电力系统故障分析教程.pptx

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1、（电力系统不对称运行（电力系统不对称运行/ /故障分析方法故障分析方法-对称分量法）对称分量法）出发点：出发点：电力系统不对称运行电力系统不对称运行/故障时，采用相分量故障时，采用相分量分析复杂而困难分析复杂而困难使用对称分量法将不对称相分量转化未对使用对称分量法将不对称相分量转化未对称的序分量，可利用其称的序分量，可利用其对称性对称性简化不对称运简化不对称运行行/故障分析故障分析电力系统故障分析与短路计算电力系统故障分析与短路计算 第1页/共65页2 1. 对称分量法不对称相量不对称相量,abcFFF对称分量对称分量法法正序分量正序分量111222000,abcabcabcFFFFFFFFF

2、负序分量负序分量零序分量零序分量对对称称分分量量012012012aaaabbbbccccFFFFFFFFFFFF 第2页/共65页3 v负序分量负序分量v零序分量零序分量v正序分量正序分量1aF1cF1bF120 120 120 2aF2bF2cF120 120 120 0aF0bF0cF1201112011jbajcaFFeFFe 1202212022jbajcaFFeFFe 000bcaFFF第3页/共65页引入旋转因子（算子）引入旋转因子（算子）0120201201 1201120jjaeae 1a2a120 120 120 210aa1201112011jbajcaFFeFFe 21

3、111bacaFa FFa F v零序分量零序分量v正序分量正序分量1202212022jbajcaFFeFFe 000bcaFFF22222bacaFa FFa F v负序分量负序分量第4页/共65页5 012012012aaaabbbbccccFFFFFFFFFFFF 01220122012aaaabaaacaaaFFFFFFa FaFFFaFa F0212211111aabacaFFFaaFaaFF 012abc FFFFA A1221111131aaaa A A1012abc FFFFA AcbaaaaFFFaaaaFFF222101111131以故障特殊相序分量表示:第5页/共65页

4、6 2. 对称分量法分析不对称短路GZaE GZbE GZcE aI 0aU 0bI bU 0cI cU LZLZLZnZGZaE GZbE GZcE aI aU bI bU cI cU LZLZLZnZabcGZGZGZaE bE cE (1)kLZLZLZa相相短路短路为例为例特殊相：特殊相：a相相故障故障网络网络第6页/共65页7 GZaE GZbE GZcE aI aU bI bU cI cU LZLZLZnZ012012012aaaabbbbccccFFFFFFFFFFFF 对称分量法对称分量法GZaE GZ2aa E GZaaE aI 0aU bI cI LZLZLZnZ2aU 1

5、aU 0aU 2aaU 21aa U 0aU 22aa U 1aaU 012012012aaaabbbbccccUUUUUUUUUUUU 短路点阻抗、电压、电流不对称短路点阻抗、电压、电流不对称第7页/共65页8 正正序序网网负负序序网网零零序序网网GZaE GZ2aa E GZaaE aI 0aU bI cI LZLZLZnZ2aU 1aU 0aU 2aaU 21aa U 0aU 22aa U 1aaU 1GZaE 2aa E aaE 1aI 1bI 1cI 1LZnZ1aU 21aa U 1aaU 1GZ1LZ1GZ1LZ2GZ2aI 2bI 2cI 2LZnZ2aU 2aaU 22aa

6、U 2GZ2LZ2GZ2LZ0GZ0aI 0bI 0cI 0LZnZ0aU 0aaU 20aa U 0GZ0LZ0GZ0LZ电源：三相正序电源：三相正序三相正序网、三相负序网三相正序网、三相负序网 三相零序网三相零序网 特点特点: : 各序网三相完全对各序网三相完全对称，可分析单相序网称，可分析单相序网第8页/共65页9 1Z aE 1aI 1aU 2Z 2aI 2aU 0Z 0aI 0aU v各序分量三相对称各序分量三相对称：大小、相位关系固定：大小、相位关系固定 三相电路对称三相电路对称单相单相各序电路（序网）各序电路（序网）正序网正序网负序网负序网零序网零序网v序网基本方程序网基本方程1

