《电力系统分析》_第7章.ppt

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1、电力系统分析 Power System Analysis(七、电力系统故障分析的基本知识七、电力系统故障分析的基本知识)主讲人：田行军主讲人：田行军2021/9/211第七章第七章 电力系统故障分析的基本知识电力系统故障分析的基本知识主要内容主要内容1 1、短路的一般概念短路的一般概念 3、无穷大功率电源供电的三相短路电流分析、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标幺制的近似计算法7.1 短路的一般概念短路的一般概念故障故障:一般指一般指短路短路和和断线断线,分为分为简单故障简单故障和和复杂故障复杂故障简单故障简单故障:电力系统中的单一故障电力系统中的单一故障复杂故障复杂

2、故障:同时发生两个或两个以上故障同时发生两个或两个以上故障短路短路:指一切指一切不正常不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点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。接地的系统）发生通路的情况。断线断线: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。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。算方法与不对称短路故障类似。7.1 短路的一般概念短路的一般概念表表1-1 1-1 各种短路的示意图和代表符号各种短路的示

3、意图和代表符号一、短路的类型 短路类型短路类型示意图示意图符号符号发生的机率发生的机率三相三相短路短路f(3)5%二相二相短路短路f(2)10%二相接地二相接地短路短路f(1,1)20%单相接地单相接地短路短路f(1)65%对称对称不不对对称称7.1 短路的一般概念短路的一般概念绝缘材料的绝缘材料的自然老化自然老化，设计、安装及维护不良所带来的，设计、安装及维护不良所带来的设设备缺陷备缺陷发展成短路。发展成短路。恶劣天气：雷击造成的恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器闪络放电或避雷器动作，架空线路动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为误操作，如运

4、行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修人为误操作，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。后未拆除地线就加上电压引起短路。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因二、短路的主要原因7.1 短路的一般概念短路的一般概念 (1)电流电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可剧增：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能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的由于短路电流的电动力电动力效应，导体效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏

5、。(2)(2)电压电压大幅度下降，对用户影响很大。大幅度下降，对用户影响很大。(3)(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的列运行的发电机可能失去同步发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造，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。成大面积停电，这是短路最严重的后果。(4)(4)发生不对称短路时发生不对称短路时,三相不平衡电流三相不平衡电流会在相邻的通信会在相邻的通信线路感应出电动势线路感应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害7.1 短路的一般概念短路的一般概念(1)(1)限制短路电流

6、（加电抗器）限制短路电流（加电抗器）。(2)(2)继电保护快切。继电保护快切。(3)(3)结线方式。结线方式。(4)(4)设备选择设备选择.四、减少短路危害的措施四、减少短路危害的措施7.1 短路的一般概念短路的一般概念五、计算短路电流的目的五、计算短路电流的目的短路电流计算结果短路电流计算结果 是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆 等）的依据；等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；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，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

7、定限制短路电流的措施。根据它可以确定限制短路电流的措施。7.2 标标幺制幺制一、计算短路电流的基本假设一、计算短路电流的基本假设1 1、以电网的平均电压取代元件的额定电压、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，降压变压器一次侧线路末端，降压变压器一次侧UN发电机高出发电机高出5%简化计算简化计算同一电压级中各元件的额定电压相同，同一电压级中各元件的额定电压相同，数值上数值上=平均电压，平均电压，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2 2、

8、高压电网只计及电抗、高压电网只计及电抗,当当Rd Xd/3时时,忽略忽略Rd7.2 标标幺制幺制二、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(近似法近似法)1 1、发电机、发电机 有名值有名值T1T2 x4x2x3x5T3 x6x1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均电压后简化计算采用平均电压后简化计算,无需考虑变压器变比归算无需考虑变压器变比归算取取U4为基本级为基本级归算到基本级归算到基本级7.2 标标幺制幺制2 2、变压器、变压器3 3、输电线、输电线7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供

9、电的三相短路电流分析短路电流分析 恒定电势源恒定电势源（又称（又称无限大功率电源无限大功率电源），是指端电压幅值），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。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一、三相短路的暂态过程 简单三相电路短路简单三相电路短路7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态：其其a相相的表达式为的表达式为 7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析a a相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：

10、其解就是短路的全电流，它由两部分组成：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量周期分量和和非周期分量非周期分量。假定假定假定假定t t0 0时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析a a a a相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：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：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量周期分量和和非周期分量非周期分量。假定假定假定假定t t t t0 0 0 0时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路7.3 无穷大功率电源

11、供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析短路电流的强制分量短路电流的强制分量,并记为并记为 周期分量：周期分量：7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析非周期电流非周期电流 ：短路电流的自由分量短路电流的自由分量,记为记为 非周期分量电流衰减的时间常数非周期分量电流衰减的时间常数 C C 为由初始条件决定的积分常数为由初始条件决定的积分常数为由初始条件决定的积分常数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无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析短路的全电流可表示为短路的全电流可表示为：短路电流不突变短路电流不突

12、变短路电流不突变短路电流不突变短路前电流短路前电流短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示在时间轴上的投影代在时间轴上的投影代在时间轴上的投影代在时间轴上的投影代表各量的瞬时值表各量的瞬时值表各量的瞬时值表各量的瞬时值7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析指短路电流最大可能的瞬时值，用指短路电流最大可能的瞬时值，用 表示。表示。其主要作用是校验

13、电气设备的电动力稳定度。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。(1)(1)相量差相量差 有最大可能值；有最大可能值；(2)(2)相量差相量差 在在t t0 0时与时间轴平行。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，故可近似认为 。因此，非周期电流有最大值的条件。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（为：短路前电路空载（Im0=0),=0),并且短路发生时，电源电势并且短路发生时，电源电势过零（过零（0 0）。）。二、短路冲击电流二、短路冲击电流二、短路冲击电流二、短路冲击电流非周期电流有最大初值

14、的条件应为：非周期电流有最大初值的条件应为：7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析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：非周期电流有最大值的条件为：1 1、短路前电路空载（短路前电路空载（Im0=0)；2 2、短路发生时，电源电势过零、短路发生时，电源电势过零 （0）。）。7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析将将 ，和和 0 0代入式短路全电流表达式：代入式短路全电流表达式：短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出短路电流的最大瞬时值在

15、短路发生后约半个周期时出现现（如图（如图1-51-5）。若。若f=50Hzf=50Hz，这个时间约为，这个时间约为0.010.01秒秒,由此可由此可得短路冲击电流得短路冲击电流 ：K KMM为冲击系数，实用计算时，短路发生在为冲击系数，实用计算时，短路发生在为冲击系数，实用计算时，短路发生在为冲击系数，实用计算时，短路发生在发电机电压母发电机电压母发电机电压母发电机电压母线线线线时时时时K KMM1.91.9；短路发生在；短路发生在；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线时时时时K KMM1.851.85；在；在；在；在其其其其它地点它地点它地点它地点短

16、路短路短路短路K KMM1.81.8。7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析图图1-8 1-8 非周期分量有最大可能非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图值时的短路电流波形图 7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析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：无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流曲线如下图：i,u7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供

17、电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析7.3 无穷大功率电源供电的三相无穷大功率电源供电的三相短路电流分析短路电流分析