第八章-不对称短路

第八章电力系统简单不对称故障的分析计算•对称分量法•对称分量法在不对称故障分析计算中的应用•电力系统元件序参数及系统的序网图•简单不对称故障的分析计算1、什么是对称分量法？2、为什么要引入对称分量法？分析过程是什么？1、各元件的序参数是怎样的？2、如何绘制电力系统的序网图？如何利用对称分量法对简单不对称故障进行分析与计算？8.1对称分量法在不对称短路计算中的应用一、对称分量法正序分量零序分量负序分量合成120120120aaaabbbbccccFFFFFFFFFFFF在三相系统中，任意不对称的三相量可分为对称的三序分量一、对称分量法•正序分量：三相量大小相等，互差1200，且与系统正常运行相序相同。•负序分量：三相量大小相等，互差1200，且与系统正常运行相序相反。•零序分量：三相量大小相等，相位一致。0002222211121,,acbacabacabFFFFaFFaFFaFFaF120jea逆时针旋转1200一、对称分量法•三相量用三序量表示•三序量用三相量表示02210210212021021aaaccccaaabbbbaaaaFFaFaFFFFFFaFaFFFFFFFFcbaaaaFFFaaaaFFF1111131220211120abcTFF2211111aaaaT120abcTFF2121113111aaaaT二、各序分量的独立性•静止的三相电路元件cbaccbcacbcbbabacabaacbaIIIZZZZZZZZZVVVabcabcZIV120120120sc-1VTZTIZIsc-1ZTZT称为序阻抗矩阵•当元件参数完全对称时二、各序分量的独立性mcabcabsccbbaazzzzzzzz0210000002000000ZZZZZZZZZZmsmsmssc120120IZVsc000222111aaaaaaIZVIZVIZV结论：在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有独立性，因此，可以对正序、负序、零序分量分别进行计算。各序分量是对称的，只分析一相。二、各序分量的独立性•序阻抗：元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件的同一序电流的比值。000222111///aaaaaaIVZIVZIVZ正序阻抗负序阻抗零序阻抗三、对称分量法在不对称短路计算中的应用•一台发电机接于空载线路，发电机中性点经阻抗Zn接地。•a相发生单相接地000000ccbbaaIVIVIV三、对称分量法在不对称短路计算中的应用•a相接地的模拟000000ccbbaaIVIVIV三、对称分量法在不对称短路计算中的应用将不对称部分用三序分量表示应用叠加原理进行分解三、对称分量法在不对称短路计算中的应用正序网11121111)()(anaaaLGaaVZIaIaIZZIE1111)(aLGaaVZZIE01121111aaacbaIIIIII三、对称分量法在不对称短路计算中的应用负序网21222)(0aGaVZZI三、对称分量法在不对称短路计算中的应用零序网000003)(0anaLGaVZIZZI0000)3(0anLGaVZZZI00003acbaIIII1111)(aLGaaVZZIE21222)(0aGaVZZI0000)3(0anLGaVZZZI00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE8.2电力系统各序网络•静止元件：正序阻抗等于负序阻抗，不等于零序阻抗。如：变压器、输电线路等。•旋转元件：各序阻抗均不相同。如：发电机、电动机等元件。一、同步发电机的负序和零序电抗1同步发电机的负序电抗•负序旋转磁场与转子旋转方向相反，因而在不同的位置会遇到不同的磁阻（因转子不是任意对称的），负序电抗会发生周期性变化。•有阻尼绕组发电机•无阻尼绕组发电机qdXX~qdXX~1同步发电机的负序电抗•实用计算中发电机负序电抗计算有阻尼绕组无阻尼绕组•发电机负序电抗近似估算值有阻尼绕组无阻尼绕组•无确切数值，可取典型值)(212qdXXXqdXXX2dXX22.12dXX45.12电机类型电抗水轮发电机汽轮发电机调相机和大型同步电动机有阻尼绕组无阻尼绕组0.15~0.350.32~0.550.134~0.180.240.04~0.1250.04~0.1250.036~0.080.080X2X2.同步发电机的零序电抗•三相零序电流在气隙中产生的合成磁势为零，因此其零序电抗仅由定子线圈的漏磁通确定。•同步发电机零序电抗在数值上相差很大（绕组结构形式不同）：•零序电抗典型值•发电机中性点通常不接地dXX)6.0~15.0(00X二、异步电动机和综合负荷的序阻抗•异步电机和综合负荷的正序阻抗：Z1=0.8+j0.6或X1=1.2；•异步电机负序阻抗：X2=0.2；•综合负荷负序阻抗：X2=0.35；•异步电机和综合负荷的零序电抗：X0=∞。（绕组通常接成三角形和不接地星形）三、变压器的零序电抗及其等值电路1.普通变压器的零序阻抗及其等值电路•正序、负序和零序等值电路结构相同。1.普通变压器的零序阻抗及其等值电路漏磁通的路径与所通电流的序别无关，因此变压器的各序等值漏抗相等。励磁电抗取决于主磁通路径，正序与负序电流的主磁通路径相同，负序励磁电抗与正序励磁电抗相等。