第七章 电力系统故障分析与计算_不对称故障(第十八讲).pdf

电力系统故障分析电力系统故障分析Fault Analysis of Power System第第18讲讲问题问题1、如何利用迭加原理及对称分量法分析电力系统的故障？、如何利用迭加原理及对称分量法分析电力系统的故障？2、如何画单相接地故障的复合序网？、如何画单相接地故障的复合序网？3、如何画两相短路故障的复合序网？、如何画两相短路故障的复合序网？4、如何画两相短路接地故障的复合序网？、如何画两相短路接地故障的复合序网？5、什么是正序等效定则？、什么是正序等效定则？6、如何进行复杂电力系统的故障分析？、如何进行复杂电力系统的故障分析？7、电力系统非全相运行的分析、电力系统非全相运行的分析1、利用对称分量法及迭加原理进行故障计算1、利用对称分量法及迭加原理进行故障计算前提条件：正序、负序、零序三种分量对对称电力系统前提条件：正序、负序、零序三种分量对对称电力系统相互独立，互相解耦。相互独立，互相解耦。电力系统故障可以电力系统故障可以采用迭加原理采用迭加原理进行分析，即对于三相参数对称（一致）的电力系统，当外加不对称电源时，可以将该电源分解为正序、负序、零序三种分量，分别求解，然后将结果相加即为整个系统的解。进行分析，即对于三相参数对称（一致）的电力系统，当外加不对称电源时，可以将该电源分解为正序、负序、零序三种分量，分别求解，然后将结果相加即为整个系统的解。电力系统故障后计算的一般方法电力系统故障后计算的一般方法等值等值（1）对称分量法对称分量法（2）迭加原理迭加原理（3）零序电压零序电压正序、负序、零序系统（网络）正序、负序、零序系统（网络）正序系统（网络）：正序系统（网络）：由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的正序等值电路正序等值电路，按照系统实际接线连接而成的，按照系统实际接线连接而成的网络网络。稳态分析中的电力系统。稳态分析中的电力系统。负序系统（网络）：负序系统（网络）：由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的负序等值电路负序等值电路，按照实际的接线连接而成的网络。，按照实际的接线连接而成的网络。零序系统（网络）：零序系统（网络）：由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的零序等值电路零序等值电路，按照实际的接线连接而成的网络。均为，按照实际的接线连接而成的网络。均为一相代表三相！一相代表三相！例：画出图示电力系统的零序网络例：画出图示电力系统的零序网络发电机2发电机2线路1/2线路1/2变压器2变压器2变压器1变压器101gX发电机1发电机12、简单电力系统单相接地故障、简单电力系统单相接地故障 简单电力系统；简单电力系统；正序、负序、零序等值网络及电路方程；正序、负序、零序等值网络及电路方程；故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程；故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程；复合序网及故障求解。复合序网及故障求解。单电源系统简单电力系统多电源系统复杂电力系统单电源系统简单电力系统多电源系统复杂电力系统简单电力系统不对称故障简单电力系统不对称故障K点发生不对称短路，相当于在K点发生不对称短路，相当于在K点接入一个三相不对称的故障电路。K点接入一个三相不对称的故障电路。正常故障部分正常故障部分正常正常正常部分的正序、负序、零序网络正常部分的正序、负序、零序网络正序网络正序网络1 1LdXXX+=负序网络负序网络222LgXXX+=零序网络零序网络000)3(LngXXXX+=正序、负序和零序三网络的方程正序、负序和零序三网络的方程)3()3()2()1(00000022222211111+=+=+=LngakaLgakaLdaakaXXXXXI jUXXXXI jUXXXXI jEU?),(210210kakakakakakaIIIUUU?6个未知数6个未知数3个方程差3个方3个方程差3个方程程？从故障部分找另3个方程从故障部分找另3个方程不同类型的故障，故障端口的三相电压与电流不同类型的故障，故障端口的三相电压与电流),(cbakckbkaIIIUUU?