电力系统故障分析培训课件

第一节三相短路一、次暂态短路电流（短路电流周期分量起始值）实用计算1．次暂态短路电流我们构造发电机次暂态电势：认为发电机在短路前后瞬间保持不变，作为短路计算时发电机的等值电势。而以发电机直轴次暂态电抗xd”作为短路时发电机等值电抗。发电机机端至故障点的电抗为xe则次暂态短路电流：000dxIjUE0EjxEjxExxjEIded对于负荷，我们根据情况有多种处理方式：①电动机负荷作为短路电流提供者当系统的负荷为异步电动机时，异步电动机可能向短路点提供短路电流，其机理类似于发电机或调相机。由于正常运行时，负荷电流总是流向电动机，故：（x”为电动机次暂态电抗）则只有短路后机端电压小于E”时电动机才送出短路电流。一般工程中只考虑，当三相短路发生在大容量电动机机端时，该电动机提供短路电流。000xIjUE②负荷不作为短路电流提供者一般当三相短路不发生在大容量电动机机端时，均不将负荷作为短路电流提供者。对故障前的负荷：考虑：由欧姆定律计算各电源E|0|”，即是考虑了正常情况下负荷的影响。不考虑：因正常负荷电流远远小于短路电流，则认为故障前空载。空载时，全网各处电压、电势相等，则各电源的次暂态电势等于故障点未故障时的电压。即：更进一步假设：正常运行时，各点电压、电势均运行于平均额定电压附近。有：00fUE100fUE对故障后的负荷：考虑：将其作为恒定阻抗，并计入系统总阻抗。如故障前，某负荷为P+jQ，运行电压为UD|0|。其阻抗：不考虑：认为负荷阻抗为无穷大。（负荷阻抗一般远大于线路、变压器等元件的电抗）jQPUZDD20以下图所示系统在f点三相短路为例：当故障前后均不考虑负荷时，对电网进行化简：则：当采用假设：，有：即系统中任何一点发生三相短路，短路电流的标幺值为从该点看进去全网总阻抗的倒数。上述结论具有普遍意义。Uf|0|Uf|0|f(3)G1T1G2T2f(3)L1L2xG1xG1xT1xT2xL1xL2222111//LTGLTGxxxxxxxjxUIf010fUjxI12．短路容量电力系统短路电流水平，通常用短路容量（短路功率）表示。短路容量定义为：某点发生三相短路时的次暂态电流乘以该点的额定电压。其有名值公式：用平均额定电压代替UN：即采用标幺值时：3fNfIUSBfavBfavfavfSIUSIUIUS**333xISff13．冲击电流和最大有效值电流：短路前后，交流电流瞬时值一般不同，而电感元件电流不能突变。则短路后电路应感应出短路电流非周期分量，该分量按指数衰减。非周期分量起始值越大，短路电流总电流瞬时值越大。非周期分量起始值最大情况下的最大瞬时值电流，我们称为短路冲击电流；其全电流在以冲击电流为中心的一个周期内的有效值，我们称之为最大有效值电流。在工程计算中：冲击电流：（KM：冲击系数，一般取KM=1.8~1.9）当短路发生在大容量发电机（12MW以上）供电的母线上，KM=1.9；当短路发生在其它地点，则KM=1.8最大有效值电流：2IKiMM52.18.162.19.1IIKIIKMMMM限制三相短路电流的措施短路电流超标的原因：电源建设、电网建设限制措施：1）电网分层分区运行2）母线分裂运行3）500kV线路出串运行4）串联电抗器或短路电流限制器5）陪停机组、主变、线路第三节不对称短路一、对称分量法三相不对称的电流、电压，可将它们分解，有所谓正序、负序、零序电流、电压。三相不对称向量正序分量负序分量零序分量0cFaF1aF1aF2aF2aF0aF0aF1bF1bF2bF2bFbF0bF0bF1cF1cF2cF2cFcF0cF复数运算因子α：有：021021021ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF2１１１1201200212211111FFFFFFcbacbaFFFFFF1111131220212321120jej23212402jej二、对称分量法在不对称短路中的应用以电网f点发生a相金属性单相接地为例：故障点有对地不对称电流、电压：f(1)电网abcfaI0fbI0fcI0faUfcUfbUcba电网f点aEcEbE任何不对称短路在故障点均产生不对称电流、电压，将其分解为三序分量：1faUcba电网f点aEcEbE0faI2faI1faI0faU2faU1fbU0fbI2fbI1fbI0fbU2fbU1fcU0fcI2fcI1fcI0fcU2fcU将电网分解为三序网（电源电抗计入电网总阻抗）：正序网：只有正序电流、电压（电源只有正序电势）负序网：只有负序电流、电压（电源无负序电势）1faI1fbI1fcI1faU1fcU1fbUcba电网f点aEcEbE2faI2fbI2fcI2faU2fcU2fbUcba电网f点零序网：只有零序电流、电压（电源无零序电势）正序网中：正序电压、电流三相对称，可取其单相等值电路进行分析。另：发电机电势在近似分析中，取故障点正常运行时电压。0faI0fbI0fcI0faU0fcU0fbUcba电网f点0fU0fU1jx1fU1fI负序网中：负序电压、电流三相对称，可取其单相等值电路进行分析。另：发电机无负序电势，负序网无源。零序网中：零序电压、电流三相大小相等，方向相同，可取其单相等值电路进行分析。