电力系统故障分析基本知识

电力系统故障分析的基本知识主讲人：黎静华1.0绪论TransientAnalysis：暂态分析，瞬变、过渡、暂时。暂态过程包括电磁暂态和机电暂态过程。物理特点：由一个状态（初始状态）变化到另一状态（终止状态）的过程分析。数学特点：用微分方程描述的过程分析。应用：电力系统设计、规划、控制等。1.1故障概述—故障的定义及产生原因故障，事故：凡造成电力系统运行不正常的任何连接或情况。短路：正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。短路产生的原因？1.1故障概述—故障的定义及产生原因短路产生的原因？(1)元件损坏；(2)气象条件恶化；(3)违规操作；(4)其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接。1.1故障概述—故障类型故障类型：电力系统故障简单故障（单重故障）复杂故障（单重故障）对称故障：三相短路f（3）不对称故障单相短路f（1）两相短路f（2）两相接地短路f（1，1）单相断线O（1）两相断线O（2）1.1故障概述—故障类型故障类型：三相短路，符号f（3）三相短路示意图1.1故障概述—故障类型故障类型：二相短路，符号f（2）两相短路示意图1.1故障概述—故障类型故障类型：单相接地短路，符号f（1）单相短路接地示意图1.1故障概述—故障类型故障类型：两相短路接地，符号f（1，1）两相短路接地示意图1.1故障概述—故障类型故障类型：单相断线两相断线1.1故障概述—短路故障的危害短路电流剧增；电压大幅度下降；可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏；不对称短路时系统中将流过不平衡电流。1.1故障概述—短路故障的危害~发电厂配电所L-1L-2降压变压器所f1f2123Ul01正常运行和短路故障时各点的电压1.1故障概述—短路计算的目的短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算；选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，必须以短路电流为依据；为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数；1.1故障概述—短路计算的目的进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；确定输电线路发生短路故障对临近通讯线路的干扰，必须进行短路计算；在设计和选择电气主接线时，依据短路计算结果确定是否需要采取限制短路电流的措施等，造价评估，选择最佳接线方案；1.2标幺制标幺值(P.U.)为什么采用标幺值？标幺值=有名值基准值1.2标幺制—基准值的选取工程中一般选择惯用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）电流、阻抗基准值为多少？线电压UB，三相功率SB，相电流IB和相阻抗ZB之间间的关系为：BBBBBBIUSZIU331.2标幺制—基准值改变时标幺值的换算已知以设备本身额定值为基准值的标幺值，求以系统基准值SB、UB为基准时的标幺值1）发电机：已知额定电压、额定功率以及以额定值为基准值的电抗标幺值，计算对应统一基准值的电抗标幺值。2）变压器已知其额定电压、额定功率以及短路电压百分数，计算变压器转换为统一基准值的电抗标幺值。3）电抗器已知额定电压、额定电流和电抗百分数，计算为统一基准值的标幺值。1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算精确算法：1）阻抗归算法；2）就地处理法；在就地处理中，取定各段的基准电压。1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算近似算法：假定变压器的变比均为平均额定电压的变比，且取各段基准电压均为相应段的平均额定电压，此时的参数计算称为近似计算法。UN61035110220500Uav6.310.537115230550平均额定电压值1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算例子（P9，例1-2）10.5/121~110/6.6IIIIII1.2标幺制—频率、角速度和时间的基准值f、ω、t的基准值fB=fN=50Hz(f*=1)ωB=2ωfB=100π特点：当f=fN=50Hz时，可有x*=L*ψ*=I*x*E*=ψ*sinωt=sint*课后作业及思考题（一）1.有一电力网，各元件参数已在图中注明，要求：（1）准确计算各元件电抗的标幺值（采用变压器实际变比）基本段取I段，。（2）近似计算各元件电抗的标幺值（采用变压器平均额定变比）。110.5BUkV~GlIIIIIIT1T250MVA10.5kV''0.15dX60MVA10.5/121kV%10.5kU0.4100km/km30MVA110/6.6kV%10.5kU课后作业及思考题（一）2.故障计算中的标幺值与潮流计算中的标幺值有何不同？一、无限大容量电源SS电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源送出功率的变化远小于电源的容量，这时可设，则该电源为无限大容量电源。S电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中保持不变概念重要特性1.3无限大功率电源供电的三相短路分析二、暂态过程分析1.3无限大功率电源供电的三相短路分析|0|：故障前瞬间，相当“电路”中的0-;0：故障后瞬间，相当“电路”中的0+;p或ω：周期分量（period）、ω：频率为ω的分量;α：非周期分量;m：模值（mode）;M：最大值（maximum）;∞：稳态值（t→∞）;二、单相等值电路1.3无限大功率电源供电的三相短路分析1.3无限大功率电源供电的三相短路分析短路前:短路发生:解=特解+通解TatmmmaeIItIi)sin()sin()sin(00)sin(tURidtdiLmaa)sin(00tIima周期分量：ipa非周期分量：ai1.3无限大功率电源供电的三相短路分析三相短路电流表达式:aaaTtmmmcTtmmmbTtmmmaetIItIietIItIieIItIi)]120sin()120sin([)120sin()]120sin()120sin([)120sin()]sin()sin([)sin(0000001.3无限大功率电源供电的三相短路分析A相短路电流波形图：1.3无限大功率电源供电的三相短路分析短路电流曲线分析：（1）在短路发生的时刻，短路前与短路后电流的瞬时值相等，因此，短路前后的电流曲线直接相接。（2）由于有了非周期分量，短路电流曲线不再与时间轴对称，而是以非周期分量为对称。1.3无限大功率电源供电的三相短路分析短路前带负载短路前空载1.3无限大功率电源供电的三相短路分析讨论:什么情况下短路最恶劣？1）当短路发生在电感电路中，短路前为空载的情况下直流分量电流最大；2）若初始相角满足，则一相（a相）短路电流的直流分量起始值的绝对值达到最大，即等于稳态短路电流的幅值。090a短路冲击电流：前述最恶劣短路情况下的最大瞬时值。1.3无限大功率电源供电的三相短路分析aTtmmaeItIicos冲击电流iM出现在短路发生后1/2周期(0.01秒)f=50Hz,t=0.01s，即有aTmmMeIIi01.0mMmTIkIea)1(01.01.3无限大功率电源供电的三相短路分析冲击系数:aTMek01.01实用中，kM=1.8对变压器高压侧短路；kM=1.9对机端短路。冲击电流对周期电流幅值的倍数（1kM2）短路冲击电流最大有效电流:1.3无限大功率电源供电的三相短路分析以时间t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值./2/222/2/22211()tTtTtptttTtTptaptIidtiidtTTII有效值:最大有效电流:1.3无限大功率电源供电的三相短路分析短路后半个周期时，设该时刻前后一个周期内非周期分量近似不变的电流。2222)01.0(2)1(212)()2(}2(MmmMmstmMkIIiIiII短路功率（短路容量）:1.3无限大功率电源供电的三相短路分析其中为短路处正常运行时的额定电压；为短路电流周期分量的有效值。fNfIUS3NUfI标幺值：fBBfNBffIIUIUSSS33BffSIS