满足一定的关系(满足一定的关系(3个接口方程3个接口方程）abc相量abc相量零序、正序、负序分量（零序、正序、负序分量（012分量012分量）),(210210kakakakakakaIIIUUU?3个方程故障点3个方程故障点有正序电压、负序电压和零序电压与正序电流、负序电流、零序电流有正序电压、负序电压和零序电压与正序电流、负序电流、零序电流3个反映故障的方程3个反映故障的方程。正常部分正常部分3 3个方程故障部分个方程故障部分3 3个方程个方程6 6个方程个方程单相接地故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程单相接地故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程在故障分析中一般假定a相接地，称在故障分析中一般假定a相接地，称a相为特殊相。a相为特殊相。故障端口有以下故障端口有以下3 3个方程：个方程：=000cbkaIIU?=000cbkaIIU?=+=+=+0)(002210322120210aaajaaakakakaIaIaIeaIaIaIUUU?变换变换=+=+=+0)2321()2321(0)2321()2321(0210210210aaaaaakakakaIjIjIIjIjIUUU?02210=aaaIII?+-+-03321=+aaIjIj?=+21102100aaaakakakaIIIIUUU?故障部分故障部分序分量的3序分量的3个接口方程个接口方程)3()3()2()1(00000022222211111+=+=+=LngakaLgakaLdaakaXXXXXI jUXXXXI jUXXXXI jEU?正常部分方程正常部分方程联立求解联立求解),(210210kakakakakakaIIIUUU?单相接地故障的复合序网单相接地故障的复合序网根据故障接口方程，可看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系根据故障接口方程，可看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系复合序网复合序网=+21102100aaaakakakaIIIIUUU?单相故障的复合序网正序、负序、零序网络单相故障的复合序网正序、负序、零序网络在故障端口处在故障端口处串联！串联！复合序网复合序网)(021210XXXjEIIIaaaa+=?利用复合序网求解利用复合序网求解)(330210210XXXjEIIIIIIaaaaaaa+=+=?+=+=+=0210000021222202102111)(XXXEXXI jUXXXEXXI jUXXXEXXXI jEUaakaaakaaaaka?电流电压相量图电流电压相量图3、简单电力系统两相直接短路故障、简单电力系统两相直接短路故障 故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程；故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程；复合序网及故障求解。复合序网及故障求解。正序、负序、零序电压、电流的接口方程正序、负序、零序电压、电流的接口方程一般假定bc相短路，一般假定bc相短路，a相仍然为特殊相。a相仍然为特殊相。故障端口有以下故障端口有以下3 3个方程：个方程：=kckbcbaUUIII?0=kckbcbaUUIII?0+=+=+=+2210212022102120210)(0kakakakakakaaaaaaaaaaUaUaUUaUaUIaIaIIaIaIIII?变换变换=+=+=+0)()(0)()(20221222120210kakaaaaaaaUaaUaaIaaIaaIIII?=+002021210210kakaaaaaaaUUIIIIII?=+=212100,0kakaaaaUUIII?11故障部分故障部分序分量的3序分量的3个接口方程个接口方程)3()3()2()1(00000022222211111+=+=+=LngakaLgakaLdaakaXXXXXI jUXXXXI jUXXXXI jEU?正常部分方程正常部分方程联立求解联立求解),(210210kakakakakakaIIIUUU?=+=2121000kakaaaaUUIII?两相短路故障的复合序网两相短路故障的复合序网根据故障接口方程，可看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系根据故障接口方程，可看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系复合序网两相短路故障的复合序网正序、负序网络复合序网两相短路故障的复合序网正序、负序网络在故障端口处在故障端口处并联！