7、11aaaUEIZ 222aaUIZ 000aaUIZ 三个方程，六个变量，需补充三个方程三个方程，六个变量，需补充三个方程第9页/共65页10 111aaaUEIZ 222aaUIZ 000aaUIZ v边界条件：短路点处电压、电流方程边界条件：短路点处电压、电流方程0,0,0abcUIIv序网基本方程序网基本方程,0,bcabcUUIII 0,0,0bcaUUIa相短路：相短路：b、c两相短路：两相短路：b、c两相接地短路：两相接地短路：用用序序分分量量表表示示第10页/共65页2006-5-20 电力系统故障分析 11 3. 电力系统元件的各序参数和等值电路 应用对称分量法进行电力系统的

8、不对称分析，首应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首先必须确定系统中各元件的各序参数先必须确定系统中各元件的各序参数 元件的序阻抗元件的序阻抗指元件中流过某序电流时元件两端所指元件中流过某序电流时元件两端所产生的序电压降与该序电流的比值产生的序电压降与该序电流的比值 静止元件静止元件无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相与相之间的磁耦合关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零与相之间的磁耦合关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零序电抗较为复杂；序电抗较为复杂； 旋转元件旋转元件，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序电

9、抗不相同电抗不相同元件的各序参数可查阅相关手册。第11页/共65页12 正序网络与计算三相短路时的等值网络正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同。完全相同。 除中性点接地阻抗和空载线路外，电力除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正序网络中系统各元件均应包括在正序网络中v正序网络正序网络第12页/共65页13 发电机不产生负序电势，故所有电源发电机不产生负序电势，故所有电源的负序电势为零。的负序电势为零。 负序网络的组成元件与正序网络完全负序网络的组成元件与正序网络完全相同。相同。 发电机等旋转元件的电抗应以其负序发电机等旋转元件的电抗应以其负序电抗代替，其它静止元件的负序

10、电抗电抗代替，其它静止元件的负序电抗与正序电抗相同。与正序电抗相同。v负序网络负序网络第13页/共65页14 发电机不产生零序电势，故所有电源的零序电势为零。 零序电流相同相位，只能通过大地或与地连接的其他导体才能构成通路。 变压器中性点接地的数量和位置确定了零序网络的结构。v零序网络零序网络第14页/共65页2006-5-20 电力系统故障分析 15 第15页/共65页2006-5-20 电力系统故障分析 16 第16页/共65页2006-5-20 电力系统故障分析 17 第17页/共65页18 练习：画出图所示系统，练习：画出图所示系统， 在在D点发生不对称短路点发生不对称短路时的正序、负

11、序、零序网络时的正序、负序、零序网络(忽略变压器励磁支忽略变压器励磁支路路)。各阻抗标注如下：分别采用下标为。各阻抗标注如下：分别采用下标为1、2、0 ,表示正序、负序、零序阻抗。如线路表示正序、负序、零序阻抗。如线路7, 其正序、其正序、负序、零序电抗分别为负序、零序电抗分别为X7.1、X7.2、X7.0 。1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 第18页/共65页19 解： （1）正序网络 1E 2E1DU1 . 1jx)(1 . 31 . 2xxj1 . 7jx1 .16jx)(1 . 51 . 4xxj1 . 6jx1 . 8jx1 . 9jx

12、1 .10jx1 .12jx1 .13jx)(1 .141 .11xxj1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 第19页/共65页20 （2）负序网络 2DU2 . 1jx)(2 . 32 . 2xxj2 . 7jx2 .16jx)(2 . 52 . 4xxj2 . 6jx2 . 8jx2 . 9jx2 .10jx2 .12jx2 .13jx)(2 .142 .11xxj1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 第20页/共65页21 0DU0 .11jx0 .14jx0 .10jx0 .13jx0 .153xj

