电力系统故障分析.ppt

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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 3 1.对对称分量法称分量法不对称相量不对称相量对称分量对称分量法法正序分量正序分量负序分量负序分量零序分量零序分量对对称称分分量量4 v负序分量负序分量v零序分量零

2、序分量v正序分量正序分量引入旋转因子（算子）引入旋转因子（算子）v零序分量零序分量v正序分量正序分量v负序分量负序分量6 以故障特殊相序分量表示以故障特殊相序分量表示:7 2.对对称分量法分析不称分量法分析不对对称短路称短路a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8 对称分量法对称分量法短路点阻抗、电压、电流不对称短路点阻抗、电压、电流不对称9 正正序序网网负负序序网网零零序序网网电源：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10 v各序分量三相对

3、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11 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v序网基本方程序网基本方程a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2006-5-20 电力系统故障分析 12 3.电电力系力系统统元件的各序参数和等元件的各序参数和等值电值电路路 应应用用对对称称分分量量法法进进

4、行行电电力力系系统统的的不不对对称称分分析析，首首先先必须确定系统中各元件的各序参数必须确定系统中各元件的各序参数 元元件件的的序序阻阻抗抗指指元元件件中中流流过过某某序序电电流流时时元元件件两两端端所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 静静止止元元件件无无论论流流过过正正序序电电流流还还是是负负序序电电流流，并并不不改改变变相相与与相相之之间间的的磁磁耦耦合合关关系系，其其正正序序阻阻抗抗与与负负序序阻阻抗抗相相等等；零零序电抗较为复杂；序电抗较为复杂；旋旋转转元元件件，各各序序电电流流流流过过时时引引起起不不同同的的电电磁磁过过程程，三三序序电抗不相同电抗不相同

5、元件的各序参数可元件的各序参数可查阅查阅相关手册。相关手册。13 正正序序网网络络与与计计算算三三相相短短路路时时的的等等值值网网络络完全相同。完全相同。除除中中性性点点接接地地阻阻抗抗和和空空载载线线路路外外，电电力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14 发发电电机机不不产产生生负负序序电电势势，故故所所有有电电源源的负序电势为零。的负序电势为零。负负序序网网络络的的组组成成元元件件与与正正序序网网络络完完全全相同。相同。发发电电机机等等旋旋转转元元件件的的电电抗抗应应以以其其负负序序电电抗抗代代替替，其其它它静静止止元元件件的的负负序序电电抗抗

6、与正序电抗相同。与正序电抗相同。v负序网络负序网络15 发发电电机机不不产产生生零零序序电电势势，故故所所有有电电源源的零序的零序电势为电势为零。零。零零序序电电流流相相同同相相位位，只只能能通通过过大大地地或或与地与地连连接的其他接的其他导导体才能构成通路。体才能构成通路。变变压压器器中中性性点点接接地地的的数数量量和和位位置置确确定定了零序网了零序网络络的的结结构。构。v零序网络零序网络2006-5-20 电力系统故障分析 16 2006-5-20 电力系统故障分析 17 2006-5-20 电力系统故障分析 18 19 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

7、发生不对称短路时的正序、负序、零序网络时的正序、负序、零序网络(忽略变压器励磁支路忽略变压器励磁支路)。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,表表示正序、负序、零序阻抗。如线路示正序、负序、零序阻抗。如线路7,其正序、负其正序、负序、零序电抗分别为序、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 20 解：（1）正序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 21（2）负序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

8、 13 14 D 15 22（3）零序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 4.4.电力系统不对称故障分析电力系统不对称故障分析 横向不横向不对对称故障称故障 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，两相接地短路纵纵向不向不对对称故障称故障 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基本分析方法：基本分析方法：1.确定故障特殊相，列写故障边界条件确定故障特殊相，列写故障边界条件(相分量表示）相分量表示）2.利用相分量利用相分量序分量变换关系，确定故

9、障边界条序分量变换关系，确定故障边界条件件(以故障特殊相的序分量表示）以故障特殊相的序分量表示）3.画出正、负、零序网络图画出正、负、零序网络图4.按照序分量表示的故障边界条件，连接正、负、零按照序分量表示的故障边界条件，连接正、负、零序网络，构成复合序网图序网络，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根据各序电流和电压计算各相电流和电压横向不横向不对对称故障称故障（1）金属性短路金属性短路 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26 单相接地短路