零序网络开路！并联！零序网络开路！=+=2121000kakaaaaUUIII?利用复合序网求解短路电流序分量利用复合序网求解短路电流序分量+=)(021210XXjEIIIaaaa?2121221203)()(XXEXXjEaaI aIaIIIaaaaacb+=+=+=?+=212222100XXEXXI jUUUaakakaka?+=+=+=+=+=21221222120212210)(2XXEXXXEXaaUaUaUUUXXEXUUUUaakakakakckbakakakaka?两相短路电流相量图两相短路电流相量图两相短路电压相量图两相短路电压相量图4、简单电力系统两相直接短路接地故障、简单电力系统两相直接短路接地故障 故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程；故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口方程；复合序网及故障求解。复合序网及故障求解。正序、负序、零序电压、电流的接口方程正序、负序、零序电压、电流的接口方程一般假定bc相一般假定bc相短路接地短路接地，a相仍然为特殊相。a相仍然为特殊相。故障端口有以下故障端口有以下3 3个方程：个方程：=000kckbaUUI?=000kckbaUUI?=+=+=+00022102120210kakakakakakaaaaUaUaUUaUaUIII?变换变换=+=+=+0)()(20)()(0221202212210kakakakakaaaaUaaUaaUUaaUaaIII?=+0001021210kakakakaaaaUUUUIII?=+2102100kakakaaaaUUUIII?_+_+故障部分故障部分序分量的3序分量的3个接口方程个接口方程)3()3()2()1(00000022222211111+=+=+=LngakaLgakaLdaakaXXXXXI jUXXXXI jUXXXXI jEU?正常部分方程正常部分方程联立求解联立求解),(210210kakakakakakaIIIUUU?=+2102100kakakaaaaUUUIII?两相短路接地故障的复合序网两相短路接地故障的复合序网根据故障接口方程，可看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系根据故障接口方程，可看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系复合序网两相短路接地故障的复合序网正序、负序、零序网络复合序网两相短路接地故障的复合序网正序、负序、零序网络在故障端口处在故障端口处并联！并联！=+2102100kakakaaaaUUUIII?利用复合序网求解短路电流序分量利用复合序网求解短路电流序分量+=+=+=10220102020211)/(aaaaaaIXXXIIXXXIXXXjEI?10202222101020222120)()(aaaacaaaabIXXXaXaIaIaIIIXXaXXaIaIaII?+=+=+=+=10202210akakakaIXXXXUUU?+=10202033akakaIXXXXUU?+=两相直接短路接地故障电流相量图两相直接短路接地故障电流相量图两相直接短路接地故障电压相量图两相直接短路接地故障电压相量图5、正序等效定则5、正序等效定则)(0211XXXjEIaa+=?单相接地单相接地)(211XXjEIaa+=?两相直接短路两相直接短路)(020211XXXXXjEIaa+=?两相直接短路接地三种形式的短路电流正序分量两相直接短路接地三种形式的短路电流正序分量)(1)(1nanaXXEI+=n短路故障的类型，短路故障的类型，X 不同类型短路时的附加电抗。不同类型短路时的附加电抗。)()(1)(1nanaXXjEI+=?统一规律统一规律正序等效定则：正序等效定则：不对称短路时，短路点不对称短路时，短路点正序电流正序电流的大小与在短路点的大小与在短路点串联串联一一附加附加电抗电抗X 并在其后发生并在其后发生三相短路三相短路时的电流大小相等。时的电流大小相等。