因此，变压器的正、负序等值电路参数完全相同。•变压器的零序励磁电抗与变压器的铁心结构相关。零序励磁电抗等于正序励磁电抗零序励磁电抗等于正序励磁电抗零序励磁电抗比正序励磁电抗小得多：Xm0=0.3~1.02.变压器的零序等值电路与外电路的连接基本原理a)变压器零序等值电路与外电路的联接取决于零序电流的流通路径，因此，与变压器三相绕组联结形式及中性点是否接地有关。b)不对称短路时，零序电压施加于相线与大地之间。考虑三个方面：（1）当外电路向变压器某侧施加零序电压时，如果能在该侧产生零序电流，则等值电路中该侧绕组端点与外电路接通；反之，则断开。根据这个原则：只有中性点接地的星形接法绕组才能与外电路接通。（2）当变压器绕组具有零序电势（由另一侧感应过来）时，如果它能将零序电势施加到外电路并能提供零序电流的通路，则等值电路中该侧绕组端点与外电路接通，否则断开。据此：只有中性点接地星形接法绕组才能与外电路接通。（3）三角形接法的绕组中，绕组的零序电势虽然不能作用到外电路中，但能在三相绕组中形成环流。因此，在等值电路中该侧绕组端点接零序等值中性点。Y0/Δ接法三角形侧的零序环流变压器绕组接法开关位置绕组端点与外电路的连接Y1与外电路断开Y02（1、2）与外电路接通(或接通、断开)Δ1（3）与外电路断开（或与外电路断开，但与励磁支路并联）变压器零序等值电路与外电路的联接3.中性点有接地电阻时变压器的零序等值电路变压器中性点经电抗接地时的零序等值电路4.自耦变压器的零序阻抗及其等值电路•中性点直接接地的自耦变压器中性点经电抗接地的自耦变压器12IIIIII1212IIII12II3)1(3)1(3kXXXkkXXXkXXXnnn四、架空线路的零序阻抗及其等值电路•零序电流必须借助大地及架空地线构成通路四、架空线路的零序阻抗及其等值电路•零序阻抗比正序阻抗大（1）回路中包含了大地电阻（2）自感磁通和互感磁通是助增的Ra为导线电阻，Rg为大地等值电阻约为0.05)/(lg1445.0/kmrDjRRZggas(1)、单根导线——大地回路的自阻抗r’为导线的等值半径，Dg为等值深度，一般取Dg＝1000m(2)、两个“导线——大地”回路间的互阻抗)/(lg1445.0kmDDjRZabggmIbIwIbabgDabDagDbga’g’b’(3)、单回路架空线的零序阻抗三相不对称排列，互感为：DDxabgablg1445.0DDxacgaclg1445.0DDxbcgbclg1445.0经完全换位后，互感接近相等为：DDxxxxmgbcacabmlg1445.0)(31DDDDbcacabmDm为几何均距：每一相的零序阻抗为：'020.1445lg20.1445lg2ggsmaggmjjDDZZZRRRDr00.4335lg3gagsjDRZRDDs为组合导线的等值半径：32'DrDms四、架空线路的零序阻抗及其等值电路•平行架设双回线零序等值电路两回路间任意两相间的互阻抗为：),,;,,(lg1445.0'''cbajcbaiDDRZijggij经完全换位后，第二回对第一回某相的互阻抗接近相等为：9'''''''''DDDDDDDDDDccbcaccbbbabcabaaaIII两回路间的几何均距双回路等值电路：''010.4335lg33cgIIIijgiajIIIcaDRZZD00000000000())(IIIIIIIIIIIIIIIIIIIZZZZZUIIII00000000000())(IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIZZZZZUIIII四、架空线路的零序阻抗及其等值电路•有架空地线的情况：零序阻抗有所减小。架空地线的自阻抗为：I)0(Iw)0(U)0(Zcw)0(Z)0(Zw)0()/(lg43345.015.03')0(kmrDjRZwgww三相导线与架空地线的互阻抗为：)/(lg43345.015.0)0(kmDDjZwcgcw等值电路：(0)(0)(0)(0)(0)cwwZZUII(0)(0)(0)(0)0wcwwZZIIIZZZUwcw)0()0(2)0()0()0(I)0(ZZcw)0()0(Zcw)0(ZZcww)0()0(Ig)0(Iw)0(地线去磁，零序阻抗减少ZZZZwcww)0(2)0()0()()0(四、架空线路的零序阻抗及其等值电路实用计算中一相等值零序电抗10101010101037.45.5235.3xxxxxxxxxxxx无架空地线的单回线路有钢质架空地线的双回线路有钢质架空地线的单回线路有良导体架空地线的单回线路无架空地线的双回线路有良导体架空地线的双回线路五、电力系统各序网络等值电路的绘制原则根据电力系统的原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，查明各序电流的流通情况，凡是某序电流能流通的元件，必须包含在该序网络中，并用相应的序参数及等值电路表示。正序网络负序网络正序网络零序网络：必须首先确定零序电流的流通路径。0aV零序网络例8-10aV8.3不对称短路时故障处的短路电流和电压•当网络元件只用电抗表示时，不对称短路的序网络方程00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE该方程组有三个方程，但有六个未知数，必须根据边界条件列出另外三个方程才能求解。一、单相接地短路