電力系統(tǒng)故障分析(教程)

,（電力系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行/故障分析方法-對(duì)稱(chēng)分量法）,出發(fā)點(diǎn)：電力系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行/故障時(shí)，采用相分量分析復(fù)雜而困難使用對(duì)稱(chēng)分量法將不對(duì)稱(chēng)相分量轉(zhuǎn)化未對(duì)稱(chēng)的序分量，可利用其對(duì)稱(chēng)性簡(jiǎn)化不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行/故障分析,電力系統(tǒng)故障分析與短路計(jì)算,3,1.對(duì)稱(chēng)分量法,不對(duì)稱(chēng)相量,對(duì)稱(chēng)分量法,對(duì)稱(chēng)分量,4,負(fù)序分量,零序分量,正序分量,引入旋轉(zhuǎn)因子（算子）,零序分量,正序分量,負(fù)序分量,6,以故障特殊相序分量表示:,7,2.對(duì)稱(chēng)分量法分析不對(duì)稱(chēng)短路,a相短路為例,特殊相：a相,故障網(wǎng)絡(luò),8,對(duì)稱(chēng)分量法,短路點(diǎn)阻抗、電壓、電流不對(duì)稱(chēng),9,正序網(wǎng),負(fù)序網(wǎng),零序網(wǎng),電源：三相正序三相正序網(wǎng)、三相負(fù)序網(wǎng)三相零序網(wǎng)特點(diǎn):各序網(wǎng)三相完全對(duì)稱(chēng)，可分析單相序網(wǎng),10,各序分量三相對(duì)稱(chēng)：大小、相位關(guān)系固定三相電路對(duì)稱(chēng)單相各序電路（序網(wǎng)）,正序網(wǎng),負(fù)序網(wǎng),零序網(wǎng),序網(wǎng)基本方程,三個(gè)方程，六個(gè)變量，需補(bǔ)充三個(gè)方程,11,邊界條件：短路點(diǎn)處電壓、電流方程,序網(wǎng)基本方程,a相短路：,b、c兩相短路：,b、c兩相接地短路：,用序分量表示,2006-5-20,電力系統(tǒng)故障分析,12,3.電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路,應(yīng)用對(duì)稱(chēng)分量法進(jìn)行電力系統(tǒng)的不對(duì)稱(chēng)分析，首先必須確定系統(tǒng)中各元件的各序參數(shù)元件的序阻抗指元件中流過(guò)某序電流時(shí)元件兩端所產(chǎn)生的序電壓降與該序電流的比值靜止元件無(wú)論流過(guò)正序電流還是負(fù)序電流，并不改變相與相之間的磁耦合關(guān)系，其正序阻抗與負(fù)序阻抗相等；零序電抗較為復(fù)雜；旋轉(zhuǎn)元件，各序電流流過(guò)時(shí)引起不同的電磁過(guò)程，三序電抗不相同元件的各序參數(shù)可查閱相關(guān)手冊(cè)。,13,正序網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算三相短路時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò)完全相同。除中性點(diǎn)接地阻抗和空載線(xiàn)路外，電力系統(tǒng)各元件均應(yīng)包括在正序網(wǎng)絡(luò)中,正序網(wǎng)絡(luò),14,發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生負(fù)序電勢(shì)，故所有電源的負(fù)序電勢(shì)為零。負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的組成元件與正序網(wǎng)絡(luò)完全相同。發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)元件的電抗應(yīng)以其負(fù)序電抗代替，其它靜止元件的負(fù)序電抗與正序電抗相同。,負(fù)序網(wǎng)絡(luò),15,發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生零序電勢(shì)，故所有電源的零序電勢(shì)為零。零序電流相同相位，只能通過(guò)大地或與地連接的其他導(dǎo)體才能構(gòu)成通路。變壓器中性點(diǎn)接地的數(shù)量和位置確定了零序網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。,零序網(wǎng)絡(luò),2006-5-20,電力系統(tǒng)故障分析,16,2006-5-20,電力系統(tǒng)故障分析,17,2006-5-20,電力系統(tǒng)故障分析,18,19,練習(xí)：畫(huà)出圖所示系統(tǒng)，在D點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)(忽略變壓器勵(lì)磁支路)。各阻抗標(biāo)注如下：分別采用下標(biāo)為1、2、0,表示正序、負(fù)序、零序阻抗。如線(xiàn)路7,其正序、負(fù)序、零序電抗分別為X7.1、X7.2、X7.0。,20,解：（1）正序網(wǎng)絡(luò),21,（2）負(fù)序網(wǎng)絡(luò),22,（3）零序網(wǎng)絡(luò),4.電力系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)故障分析,橫向不對(duì)稱(chēng)故障不接地故障：兩相短路接地故障：?jiǎn)蜗嘟拥?