10、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故障特殊相故障特殊相:A相相Ua=Ua1+Ua2+Ua0=0画画出出正正、负负、零零序序网网络络后后，按按以以上上关系进行连接，构成复合序网。关系进行连接，构成复合序网。利利用用相相序序分分量量变变换换关关系系，将将相相分分量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：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

11、=-Ia2 X2 Ua0=-Ia0 X0 计算相电流计算相电流/电压电压:电压向量图电压向量图(按纯电感电路简按纯电感电路简化，实际应具体计算化，实际应具体计算)电流向量图电流向量图单单相接地短路基本特点：相接地短路基本特点：(1)短路故障短路故障处处各序各序电电流大小相等，方向相同流大小相等，方向相同;(2)故障相中的故障相中的电电流流 Ia1=Ia2=Ia0Ia/3，两个两个 非故障相非故障相电电流流为为零。零。(3)短路短路处处正序正序电电流的大小与在短路点原正序网流的大小与在短路点原正序网络络上增加一个附加阻抗上增加一个附加阻抗 X X2 +X0 而而发发生三相短路的生三相短路的电电流

12、相等流相等30 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故障特殊相故障特殊相:A相相Ia1=(-2)Ib/3Ua1=Ua2=Ua+(+2)Ub /3故障边界条件（序分量）故障边界条件（序分量）Ia2=(2-)Ib/3=-Ia1Ia0=0Ua0=-Ia0 X0 =0按此关系连接复合序网按此关系连接复合序网：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:电压向量图电压向量图电流向量图电流向量图两相短路基本特点：

13、两相短路基本特点：(1)短路短路电电流及流及电压电压中不存在零序分量。中不存在零序分量。(2)两故障相中的短路两故障相中的短路电电流的流的绝对值绝对值相等，而方向相等，而方向相反，数相反，数值值上上为为正序正序电电流的流的 3倍。倍。(3)短路短路处处正序正序电电流的大小与在短路点原正序网流的大小与在短路点原正序网络络上增加一个附加阻抗上增加一个附加阻抗X 而而发发生三相短路的生三相短路的电电流相流相等。附加阻抗等。附加阻抗X 为为：X X2 (4)短路短路处处两故障相两故障相电压总电压总是大小相等，数是大小相等，数值值上上为为非故障相非故障相电压电压的一半，两故障相的一半，两故障相电压电压相

14、位相同，相位相同，与非故障相与非故障相电压电压方向相反。方向相反。34 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故障特殊相故障特殊相:A相相故障边界条件（序分量）故障边界条件（序分量）Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3按此关系连接复合序网按此关系连接复合序网：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 )/X

15、0 =Ia1 X2 /(X2 +X0 )Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2 /X0 )=Ia1 X2 X0 /(X2 +X0)电压向量图电压向量图电流向量图电流向量图两相接地短路基本特点：两相接地短路基本特点：(1)在假定在假定Z0 和和Z2 的阻抗角相等的情况的阻抗角相等的情况下下，两，两故障相故障相电电流的幅流的幅值值相等相等。(2)两个故障相两个故障相电压为电压为零。零。(3)短路短路处处正序正序电电流的大小与在短路点原正序网流的大小与在短路点原正序网络络上增加一个附加阻抗上增加一个附加阻抗X 而而发发生三相短路的生三相短路的电电流相流相等。附加阻抗等。附加阻抗X 为为：X X2/X0

16、 X2 X0 /(X2 +X0)38 不对称短路电流计算：正序等效定则不对称短路电流计算：正序等效定则不不对对称称短短路路的的情情况况下下，短短路路点点的的正正序序分分量量电电流流，与与在在短短路路点点每每一一相相中中接接入入附附加加电电抗抗 X(n)后后发发生三相短路的生三相短路的电电流相等流相等：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：其中，其中，(n)表示故障类型。表示故障类型。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 )正序等效定正序等效定则则中中X(n