另：发电机无零序电势，零序网无源。2jx2fU2fI0jx0fU0fI三、三序电网上面的xΣ1、xΣ2、xΣ0、为电网三序总电抗，通过作三序网等值电路求取。正序网：对于一个电力系统，故障发生时，正序电流流通的路径构成了正序网，正序网与三相短路时（正常运行时）的等值电路相同，且各元件参数也相同。负序网：故障发生时负序电流流通的路径构成了负序网，负序网的结构与正序网相同（负序网无源）。静止元件负序参数与正序参数完全相同旋转元件负序参数与正序参数有所不同。对于一个电力系统而言，往往我们近似认为系统正序总阻抗与负序总阻抗相等，即xΣ1=xΣ2。零序网：故障发生时零序电流流通的路径构成了零序网，由于零序电流三相大小相等、方向相同，并非三相对称交流，故零序网的结构与正序网有很大的不同，只有在中性点有效接地系统，即只有在设备接成星形接地的接法时，零序电流才得以流通，而在中性点不接地系统，零序电流没有流通回路。各元件的零序阻抗，也与正序参数不尽相同。电力系统中，变压器的接线形式对零序网的结构有很大影响，当然，只有星接地接法的变压器可能流通零序电流。YN,yn变压器0I3I0II0II0II0III0III0III0II3IIII零序总电抗为：非三相三柱式变压器：（xm0=∞）0UxIxIIxe0xm000III0//mexxxxx1III0TTxxxxYN,y变压器非三相三柱式：xT0=∞III0I3I0II0II0II0UxIxIIxm00I0mxxxYN,d变压器非三相三柱式：III0I3I0II0II0II0III0III0III0UxIxIIxm00III0//mTxxxx1III0TTxxxx三绕组变压器和自耦变压器（中性点直接接地）可以看成两个双绕组变压器的组合由于三绕组变压器，为消除三次谐波磁通的影响，一般总有一个d绕组，自耦变当连接三个电压等级时，为YN,a0,d接线，故均可以不计入xm0。YN,yn,d：0I3I0II0II0II0III0III0IIIIIIIII0II3I0IIII0IIII0IIIIYN,a0,d：0IIII0IIII0IIII0II0I3II0II0II0II0III0III0IIIIIIIII0UxIxIIxIIIxe0YN,yn,d、YN,a0,d零序电路YN,y,d：零序电路0I3I0II0II0IIIIIIII0IIII0IIII0IIII0UxIxIIxIIIYN,d,d：零序电路0I3I0II0II0IIIIIIII0IIII0IIII0IIII0III0III0III0UxIxIIxIII变压器中性点经小阻抗zn接地双绕组及三绕组变压器jxjxjxzn03I0I0I0InzIjxIU00030U0U0Ujx+3zn03I0I0I0InzjxIU3000U0U0Ujx+3znjx+3znYN,a0,d自耦变中性点经小阻抗zn接地（UIN，UIIN为变压器YN侧及a侧额定电压）0UzI’zII’zIII’xe0NNnUUzxzIIIII13'2IIIIIIIIII3'NNNNnUUUUzxzNNnUUzxzIIIIIIIII3'变压器零序网制作总结以双绕组为例：开关位置1：悬空，阻抗无穷大开关位置2：与外电路接通开关位置3：接地线路的零序电抗线路的零序电抗，总是大于其正序电抗。建成线路一般通过实测取得。不对称接地短路发生在双回线线中xI-II0：双回线单位长度零序互阻抗xIσ0、xIIσ0：双回线各自的单位长度零序自阻抗fl1l2xI-II0l1xI-II0l2xIσ0l1xIσ0l2xIIσ0l1xIIσ0l20fUIII举例说明电网在f点发生不对称接地短路时三序网f12345678910111213141516正序网：x1x2+x3x4x5+x6x7x8x161fU负序网：x2+x3x4x5+x6x7(2)x8x162fUx1(2)零序网：x2+x3x4(0)x5+x60fUx8(0)x16(0)x12+3x15x13x14x11x10四、不对称短路分析根据前述三序网，很方便写出序网方程0fU1jx1fU1fI2jx2fU2fI0jx0fU0fI正序网：负序网：零序网：各序序网方程000jxIUff222jxIUff1101jxIUUfffa相金属性单相接地边界条件为：三序条件下的边界条件：000fcfbfaIIU000002102102210212021fffffffffffffffIIIUUUIIIIIIUUU复合序网图故障点三序电流：故障点三序电压：三序变换为三相求故障点故障相电流和非故障相电压0fU1jx1fU1fI2jx2fU2fI0jx0fU0fI0210021jxjxjxUIIIffff0002221101jxIUjxIUjxIUUfffffff故障相电流分析：考虑电网有xΣ1=xΣ2，对比单相短路和三相短路故障相电流取02100213jxjxjxUIIIIfafffa010)1(23jxjxUIffa11010)3(23jxjxUjxUIfffa100xxk00k3)1(23ffaII10k3)1(ffaII0k0)1(faI系统零序总阻抗大于正序总阻抗时，单相接地短路电流小于三相短路；系统零序总阻抗小于正序总阻抗时，单相接地短路电流大于三相短路；非故障相电压分析：零序总阻抗大于正序总阻抗，非故