，兩相接地短路縱向不對(duì)稱(chēng)故障斷線(xiàn)或非全相運(yùn)行:手動(dòng)合閘或自動(dòng)重合閘非同期,基本分析方法：1.確定故障特殊相，列寫(xiě)故障邊界條件(相分量表示）2.利用相分量序分量變換關(guān)系，確定故障邊界條件(以故障特殊相的序分量表示）3.畫(huà)出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)圖4.按照序分量表示的故障邊界條件，連接正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成復(fù)合序網(wǎng)圖5.求出短路點(diǎn)的各序電流和各序電壓6.根據(jù)各序電流和電壓計(jì)算各相電流和電壓,橫向不對(duì)稱(chēng)故障（1）金屬性短路不接地故障：兩相短路接地故障：?jiǎn)蜗嘟拥?，兩相接地短?26,單相接地短路ka(1),故障邊界條件（相分量）,故障邊界條件（序分量）,Ia1=Ia2=Ia0=Ia/3,Ua=0Ib=0,Ic=0,故障特殊相:A相,Ua=Ua1+Ua2+Ua0=0,畫(huà)出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)后，按以上關(guān)系進(jìn)行連接，構(gòu)成復(fù)合序網(wǎng)。,利用相序分量變換關(guān)系，將相分量表示的故障邊界條件用序分量表示：,復(fù)合序網(wǎng),計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2Ua0=-Ia0X0,計(jì)算相電流/電壓:,電壓向量圖(按純電感電路簡(jiǎn)化，實(shí)際應(yīng)具體計(jì)算),電流向量圖,單相接地短路基本特點(diǎn)：,(1)短路故障處各序電流大小相等，方向相同;,(2)故障相中的電流Ia1=Ia2=Ia0Ia/3，兩個(gè)非故障相電流為零。,(3)短路處正序電流的大小與在短路點(diǎn)原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個(gè)附加阻抗XX2+X0而發(fā)生三相短路的電流相等,30,兩相短路kbc(2),故障邊界條件（相分量）,Ub=UcIb=-Ic，Ia=0,故障特殊相:A相,Ia1=(-2)Ib/3,Ua1=Ua2=Ua+(+2)Ub/3,故障邊界條件（序分量）,Ia2=(2-)Ib/3=-Ia1,Ia0=0,Ua0=-Ia0X0=0,按此關(guān)系連接復(fù)合序網(wǎng)：,復(fù)合序網(wǎng),計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=E/(X1+X2),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2,計(jì)算相電流/電壓:,電壓向量圖,電流向量圖,兩相短路基本特點(diǎn)：,(1)短路電流及電壓中不存在零序分量。,(2)兩故障相中的短路電流的絕對(duì)值相等，而方向相反，數(shù)值上為正序電流的3倍。,(3)短路處正序電流的大小與在短路點(diǎn)原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個(gè)附加阻抗X而發(fā)生三相短路的電流相等。附加阻抗X為：XX2,(4)短路處兩故障相電壓總是大小相等，數(shù)值上為非故障相電壓的一半，兩故障相電壓相位相同，與非故障相電壓方向相反。,34,兩相接地短路kbc(1,1),故障邊界條件（相分量）,Ub=Uc=0Ia=0,故障特殊相:A相,故障邊界條件（序分量）,Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0,Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3,按此關(guān)系連接復(fù)合序網(wǎng)：,復(fù)合序網(wǎng),計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=E/X1+(X2/X0)=E/X1+X2X0/(X2+X0),Ia2=Ia1(X2/X0)/X2=Ia1X0/(X2+X0),Ia0=Ia1(X2/X0)/X0=Ia1X2/(X2+X0),Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2/X0)=Ia1X2X0/(X2+X0),電壓向量圖,電流向量圖,兩相接地短路基本特點(diǎn)：,(1)在假定Z0和Z2的阻抗角相等的情況下，兩故障相電流的幅值相等。,(2)兩個(gè)故障相電壓為零。,(3)短路處正序電流的大小與在短路點(diǎn)原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個(gè)附加阻抗X而發(fā)生三相短路的電流相等。附加阻抗X為：XX2/X0X2X0/(X2+X0),38,不對(duì)稱(chēng)短路電流計(jì)算：正序等效定則,不對(duì)稱(chēng)短路的情況下，短路點(diǎn)的正序分量電流，與在短路點(diǎn)每一相中接入附加電抗X(n)后發(fā)生三相短路的電流相等：,短路電流絕對(duì)值與其正序電流的絕對(duì)值成正比：,其中，(n)表示故障類(lèi)型。,正序等效定則中X(n)、m(n)取值表,橫向不對(duì)稱(chēng)故障（2）經(jīng)過(guò)渡電阻短路不接地故障：兩相短路接地故障：?jiǎn)蜗嘟拥?