《电力系统分析》_第7章

电力系统分析PowerSystemAnalysis(七、电力系统故障分析的基本知识)主讲人：田行军[e-mail]2019/8/2第七章电力系统故障分析的基本知识主要内容1、短路的一般概念3、无穷大功率电源供电的三相短路电流分析2、标幺制的近似计算法§7.1短路的一般概念•故障:一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障•简单故障:电力系统中的单一故障•复杂故障:同时发生两个或两个以上故障•短路:指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。•断线:也称纵向故障，例如一相断线使系统发生两相运行的非全相运行情况。一相断线或两相断线故障也属于不对称故障，其分析计算方法与不对称短路故障类似。§7.1短路的一般概念表1-1各种短路的示意图和代表符号一、短路的类型短路类型示意图符号发生的机率三相短路f(3)5%二相短路f(2)10%二相接地短路f(1,1)20%单相接地短路f(1)65%对称不对称§7.1短路的一般概念①绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因§7.1短路的一般概念(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。(2)电压大幅度下降，对用户影响很大。(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。(4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通信线路感应出电动势,影响通讯.三、短路的危害§7.1短路的一般概念(1)限制短路电流（加电抗器）。(2)继电保护快切。(3)结线方式。(4)设备选择.四、减少短路危害的措施§7.1短路的一般概念五、计算短路电流的目的短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。§7.2标幺制一、计算短路电流的基本假设1、以电网的平均电压取代元件的额定电压同一电压级中各元件的额定电压可能不一样线路首端，升压变压器二次侧高出10%线路末端，降压变压器一次侧UN发电机高出5%简化计算——同一电压级中各元件的额定电压相同，数值上=平均电压，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2、高压电网只计及电抗,当RdΣXdΣ/3时,忽略RdΣavdΣdΣ3UIX§7.2标幺制二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立(近似法)1、发电机有名值T1T2x4ⅠⅡⅢx2x3x5T3x6Ⅳx1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均电压后简化计算,无需考虑变压器变比归算取U4为基本级''21d*N1GNxxUS22''31241d*NGN123UUUUxxSUUU归算到基本级§7.2标幺制2、变压器22''''''3124BB1j1d*Nd*N22GN123GN44BUSUUUSSxxxxSUUUSUU23k3k2BB24*j36*jTNTNTT100100UUSSxxSS3、输电线24BB5*j5522343USSxxxUUU11223k124Bk1B2*j2TN23TN4%%100100UUUUSUSxSUUSU234BB3*j33222342UUSSxxxUUUU§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析恒定电势源（又称无限大功率电源），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。一、三相短路的暂态过程简单三相电路短路§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路前电路处于稳态：其a相的表达式为amam00sin(ωα)sin(ωα)eEtiItm0222()ω()mEIRRLL10ω()tanLLRR§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析msin(ωα)diRiLEtdta相的微分方程式如下：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量和非周期分量。假定t＝0时刻发生短路a/Tdzadfamsin(ωα)tiiiItCe§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析)sin(tEdtdiLRima相的微分方程式如下：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量和非周期分量。假定t＝0时刻发生短路a/paoamsin(ωα)CtTiiiIte§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析mm22(ω)EIRL1ωtanLRpamsin(ω)iIt短路电流的强制分量,并记为周期分量：pai§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析非周期电流：短路电流的自由分量,记为apoaCeCetTtiaT—非周期分量电流衰减的时间常数aLTRC—为由初始条件决定的积分常数§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路的全电流可表示为：mm00sin()sin()IICmm00sin()sin()CIIa/mmm00sin(ω)[sin()sin()]tTaiItIIeam00sin(ω)iIt短路电流不突变短路前电流积分常数的求解a/apaoamsin(ωα)CtTiiiIte§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析[0]m00sin()Iimp0sin()Iip0[0]ii短路电流关系的相量图表示在时间轴上的投影代表各量的瞬时值§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析指短路电流最大可能的瞬时值，用表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。(1)相量差有最大可能值；(2)相量差在t＝0时与时间轴平行。一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即，故可近似认为。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（Im0=0),并且短路发生时，电源电势过零（α＝0）。Mimm0IIo90ωLR二、短路冲击电流非周期电流有最大初值的条件应为：0mmIImm0II§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流非周期分量有最大可能值的条件图非周期电流有最大值的条件为：1、短路前电路空载（Im0=0)；2、短路发生时，电源电势过零（α＝0）。§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析将，和＝0代入式短路全电流表达式：m00I90/ammcosωeatTiItI短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现（如图1-5）。若f=50Hz，这个时间约为0.01秒,由此可得短路冲击电流：aa0.01/0.01/MmmmMme(1e)TTiIIIKIKM为冲击系数，实用计算时，短路发生在发电机电压母线时KM＝1.9；短路发生在发电厂高压母线时KM＝1.85；在其它地点短路KM＝1.8。a0.01/M1eTK§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析图1-8非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析13无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：正常运行状态0.01sO暂态稳态uii,uinp(0)i正常运行状态0.01sip(0)i0O暂态稳态ikuishi,uuipinpiti正常运行状态0.01sO暂态稳态t(ωt)u2I∞kipinpiushi§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析§7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析