3X2+X0F F(1)(1)单相短路单相短路F F(1,1)(1,1)两相短路接地两相短路接地X2F F(2)(2)两相短路两相短路10F F(3)(3)三相短路三相短路m m(n)(n)代表符号n短路类型代表符号n短路类型3)(nX0202XXXX+20202)(13XXXX+对各种不对称短路，短路点对各种不对称短路，短路点故障相电流故障相电流的大小与的大小与正序电流大小成正比正序电流大小成正比)(1)()(nannFImI=6、简单系统经阻抗短路故障分析6、简单系统经阻抗短路故障分析 金属性、非金属性短路金属性、非金属性短路 各种非金属性短路故障部分的接口方程及复合序网各种非金属性短路故障部分的接口方程及复合序网直接短路称直接短路称金属性短路金属性短路一般均经过电弧发生短路，电弧有阻抗，称为一般均经过电弧发生短路，电弧有阻抗，称为非金属性短路非金属性短路经阻抗短路经阻抗短路fZ=00cbafkaIIIZU?=+21012103aaafakakakaIIIZIUUU?变换变换经过阻抗的单相接地故障经过阻抗的单相接地故障故障部分接口方程故障部分接口方程3 3Z Zf f复合序网复合序网fZ=bfkckbcbaIZUUIII?0故障部分接口方程故障部分接口方程=fakakaaaaZIUUIII1212100?变换变换经过阻抗的两相短接故障经过阻抗的两相短接故障Z Zf f复合序网复合序网Z Zf f+=)(0cbfkckbaIIZUUI?故障部分接口方程故障部分接口方程=+fakakakakaaaaZIUUUUIII0102121030?变换变换两相短路经过阻抗接地故障两相短路经过阻抗接地故障3 3Z Zf f复合序网复合序网7、复杂电力系统的故障分析、复杂电力系统的故障分析 复杂电力系统复杂电力系统 复杂电力系统的序网复杂电力系统的序网 复杂电力系统横向故障分析复杂电力系统横向故障分析 电力系统非全相运行分析电力系统非全相运行分析复杂电力系统复杂电力系统多电源多电源电力系统电力系统复杂电力系统复杂电力系统复杂电力系统的序网复杂电力系统的序网正序网络：正序网络：由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的正序等值电路正序等值电路，按照系统实际接线连接而成的，按照系统实际接线连接而成的网络网络。负序网络：负序网络：由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的负序等值电路负序等值电路，按照实际的接线连接而成的网络。，按照实际的接线连接而成的网络。零序网络：零序网络：由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的由发电机、变压器、线路、负荷等等元件的零序等值电路零序等值电路，按照实际的接线连接而成的网络。均为，按照实际的接线连接而成的网络。均为一相代表三相！一相代表三相！复杂电力系统故障分析复杂电力系统故障分析一般步骤一般步骤标出故障点接口位置标出故障点接口位置画出正常系统的画出正常系统的正序、负序、零序正序、负序、零序网络网络以故障点为参考点化简网络以故障点为参考点化简网络利用故障接口条件，连接各序网，形成复合序网利用故障接口条件，连接各序网，形成复合序网求解各节点电压，各支路电流求解各节点电压，各支路电流对应节点正、负、零序电压合成节点三相电压；对应支路正、负、零序电流合成支路三相电流对应节点正、负、零序电压合成节点三相电压；对应支路正、负、零序电流合成支路三相电流复杂电力系统故障计算举例复杂电力系统故障计算举例K点发生两相短路接地故障K点发生两相短路接地故障具体数据：具体数据：参数计算及标幺化：参数计算及标幺化：正序网络正序网络故障后正、负、零序网络故障后正、负、零序网络负序网络负序网络发电机零序电路发电机零序电路发电机零序电路发电机零序电路T T4 4及系统C及系统C零序网络零序网络负序网络化简得：负序网络化简得：零序网络化简得：零序网络化简得：正序网络化简得：正序网络化简得：复合序网复合序网正、负、零序网在故障端口并联正、负、零序网在故障端口并联求解得：求解得：合成相电流：合成相电流：电力系统非全相运行电力系统非全相运行电力系统纵向故障，如电力系统纵向故障，如单相断线单相断线或或两相断线两相断线正序网正序网负序网负序网零序网零序网以故障点为参考的正常系统的序网以故障点为参考的正常系统的序网单相断线（a相）的接口条件：单相断线（a相）的接口条件：0,0,0=cbaUUI?=+01210210aaaaaaaUUUUIII?复合序网复合序网三序网并联三序网并联0,0,0=cbaIIU?两相断线（b、c相）的接口条件：两相断线（b、c相）的接口条件：复合序网复合序网三序网串联三序网串联=+01210210aaaaaaaIIIIUUU?作业作业1、自学3.4.7节不对称横向故障的一般形式、3.4.8节纵向故障的一般形式1、自学3.4.7节不对称横向故障的一般形式、3.4.8节纵向故障的一般形式