13、（3）零序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 第21页/共65页4.4. 电力系统不对称故障分析电力系统不对称故障分析 横向不对称故障 不接地故障：两相短路不接地故障：两相短路 接地故障：单相接地，两相接地短路接地故障：单相接地，两相接地短路纵向不对称故障 断线断线或或非全相运行非全相运行: : 手动合闸或自动重合闸手动合闸或自动重合闸非同期非同期第22页/共65页基本分析方法： 1.确定故障特殊相，列写故障边界条件(相分量表示）2.利用相分量序分量变换关系，确定故障边界条件(以故障特殊相的序分量表示）3.画出正、负、零序网络图4.按照序分量

14、表示的故障边界条件，连接正、负、零序网络，构成复合序网图5.求出短路点的各序电流和各序电压6 .根据各序电流和电压计算各相电流和电压第23页/共65页 横向不对称故障（1）金属性短路 不接地故障：两相短路不接地故障：两相短路 接地故障：单相接地，两相接地短路接地故障：单相接地，两相接地短路第24页/共65页25 单相接地短路单相接地短路 ka(1)故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） 故障边界条件（序分量）故障边界条件（序分量） Ia1 = Ia2 = Ia0 = Ia/3Ua = 0Ib = 0 , Ic = 0故障特殊相:A相cbaFFFFFFaaaaaaa222101111131

15、Ua= Ua1+Ua2+Ua0 =0画出正、负、零序网络后，按以上画出正、负、零序网络后，按以上关系进行连接，构成复合序网。关系进行连接，构成复合序网。 利用相利用相序分量变换关系，将相分量序分量变换关系，将相分量表示的故障边界条件用序分量表示：表示的故障边界条件用序分量表示：第25页/共65页复合序网复合序网计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = Ia2 = Ia0 = E /(X1 +X2 +X0 ) Ua1 = E -Ia1 X1 Ua2 = -Ia2 X2 Ua0 = -Ia0 X0 计算相电流计算相电流/电压电压:0212211111aabacaFFFaaFaaFF 第26页/共

16、65页电压向量图(按纯电感电路简化，实际应具体计算)电流向量图第27页/共65页单相接地短路基本特点：(1)短路故障处各序电流大小相等，方向相同;(2)故障相中的电流 Ia1=Ia2=Ia0Ia/3，两个 非故障相电流为零。(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗 X X2 +X0 而发生三相短路的电流相等第28页/共65页29 两相短路两相短路kbc(2)故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） Ub = UcIb = - Ic ， Ia = 0故障特殊相:A相Ia1= ( - 2)Ib /3Ua1= Ua2 = Ua + ( + 2) Ub /3故障边界条件（序

17、分量）Ia2= ( 2 - )Ib /3= -Ia1Ia0= 0Ua0= - Ia0 X0 = 0cbaFFFFFFaaaaaaa222101111131按此关系连接复合序网按此关系连接复合序网：第29页/共65页复合序网复合序网计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = Ia2 = E /(X1 +X2 ) Ua1 = E -Ia1 X1 Ua2 = -Ia2 X2 计算相电流计算相电流/电压电压:0212211111aabacaFFFaaFaaFF 第30页/共65页电压向量图电流向量图第31页/共65页两相短路基本特点：(1)短路电流及电压中不存在零序分量。(2)两故障相中的短路电流的绝

18、对值相等，而方向相反，数值上为正序电流的 3倍。(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X 而发生三相短路的电流相等。附加阻抗X 为： X X2 (4)短路处两故障相电压总是大小相等，数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位相同，与非故障相电压方向相反。第32页/共65页33 两相接地短路两相接地短路kbc(1,1)故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） Ub = Uc=0Ia = 0故障特殊相:A相故障边界条件（序分量）Ia= Ia1+ Ia2+ Ia0 = 0cbaFFFFFFaaaaaaa222101111131Ua1 = Ua2 = Ua0 = Ua/

