第11章 电力系统简单不对称故障的分析和计算

本章提示11.1单相接地短路11.2两相短路11.3两相短路接地11.4正序等效定则的应用11.5非故障处电流和电压的计算11.6非全相运行的分析计算小结第11章电力系统简单不对称故障的分析和计算系统发生单相接地短路、两相短路、两相短路接地时，短路点处的边界条件、系统的复合序网以及短路点处各相电流、电压的计算；介绍正序等效定则在不对称故障分析中的应用；计算系统非故障处的电流、电压的方法及电压和电流的对称分量经变压器后，其大小与相位的变化同变压器的关系；非全相运行（单相断线、两相断线）的分析与计算方法。本章提示单相接地短路两相短路两相短路接地单相断线两相断线主要的分析方法为对称分量法电力系统简单不对称故障包括第11章电力系统简单不对称故障的分析和计算取流向短路点的电流方向为正方向，选取a相正序电流作为基准电流。0002221101fafafafafafafaIjxUIjxUIjxUU当系统f点发生不对称短路时故障点处的三序电压平衡方程为：第11章电力系统简单不对称故障的分析和计算设系统某处发生a相短路接地，如图11.1所示。图11.1a相短路接地示意图短路点的边界条件为：00fcfbfaIIU将电压用正序、负序、零序分量表示为:0021fafafaaUUUU11.1单相接地短路用序分量表示的短路点边界条件为：fafafafafafafaIIIIUUU310021021工程上常采用复合序网的方法进行不对称故障的计算。021fafafaIII311111122aaaa111300fafaII由对称分量法，a相电流的各序分量为：11.1单相接地短路从复合序网图可见:120(0)120()fafafafaIIIUjxxx因此短路点的故障相电流为：faofafafaIIII21(0)1203()faUjxxx图11.2a相短路接地复合序网11.1单相接地短路根据前述方程可以求得故障相电压的序分量、。1faU2faU0faU0212fafafafbUUaUaU1022])1()[(faIxaxaaj22201[()(1)]fajaaxaxI0221fafafafcUUaUaU同理依据复合序网及各对称分量间的关系，短路点处非故障相电压为：11.1单相接地短路设系统f处发生两相（b、c相）短路，如图所示。0faIfcfbUU短路点的边界条件为：fcfbII序分量表示的边界条件为：1200fafafaIII21fafaUU图bc两相短路示意图11.2两相短路绘制bc两相短路时的复合序网如图所示，)(21)0(21xxjUIIfafafa从复合序网可以直接求出正、负序电流分量为：11.2两相短路1(0)22112)21(0)12)00111313(1033(fafafafbfafafcfafaIIUIaaIjIxxIaajIUxx短路点的各相电压为：11221201111211fafafafbfafafcfafaUUUUaaUUUaaUU利用序分量求得b、c相短路时的各相电流为：11.2两相短路设系统f处发生两相（b、c）短路接地，如图11.7所示。短路点的边界条件为：0faI0fcfbUU(11.15)0210210fafafafafafaUUUIII序分量形式的边界条件:图11.7bc两相短路接地示意图11.3两相短路接地满足该边界条件的复合序网如图11.8:图11.8bc两相短路接地复合序网从复合序网求得非故障相（a相）电流各序分量:)(02021)0(1xxxxxjUIfafa10202fafaIxxxI10220fafaIxxxI11.3两相短路接地短路点的各相电流可由序分量合成得：222012012022201201200()()fafbfafafafafcfafafafaIxaxIaIaIIIaxxxaxIaIaIIIaxx11.3两相短路接地n代表短路的类型1)(fanfIMI故障相电流可以写为：系数为故障相短路电流相对于正序电流分量的倍数，其值与短路类型有关。正序等效定则:是指在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量与在短路点f各相中接入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。)(nx)()(1)0()(1nfanfaxxjUI)(nx表示附加电抗，其值随短路的类型不同而变化11.4正序等效定则的应用短路类型013)(nM表11.1简单短路的及)(,1nfaxI1faI)(nx)(nM)3(f1)0(jxUfa)1(f)(021)0(xxxjUfa02xx)2(f)(21)0(xxjUfa2x3)1,1(f)(20201)0(xxxxxjUfa2020xxxx22020)(13xxxx11.4正序等效定则的应用简单不对称短路电流的计算步骤，可以总结为：1.根据故障类型，做出相应的序网；2.计算系统对短路点的正序、负序、零序等效电抗；3.计算附加电抗；4.依据式（11.23）计算短路点的正序电流；5.依据式（11.24）计算短路点的故障相电流；6.进一步求得其他待求量。如果要求计算任意时刻的电流（电压），可以在正序网络中的故障点f处接附加电抗，然后应用运算曲线，求得经发生三相短路时任意时刻的电流，即为f点不对称短路时的正序电流。)