電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)第七章1

North China Electric Power University電力工程系Department of Electrical Engineering電力系統(tǒng)故障分析（ 電磁暫態(tài)過(guò)程分析 ）（七）任 建 文電力系統(tǒng)故障分析的主要內(nèi)容本部分內(nèi)容簡(jiǎn)介介紹故障類(lèi)型、產(chǎn)生原因及危害在電專(zhuān)業(yè)課中 電力系統(tǒng)故障分析三相短路電流分析與計(jì)算無(wú)限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路過(guò)渡過(guò)程分析三相短路的實(shí)用計(jì)算方法同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路不對(duì)稱(chēng)故障的分析與計(jì)算復(fù)故障的分析與計(jì)算對(duì)稱(chēng)分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路不對(duì)稱(chēng)故障的分析與計(jì)算一、短路的類(lèi)型： 大多數(shù)故障是短路故障短路是指：正常運(yùn)行情況以外的相與相或相與地之間的連接短路類(lèi)型 示意圖 符號(hào) 發(fā)生的機(jī)率三相短路 d(3) 5%二相短路 d(2) 10%二相接地短路 d(1,1) 20%單相接地短路 d(1) 65%對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)第一節(jié) 概述第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)二、產(chǎn)生的原因絕緣被破壞過(guò)電壓、雷擊絕緣老化、污染設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)不當(dāng)，人為因素風(fēng)、雪、鳥(niǎo)、獸等三、產(chǎn)生的危害引起發(fā)熱： 1020倍額定電流，達(dá)幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)安引起電動(dòng)力效應(yīng)：傳導(dǎo)體變形甚至損壞 機(jī)械穩(wěn)定性引起網(wǎng)絡(luò)中電壓降落使穩(wěn)定性遭到破壞短路可能干擾通信系統(tǒng)三、措施限制短路電流（加電抗器）繼電保護(hù)快切結(jié)線方式設(shè)備選擇第二節(jié) 無(wú)限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路過(guò)渡過(guò)程分析一、暫態(tài)過(guò)程分析無(wú)限大電源 恒壓源（內(nèi)阻 =0）短路不影響電源的 U， f（ Z=0， U=C， S=）實(shí)際內(nèi)阻 短路回路總阻抗 10%，即無(wú)限個(gè)有限源組成R L R LUaR L R LUbR L R LUcd(3)三相短路是對(duì)稱(chēng)故障，可用一相分析短路前UZ ZUR L R Lid短路后 一階常系數(shù)線性微分方程idz周期分量（強(qiáng)制分量）Idf非周期分量（自由分量）如何確定 A（楞次定律）Idf非周期分量出現(xiàn)的物理原因是：電感中電流不能突變短路全電流二、產(chǎn)生最大短路全電流的條件穩(wěn)態(tài)分量 取決于短路后的電路暫態(tài)分量 和短路時(shí)刻、短路前運(yùn)行狀態(tài)及回 路阻抗有關(guān)要使短路全電流最大 使暫態(tài)分量最大（無(wú)載，一相過(guò)零）短路前電路為空載： Im=0電壓 “合閘相角 ”=0 d=/2 ，純電感電路三、短路沖擊電流 ich和沖擊系數(shù) kchid的最大瞬時(shí)值 短路沖擊電流 ich出現(xiàn)在 t=T/2時(shí)kch與 R， X的大小有關(guān)： R=0時(shí)， kch=2； L=0時(shí)， kch=11 kch 2發(fā)電機(jī)母線時(shí) kch=1.9， ich =2.7 Idz高壓電網(wǎng)時(shí) kch=1.8， ich =2.55 Idzich用于校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的電動(dòng)力穩(wěn)定性四、短路全電流最大有效值 Ich假設(shè) idf的數(shù)值在第一個(gè)周波內(nèi)是恒定不變的， t=T/2時(shí)值1 kch 2發(fā)電機(jī)母線時(shí) kch=1.9， Ich =1.62 Idz高壓電網(wǎng)時(shí) kch=1.8， Ich =1.52 Idz不管求 ich還是求 Ich，只須求得 Idz，而求 Idz的關(guān)鍵是求由電源開(kāi)始到短路點(diǎn)的總阻抗 Zd第三節(jié) 短路回路總阻抗求取一、計(jì)算短路電流的基本假設(shè)1、以電網(wǎng)的平均電壓取代元件的額定電壓同一電壓級(jí)中各元件的額定電壓可能不一樣線路首端，升壓變壓器二次側(cè)高出 