19、3按此关系连接复合序网按此关系连接复合序网：第33页/共65页复合序网复合序网计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = E /X1 + (X2 / X0 ) =E /X1 +X2 X0 / (X2 +X0 )Ia2 = Ia1 (X2 / X0 )/X2 = Ia1 X0 / (X2 +X0 )Ia0 = Ia1 (X2 / X0 )/X0 = Ia1 X2 / (X2 +X0 )Ua1 = Ua2 = Ua0 = Ia1 (X2 / X0 ) = Ia1 X2 X0 / (X2 +X0 )第34页/共65页电压向量图电流向量图第35页/共65页两相接地短路基本特点：(1) 在假定Z0 和Z

20、2 的阻抗角相等的情况下，两故障相电流的幅值相等。(2) 两个故障相电压为零。(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X 而发生三相短路的电流相等。附加阻抗X 为： X X2 / X0 X2 X0 /(X2 +X0 )第36页/共65页37 不对称短路电流计算：正序等效定则不对称短路电流计算：正序等效定则( )11( )1nanEIXX ( )( )( )1nnndaImI 不对称短路的情况下，短路点的正序分量电流，与在短路点每一相中接入附加电抗 X (n) 后发生三相短路的电流相等： 短路电流绝对值与其正序电流的绝对值成正比：短路电流绝对值与其正序电流的绝对值成正比：

21、 其中，其中，(n)表示故障类型。表示故障类型。第37页/共65页短路类型K(n)X (n)m(n)K(3)01K(2)X2 3K(1)X2 +X0 3K(1,1)X2 / X0 3* (1- X2 / X0 )正序等效定则中X (n)、 m(n) 取值表 第38页/共65页横向不对称故障（2）经过渡电阻短路 不接地故障：两相短路不接地故障：两相短路 接地故障：单相接地，两相接地短路接地故障：单相接地，两相接地短路第39页/共65页40 经过渡阻抗单相接地短路经过渡阻抗单相接地短路 abcaU bU cU bI aI cI fZ故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） 故障边界条件（序分量

22、）故障边界条件（序分量） Ia1 = Ia2 = Ia0 = Ia/3Ua= Ua1 + Ua2 + Ua0 Ua1+Ua2 + Ua0 = 3ZfI0Ua = Zf IaIb = 0 , Ic = 0cbaFFFFFFaaaaaaa222101111131按此关系连接复合序网按此关系连接复合序网：第40页/共65页复合序网复合序网2X 2aI 2aU 0X 0aI 0aU 1X 1aI 1aU E 3fZ计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = Ia2 = Ia0 = E /(X1 +X2 +X0 +3Zf) Ua1 = E -Ia1 X1 Ua2 = -Ia2 X2 Ua0 = -Ia0

23、 X0 计算相电流计算相电流/电压电压:0212211111aabacaFFFaaFaaFF 第41页/共65页42 经过渡阻抗两相短路经过渡阻抗两相短路abcaU bU cU bI aI cI fZ将以上相分量以将以上相分量以a相序分量表示，相序分量表示，化简后有：化简后有： Ub- Uc= Zf IbIb = - Ic , Ia = 0故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） Ua1- Ua2= Zf Ia1Ia1 = - Ia2或或Ua1 -ZfIa1/2 = Ua2 ZfIa2/2 即即：Ua1 = Ua2按此关系连接复合序网：按此关系连接复合序网：第42页/共65页复合序网复合序

24、网计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = - Ia2 = E /(X1 +X2 +Zf) Ua1 = Ua2 + Ia1 Zf Ua2 = -Ia2 X2 = Ia1 X2 按变换关系，可以计算按变换关系，可以计算相电流相电流/电压。电压。 得：得：Ua1 = Ia1 (X2 + Zf )第43页/共65页44 经过渡阻抗两相接地短路经过渡阻抗两相接地短路以序分量表示：以序分量表示： Ub = Uc= Zf (Ib+Ib)Ia = 0故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） Ub- Uc= 0，即：，即：( 2Ua1+ Ua2 + Ua0 )- ( Ua1 + 2 Ua2 + Ua0