(nx)(nx11.4正序等效定则的应用例11.1针对例10.2的输电系统，试计算f点发生各种简单不对称短路时的电流。11.4正序等效定则的应用11.5.1非故障处电流与电压11.5.2电压和电流对称分量经变压器后的相位变化11.5非故障处电流和电压的计算先求得短路点处的各序电流分量，将各序分量分别在各序网中进行分配，求得待求支路电流的各序分量，按照进行合成；非故障处的电压，也可以在序网中求得各分量之后，利用求得实际待求电压120TIIabc120TUUabc图11.10不同类型短路的短路点处各序电压的分布电力系统中发生不对称短路，要计算非故障处的电流和电压:11.5.1非故障处电流与电压电压分布具有如下规律：1.越靠近电源侧，正序电压数值越高；越靠近短路点侧，正序电压数值越低。三相短路时，短路点f处的电压为零，其各点电压降低最严重。单相接地短路时正序电压值降低最小。2.发生不对称短路，短路点处的负序和零序电压最高，离短路点越远，负序和零序电压数值越低，发电机中性点处负序电压为零。零序电流终止的点，如YN，d接线变压线的角形侧，零序电压为零。11.5.1非故障处电流与电压a）接线方式b）正序分量c）负序分量图11.11Y，y0变压器两侧电压相量假定变压器两侧绕组的绕向和绕组标志的规定使得两侧相电压的相位相同，且变压器的变比标幺值等于1。1.Y，yo接线变压器112200,,AaAaAaUUUUUU对于变压器两侧的各序电流分量，不会发生相位的改变。两侧相电压的正、负、零序分量的标幺值分别相等且同相位。即11.5.2电压和电流对称分量经变压器后的相位变化a）接线方式b）正序分量c）负序分量图11.12Y，d11变压器两侧电压相量030113022ojaAjaAUUeUUeY侧施加正序电压，d侧电压超前Y侧电压0302.Y，d11接线变压器若在Y侧施加负序电压，d侧电压滞后于Y侧电压03011.5.2电压和电流对称分量经变压器后的相位变化a）正序分量b）负序分量图11.13Y，d11变压器两侧电流相量，d侧的正序线电流超前Y侧正序线电流d侧的负序线电流落后于Y侧负序线电流0300300030223011,jAajAaeIIeIIY，d联接的变压器，在三角形侧的外电路中不含零序分量。若负序分量由三角形侧传变到星形侧:正序分量顺时针方向转过负序分量逆时针方向转过03003011.5.2电压和电流对称分量经变压器后的相位变化例11.2在例10.2图所示的网络中，f点发生两相短路。试计算变压器d侧的各相电压和各相电流。变压器T-1是Y，d11接法。11.5.2电压和电流对称分量经变压器后的相位变化11.6.1单相（a）相断线11.6.2两相（b、c相）断线11.6非全相运行的分析计算电力系统的短路通常称为横向故障。系统运行时，线络、变压器和断路器等元件可能会发生一相或两相断开的运行情况，即所谓纵向故障，网络中两个相邻节点出现了不正常断开或三相阻抗不相等的情况，这种不对称运行方式称为非全相运行。11.6非全相运行的分析计算非全相运行给系统带来许多不利因素，例如：1.由于三相电流不平衡，可能使发电机、变压器个别绕组通过电流较大，造成过热现象；2.三相电流不平衡产生的负序分量电流，使发电机定子绕组产生负序旋转磁场，在转子绕组中感应出的交流电流，引起附加损耗；并与转子绕组产生的磁场相互作用，引起机组振动；3.非全相运行时产生的零序电流，会对邻近的通信线路产生干扰等由于非全相运行属于不对称故障，因此仍可以应用对称分量法进行分析。11.6非全相运行的分析计算设在线络f处发生a相断线，断口为/ff应用替代定理，在故障口处用一组不对称的电势源模拟断口处出现的不对称状态，然后将此不对称电源分解为正、负、零序分量图11.14非全相（a相断线）运行分析11.6.1单相（a）相断线（11.25）00022211)0(1aaaaaffaIjxUIjxUIjxUU将故障网络分解为三个独立的正、负、零序网络:式中:为流经断口线路的各序网络的故障电流；为故障断口处两端的各序电压差；为从故障断口看进去的各序网络的等值电抗；为断口的开路电压。021aaaIII，，021aaaUUU，，021,,xxx)0(ffU11.6.1单相（a）相断线根据a相断线的故障边界条件，补充如下三个方程：000cbaUUI（11.26）该条件与b、c两相短路接地的边界条件（11.14）相似，用序分量表示为：0210210aaaaaaUUUIII（11.27）复合序网如图11.14（d）图所示。11.6.1单相（a）相断线102201020202021)0(1)(aaaaffaIxxxIIxxxIxxxxxjUI（11.28）断口处各序电压分量为:120201(//)aaaaUUUjxxI（11.29）由复合序网可求得断口处的各序电流分量为：11.6.1单相（a）相断线在线路的f点发生b、c两相断线。图11.15两相（b、c）断线分析断线的边界条件为：000cbaIIU用序分量表示的边界条件为：0021021aaaaaaUUUIII（11.31）与a相接地短路的边界条件相似。11.6.2两相（b、c相）断线由复合序网可得各序电流、序电压分量为：0002221021021)0(021)()(aaaaaaffaaaIjxUIjxUIx