17、)、m(n)取取值值表表 横向不横向不对对称故障称故障（2）经过渡电阻短路经过渡电阻短路 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41 经过渡阻抗单相接地短路经过渡阻抗单相接地短路 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=Ua1+Ua2+Ua0 Ua1+Ua2+Ua0=3ZfI0Ua=Zf IaIb=0,Ic=0按此关系连接复合序网按此关系连接复合序网：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

18、 +X0 +3Zf)Ua1=E -Ia1 X1 Ua2=-Ia2 X2 Ua0=-Ia0 X0 计算相电流计算相电流/电压电压:43 经过渡阻抗两相短路经过渡阻抗两相短路将将以以上上相相分分量量以以a相相序序分分量量表表示示，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：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 +Zf)Ua1=U

19、a2+Ia1 Zf Ua2=-Ia2 X2 =Ia1 X2 按按变变换换关关系系，可可以以计计算算相电流相电流/电压。电压。得：得：Ua1=Ia1(X2 +Zf)45 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)=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：Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0又：又：Ub=(2Ua1+Ua2+Ua0)=-U

20、a1+Ua0=3I0Zg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；Ia2=-Ia1 X2 /(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)单单相断相断线或线或两相断两相断线的线的电电力系力系统统非非全相运行全相运行纵向不对称故障纵向不对称故障单相重合闸非全相过程单相重合闸非全相过程手动或自动重合闸非同期手动或自动重合闸非同期48 一相断

21、开一相断开（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故障特殊相故障特殊相:A相相故障边界条件（序分量）故障边界条件（序分量）Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0 Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3复合序网复合序网E=EM-EN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:51 两两相断开相断开（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

22、故障特殊相故障特殊相:A相相故障边界条件（序分量）故障边界条件（序分量）Ia1 Ia2 Ia0=Ia/3 Ua=Ua1+Ua2+Ua0复合序网复合序网E=EM-EN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: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)不同断线情况下不同断线情况下E=EM-EN的的计

23、算计算单相或两相断线的电力系统非全相运行：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，忽略负荷电流时在振荡状态下，忽略负荷电流时,假定假定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：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 5.电网故障短路电流、电压电网故障短路电流、电压分布分布56 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

24、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、电压分布电网不对称故障电压分布电网不对称故障电压分布总结：总结：网络简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电可采用以上分析方法进行故障分析和短路电流计算；流计算；网络复杂或电源容量较大网络复杂或电源容量

25、较大 宜采用专用故障计算软件进行故障分析和短宜采用专用故障计算软件进行故障分析和短路电流计算；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 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数以及保护安装信息的集成管理集成管理 保护定值整定所用的网络参数数据库建库、保护定值整定所用的网络参数数据库建库、扩建、查询、管理以及数据的安全共享简单扩建、查询、管理以及数据的安全共享简单方便方

26、便 保护定值数据库管理系统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 保护定值整定计算系统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，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

27、特殊情况下进行人人工整定计算模式：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、充分保证定值计算的高效率及计算结果的可靠性、工程实用性工程实用性充分考虑网络改建、扩建后对原有保护定值的修正充分考虑网络改建、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和对新增保护整定计算的便利性故障计算系统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、相电故障计算

28、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、接地电阻等可方便地预先制定系统特殊运行方式、接地电阻等 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定值通知书、定值卡、

29、定值更改通知书等文档的自动生成管理档的自动生成管理实现与保护定值整定计算系统的无缝集成实现与保护定值整定计算系统的无缝集成主要技术特点主要技术特点全部采用自主研制开发，经过多个省调、地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，计算控制策法、整定计算方法和推理机制，计算控制策略更灵活、有效；略更灵活、有效；集成了开发人员多年的理论研究成果、应用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；门丰富的专家经验知识

30、；保护整定计算、故障综合分析计算的多功能保护整定计算、故障综合分析计算的多功能全面集成，数据全面共享；全面集成，数据全面共享；应用情况应用情况可用于国内各网、省局及所属发电厂、变电站及调可用于国内各网、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。度部门的继电保护整定计算。目前已被下述单位用目前已被下述单位用于生产实际：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、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，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入四川系统220-500 kv电网保护整定计算工程，电网保护整定计算工程，西西昌局成昆铁路电气化改造昌局成昆铁路电气化改造110kv供电工程等，因成供电工程等，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。著的技术经济效益和社会效益。