25、) = 0得：得： Ua1 = Ua2得：得： Ua1= Ua2 = Ua0 - 3I0Zg按此关系连接复合序网：按此关系连接复合序网：abcaU bU cU bI aI cI gZIa= Ia1+ Ia2+ Ia0 = 0又：又：Ub = ( 2Ua1+ Ua2 + Ua0 ) = - Ua1 + Ua0 =3I0Zg第44页/共65页复合序网复合序网计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = E /X1 +X2 /(X0 +3Zg)按变换关系计算相电流按变换关系计算相电流/电压；电压；2X 2aI 2aU 0X 0aI 0aU 1X 1aI 1aU E 3gZIa2 = -Ia1 X2 /

26、(X0 +3Zg) /X2 Ua1 = Ua2 = Ia1 X2 /(X0 +3Zg)Ia0 = -Ia1 X2 /(X0 +3Zg)/(Z0 +3Zg) Ua0 = - Ia0 X0 = Ia1 X2 X0 / (X2 +X0 +3Zg)第45页/共65页单相断线或两相断线的电力系统非全相运行纵向不对称故障单相重合闸非全相过程手动或自动重合闸非同期第46页/共65页47 一相断开（同两相接地短路）（同两相接地短路）故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） Ub = Uc=0Ia = 0故障特殊相:A相故障边界条件（序分量）Ia= Ia1+ Ia2+ Ia0 = 0cbaFFFFFFaaa

27、aaaa222101111131 Ua1 = Ua2 = Ua0 = Ua/3第47页/共65页复合序网复合序网E = EM - EN第48页/共65页计算序电流计算序电流/电压电压:Ia1 = Ia2 = Ia0 = E /(X1 +X2 +X0 ) Ua1 = E -Ia1 X1 Ua2 = -Ia2 X2 Ua0 = -Ia0 X0 计算相电流计算相电流/电压电压:0212211111aabacaFFFaaFaaFF 第49页/共65页50 两相断开（同单相接地短路）（同单相接地短路）故障边界条件（相分量）故障边界条件（相分量） Ua = 0Ib = Ic = 0故障特殊相:A相故障边界

28、条件（序分量）Ia1 Ia2 Ia0 = Ia/3cbaFFFFFFaaaaaaa222101111131 Ua = Ua1 + Ua2 + Ua0第50页/共65页复合序网复合序网E = EM- EN第51页/共65页计算序电流计算序电流/电压电压:计算相电流计算相电流/电压电压:0212211111aabacaFFFaaFaaFF Ia1 = E /X1 + (X2 / X0 ) = E /X1 +X2 X0 / (X2 +X0 )Ia2 = Ia1 (X2 / X0 )/X2 = Ia1 X0 / (X2 +X0 )Ia0 = Ia1 (X2 / X0 )/X0 = Ia1 X2 / (

29、X2 +X0 )Ua1 = Ua2 = Ua0 = Ia1 (X2 / X0 ) = Ia1 X2 X0 / (X2 +X0 )第52页/共65页 不同断线情况下E = EM- EN的计算 单相或两相断线的电力系统非全相运行： 断线前负荷电流Ifh， 则 E = Ifh.X1 在振荡状态下，忽略负荷电流时,假定 E=EM= EN，有 E = 2E. Sin(/2) 计算振荡时最大序分量电流时，取=180 两侧电源并列时开关三相不同时合闸计算： E = 2E. Sin(/2) 非同期合闸，取最大值=180 检查同期合闸则按实际整定角度代入计算 第53页/共65页5. 电网故障短路电流、电压电网故

