0.6）dX电力系统不对称故障的分析计算8.2.2异步电动机的负序和零序电抗当系统发生三相短路时，机端短路时，电流分量衰减为零，参数一般称为次暂态参数定子电流直流分量同步频率交流分量由于它衰减很快，相当于同步发电机次暂态电流的衰减，stIx1''000IxjUE异步电动机突然短路时的等值电路可以用次暂态电势和次暂态电抗表示。1异步电动机的次暂态参数（正序电抗）自由分量电力系统不对称故障的分析计算2异步电动机的负序电抗xx23异步电动机的零序电抗异步电动机的三相绕组通常为三角形或不接地星形联结，无零序电流通路，故x0=∞励磁电抗小得多，在短路计算中应视为有限值xm0=0.3~1.0电力系统不对称故障的分析计算8.2.3变压器的零序参数和等值电路变压器的负序电抗与正序电抗相等，而零序电抗与变压器的铁心结构及三相绕组的接线方式等因素有关。1.变压器零序电抗与铁心结构的关系对于由三个单相变压器组成的变压器组及三相五柱式或壳式变压器，零序主磁通以铁心为回路，因磁导大，零序励磁电流很小，所以可认为。0mX对于三相三柱式变压器，零序主磁通通过充油空间及油箱壁形成闭合回路，因磁导小，励磁电流很大，所以零序励磁电抗应视为有限值，通常取。1~3.00mX电力系统不对称故障的分析计算对双绕组变压器：零序电压加在变压器三角形侧和不接地星形侧，无论另一侧绕组接线方式如何，变压器中均无零序电流流通，此时零序电抗为∞。2.变压器零序电抗与绕组接线方式的关系在星形连接的绕组中，零序电流无法流通，从等效电路的角度来看，相当于变压器绕组开路；在中性点接地的星形连接的绕组中，零序电流可以畅通，所以从等效电路的角度来看，相当于变压器绕组短路；在三角形连接的绕组中，零序电流只能在绕组内部环流，不能流到外电路，因此从外部看进去相当于变压器绕组开路。若零序电压加在YN侧，零序电流将通过绕组中性点流入大地，构成回路，而另一侧零序电流流通的情况随该侧的接线方式而定。电力系统不对称故障的分析计算普通变压器的零序等值电路与正序、负序等值电路具有相同的结构形式（T型）。3.不同类型变压器的零序等值电路a）YN，d接线mmxxxxxx0图8-9各类变压器的零序等效电路注意：XⅡ的一端接中性点电位，并不表示绕组Ⅱ的一端一定接地，而是表示该支路完成了零序电流的闭合回路若YN侧中性点经电抗xn接地nmmxxxxxxx30电力系统不对称故障的分析计算b）YN，y接线c）YN，yn接线mxxx0)//(0外xxxxxm图8-9各类变压器的零序等效电路电力系统不对称故障的分析计算d）YN，d，y接线e）YN，d，yn接线f）YN，d，d接线xxxx0)//(0外xxxxxxxxx//0三绕组变压器一般有d形绕组，使三相谐波电流在d绕组中形成环流，并使励磁电抗较大，在零序等值电路中将励磁支路开路。图8-9各类变压器的零序等效电路电力系统不对称故障的分析计算4、自耦变压器的零序参数和等值电路通常自耦变压器中性点可直接接地，也可经电抗接地，且均认为xm0≈∞。1)自耦变压器中性点直接接地a）YN，yn接线xxx0..003(')II电力系统不对称故障的分析计算b）YN，yn,d接线xxxxx//)(0外中性点接地电流仍为：...0003(')III电力系统不对称故障的分析计算2)自耦变压器中性点经电抗接地a）YN，yn接线设中性点对地电位UN，Ⅰ、Ⅱ绕组端点对地电位、分别为：.U.U......NNNNUUUUUU（7-26）UⅠNUⅡN分别为Ⅰ、Ⅱ绕组端对中性点的电压因此折算至一次侧的零序等值电抗为：0101IUUUUIUUXNN一、二次绕组实际运行分接头电压计算得电力系统不对称故障的分析计算（7-27）可得零序等值电路为20'3(1)nUXXXXXXU2)1(3UUxXXnb）YN，yn,d接线任意两绕组间的等值零序电抗，是其中一个绕组断开，其余两绕组间电抗折算到一次侧的值电力系统不对称故障的分析计算Ⅲ绕组开路，归算至Ⅰ侧的Ⅰ、Ⅱ侧等值电抗为（7-27）Ⅱ绕组开路，相当于一台YN，d接线的双绕组变压器；当时，归算至Ⅰ侧的等值电抗为：'XXm0≈∞'3nXXXX（7-29）当Ⅰ绕组开路时，归算至Ⅰ侧的Ⅱ、Ⅲ绕组的零序等值电抗为：22''''()3()nUUXXXXUU（7-31）根据以上三式求出折算值一次侧的各支路等值电抗，由等值电路电力系统不对称故障的分析计算8.2.4电力线路的零序等值阻抗和等值电路输电线路的正序电抗和负序电抗相等。当线路中流过零序电流时，由于三相电流大小和相位相同，各相间的互感磁通相互增强，因此零序电抗要大于正序电抗。零序电流通过大地构成回路，因此研究零序电抗，必须考虑大地（架空地线）的影响。1.“导线-大地”回路的阻抗自阻抗.aI.aIaa’ee’aa’aeD.aU.aU.aI.aI图8-30“导线-大地”回路（a）交流回路（b）等值导线回路模型虚拟导线单位长度等值电阻2410eRf'ee（Ω/km）电力系统不对称故障的分析计算对于电流频率f=50Hz时：（Ω/km）根据平行双导线回路的电抗计算公式，可以确定导线与卡森线路回路的单位长度电抗，即：0.1445lg0.1445lg''aeaesaeeDDXXXrr20.1445lg0.1445l