10%線路末端，降壓變壓器一次側(cè) =UB發(fā)電機(jī)高出 5%簡(jiǎn)化計(jì)算 同一電壓級(jí)中各元件的額定電壓相同，數(shù)值上 =平均電壓， Upj=(1.1UB+UB)/2=1.05UB2、 高壓電網(wǎng)只計(jì)及電抗 ,當(dāng) Rd Xd /3時(shí) ,忽略 Rd二、各元件統(tǒng)一基準(zhǔn)值電抗標(biāo)幺值計(jì)算在第二章中，將額定值下的標(biāo)幺值歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值在短路計(jì)算中，一般采用近似計(jì)算法，認(rèn)為額定電壓 UN =平均電壓 Upj ，基準(zhǔn)電壓 Uj =Upj1、同步發(fā)電機(jī)2、變壓器3、線路4、電抗器注意：沒(méi)讓 UN=Uj是因?yàn)殡娍蛊饔袝r(shí)不按額定電壓使用三、具有變壓器的多電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)幺值等值電路的建立 (近似法 )1、發(fā)電機(jī)T1 T2x4 x2 x3 x5T3x6x1GU1 U2 U3 U4x1*j x2*j x3*j x4*j x5*j x6*j采用平均電壓后簡(jiǎn)化計(jì)算 ,無(wú)需考慮變壓器變比歸算取 U4為基本級(jí)2、變壓器3、輸電線四、短路回路總電抗標(biāo)幺值 Xd 計(jì)算1、繪制計(jì)算電路圖用單相節(jié)線圖表示 計(jì)算電路圖標(biāo)明各元件額定參數(shù)各元件均按順序編號(hào)1 234 566.3KV37KV0.4/km15km27.5MVAUk%=7.5215MVA6KV400AXR%=42、短路計(jì)算點(diǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行方式確定短路點(diǎn)按選擇電氣設(shè)備整定繼電保護(hù)高、低壓母線電氣設(shè)備接線端處運(yùn)行方式最大：選擇電氣設(shè)備最?。盒ｒ?yàn)繼電保護(hù)并列運(yùn)行處理電源按最大容量處理單列運(yùn)行處理3、繪制等值電路圖對(duì)應(yīng)每一個(gè)短路點(diǎn)作出一個(gè)等值電路圖任一短路點(diǎn)對(duì)應(yīng)等值電路中，只要求表示該點(diǎn)短路時(shí)，短 路電流通過(guò)的元件電抗分子為順序號(hào)，分母為該元件的電抗標(biāo)幺值4、等值電路圖歸并與簡(jiǎn)化串聯(lián)并聯(lián) Y利用網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱(chēng)性對(duì)稱(chēng)性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)相同電源一樣電抗參數(shù)相等短路電流流向一致例： d1， d2發(fā)生短路時(shí)，計(jì)算短路回路的總電抗標(biāo)幺值第四節(jié) 無(wú)限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算一、基本概念1. 那種故障短路電流最大中性點(diǎn)接地：三相或單相中性點(diǎn)不接地：三相2. 短路電流計(jì)算值 次暫態(tài)短路電流：周期分量起始 (t=0)的有效值用途：保護(hù)整定計(jì)算及校驗(yàn)斷路器的額定斷流容量 短路全電流的最大有效值用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和斷路器的額定斷流量 三相短路沖擊電流用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定 三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流體的熱穩(wěn)定性Idf經(jīng) 0.2s衰減完畢 , 在無(wú)限大容量 ,二、有名制法適用于 : 1KV以下的低壓系統(tǒng)和電壓等級(jí)少、接線簡(jiǎn)單的高壓系統(tǒng) 短路點(diǎn)所在電壓級(jí)作為基本級(jí) 各元件的阻抗用變壓器的近似變比歸算到基本級(jí)，求出電源至短路點(diǎn)的總阻抗 Z 計(jì)及電阻時(shí)不計(jì)電阻 計(jì)算沖擊電流、最大有效值、斷路器的短路容量kch=1.8時(shí)， Ich =1.52 Idzkch=1.8時(shí)， ich =2.55 Idz三、標(biāo)幺值法適用于 : 多電壓等級(jí)、接線復(fù)雜的高壓系統(tǒng)取基準(zhǔn)值 Sj， Upj 計(jì)算短路電流周期分量標(biāo)幺值 計(jì)算三相短路容量的標(biāo)幺值 計(jì)算有名值四、例題如圖所示電路發(fā)生三相短路，試分別用有名制法和標(biāo)幺制法計(jì)算 Idz、 ich、Ich和 Sd（ Kch=1.8）解： 有名制法：取 10.5KV電壓級(jí)為基本級(jí)3115KV1X=02S=100km0.4/km