30、障短路电流、电压分布分布第54页/共65页55 求出求出短路点短路点的各序电流和各序电压；的各序电流和各序电压； 依据正序网络求出电流和电压依据正序网络求出电流和电压正序分量的正序分量的分布分布； 依据负序（零序）网络求出电流和电压依据负序（零序）网络求出电流和电压负负序（零序）分量的分布序（零序）分量的分布； 将同一支路或节点的电流或电压将同一支路或节点的电流或电压各序分量各序分量叠加叠加，即为所求支路或节点的三相电流或电，即为所求支路或节点的三相电流或电压。压。电网故障短路电流、电压分布电网故障短路电流、电压分布第55页/共65页电网不对称故障电压分布第56页/共65页总结：总结： 网络简

31、单或电源容量较小网络简单或电源容量较小 可采用以上分析方法进行故障分析和短路可采用以上分析方法进行故障分析和短路电流计算；电流计算； 网络复杂或电源容量较大网络复杂或电源容量较大 宜采用专用故障计算软件进行故障分析和宜采用专用故障计算软件进行故障分析和短路电流计算；短路电流计算； 相关研究进展介绍：相关研究进展介绍： 继电保护综合计算专家系统继电保护综合计算专家系统 第57页/共65页继电保护综合计算专家系统继电保护综合计算专家系统基本功能介绍基本功能介绍 网络参数数据库管理系统 正、负、零序网拓扑信息、线路及元件参数以及保护安装信息的集成管理 保护定值整定所用的网络参数数据库建库、扩建、查询

32、、管理以及数据的安全共享简单方便 第58页/共65页 保护定值数据库管理系统 负责各种故障计算选项、计算结果、计算原则等存储管理 可按线路名、厂站名、保护序号、开关号等多种条件，顺序查询、随机查询、综合汇总 各种保护定值计算和灵敏度校验结果以报表形式打印输出第59页/共65页 保护定值整定计算系统 建立故障快速计算模型和整定计算微机保护算法，集成各种保护整定计算原则 自动整定计算模式：在一般情况下采用自动计算模式，自动选择计算方式并完成全部计算工作 人工整定计算模式：如果需要在特殊情况下进行人工干预，此模式下可控制定值的计算决策过程 充分保证定值计算的高效率及计算结果的可靠性、工程实用性 充分

33、考虑网络改建、扩建后对原有保护定值的修正和对新增保护整定计算的便利性第60页/共65页故障计算系统 各种短路故障计算，非全相计算以及短路容量计算 自动生成各种故障序网图 故障计算结果可选择部分、全部输出序电流、相电流的有名值或标幺值 可按故障点编号顺序连续计算或作离散点计算 可直接作线路相继动作计算、高阻接地计算，以及输电线路上定点计算以及沿线分段定步长逐点计算 可方便地预先制定系统特殊运行方式、接地电阻等第61页/共65页 继电保护定值综合管理系统继电保护定值综合管理系统 实现保护装置级定值的自动计算和定值管理 定值通知书、定值卡、定值更改通知书等文档的自动生成管理 实现与保护定值整定计算系

34、统的无缝集成第62页/共65页主要技术特点 全部采用自主研制开发，经过多个省调、地调多年实际应用，较成熟的故障快速计算方法、整定计算方法和推理机制，计算控制策略更灵活、有效； 集成了开发人员多年的理论研究成果、应用开发经验和多个省调、地调继电保护运行部门丰富的专家经验知识； 保护整定计算、故障综合分析计算的多功能全面集成，数据全面共享； 第63页/共65页应用情况 可用于国内各网、省局及所属发电厂、变电站及调度部门的继电保护整定计算。目前已被下述单位用于生产实际： 国家电力调度中心、四川电力调度局、云南省电力局、重庆电业局，四川省西昌、绵阳、广安、自贡、宜宾、泸州等电业局，重庆市长寿、綦江等供电局，广东省肇庆电业局 得到了各使用单位的广泛好评。例如，二滩电站接入四川系统220-500 kv电网保护整定计算工程，西昌局成昆铁路电气化改造110kv供电工程等，因成功使用该成果，满足了工期的紧急要求，取得了显著的技术经济效益和社会效益。第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页