，兩相接地短?41,經(jīng)過(guò)渡阻抗單相接地短路,故障邊界條件（相分量）,故障邊界條件（序分量）,Ia1=Ia2=Ia0=Ia/3,Ua=Ua1+Ua2+Ua0Ua1+Ua2+Ua0=3ZfI0,Ua=ZfIaIb=0,Ic=0,按此關(guān)系連接復(fù)合序網(wǎng)：,復(fù)合序網(wǎng),計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0+3Zf),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2Ua0=-Ia0X0,計(jì)算相電流/電壓:,43,經(jīng)過(guò)渡阻抗兩相短路,將以上相分量以a相序分量表示，化簡(jiǎn)后有：,Ub-Uc=ZfIbIb=-Ic,Ia=0,故障邊界條件（相分量）,Ua1-Ua2=ZfIa1Ia1=-Ia2,或Ua1-ZfIa1/2=Ua2ZfIa2/2即：Ua1=Ua2,按此關(guān)系連接復(fù)合序網(wǎng)：,復(fù)合序網(wǎng),計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=-Ia2=E/(X1+X2+Zf),Ua1=Ua2+Ia1ZfUa2=-Ia2X2=Ia1X2,按變換關(guān)系，可以計(jì)算相電流/電壓。,得：Ua1=Ia1(X2+Zf),45,經(jīng)過(guò)渡阻抗兩相接地短路,以序分量表示：,Ub=Uc=Zf(Ib+Ib)Ia=0,故障邊界條件（相分量）,Ub-Uc=0，即：(2Ua1+Ua2+Ua0)-(Ua1+2Ua2+Ua0)=0得：Ua1=Ua2,得：Ua1=Ua2=Ua0-3I0Zg按此關(guān)系連接復(fù)合序網(wǎng)：,Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0,又：Ub=(2Ua1+Ua2+Ua0)=-Ua1+Ua0=3I0Zg,復(fù)合序網(wǎng),計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=E/X1+X2/(X0+3Zg),按變換關(guān)系計(jì)算相電流/電壓；,Ia2=-Ia1X2/(X0+3Zg)/X2,Ua1=Ua2=Ia1X2/(X0+3Zg),Ia0=-Ia1X2/(X0+3Zg)/(Z0+3Zg),Ua0=-Ia0X0=Ia1X2X0/(X2+X0+3Zg),單相斷線(xiàn)或兩相斷線(xiàn)的電力系統(tǒng)非全相運(yùn)行,縱向不對(duì)稱(chēng)故障,單相重合閘非全相過(guò)程,手動(dòng)或自動(dòng)重合閘非同期,48,一相斷開(kāi),（同兩相接地短路）,故障邊界條件（相分量）,Ub=Uc=0Ia=0,故障特殊相:A相,故障邊界條件（序分量）,Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0,Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3,復(fù)合序網(wǎng),E=EM-EN,計(jì)算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2Ua0=-Ia0X0,計(jì)算相電流/電壓:,51,兩相斷開(kāi),（同單相接地短路）,故障邊界條件（相分量）,Ua=0Ib=Ic=0,故障特殊相:A相,故障邊界條件（序分量）,Ia1Ia2Ia0=Ia/3,Ua=Ua1+Ua2+Ua0,復(fù)合序網(wǎng),E=EM-EN,計(jì)算序電流/電壓:,計(jì)算相電流/電壓:,Ia1=E/X1+(X2/X0)=E/X1+X2X0/(X2+X0),Ia2=Ia1(X2/X0)/X2=Ia1X0/(X2+X0),Ia0=Ia1(X2/X0)/X0=Ia1X2/(X2+X0),Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2/X0)=Ia1X2X0/(X2+X0),不同斷線(xiàn)情況下E=EM-EN的計(jì)算單相或兩相斷線(xiàn)的電力系統(tǒng)非全相運(yùn)行：斷線(xiàn)前負(fù)荷電流Ifh，則E=Ifh.X1在振蕩狀態(tài)下，忽略負(fù)荷電流時(shí),假定E=EM=EN，有E=2E.Sin(/2)計(jì)算振蕩時(shí)最大序分量電流時(shí)，取=180兩側(cè)電源并列時(shí)開(kāi)關(guān)三相不同時(shí)合閘計(jì)算：E=2E.Sin(/2)非同期合閘，取最大值=180檢查同期合閘則按實(shí)際整定角度代入計(jì)算,5.電網(wǎng)故障短路電流、電壓分布,56,求出短路點(diǎn)的各序電流和各序電壓；依據(jù)正序網(wǎng)絡(luò)求出電流和電壓正序分量的分布；依據(jù)負(fù)序（零序）網(wǎng)絡(luò)求出電流和電壓負(fù)序（零序）分量的分布；將同一支路或節(jié)點(diǎn)的電流或電壓各序分量疊加，即為所求支路或節(jié)點(diǎn)的三相電流或電壓。,電網(wǎng)故障短路電流、電壓分布,電網(wǎng)不對(duì)稱(chēng)故障電壓分布,總結(jié)：網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單或電源容量較小可采用以上分析方法進(jìn)行故障分析和短路電流計(jì)算；網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜或電源容量較大宜采用專(zhuān)用故障計(jì)算軟件進(jìn)行故障分析和短路電流計(jì)算；相關(guān)研究進(jìn)展介紹：繼電保護(hù)綜合計(jì)算專(zhuān)家系統(tǒng),繼電保護(hù)綜合計(jì)算專(zhuān)家系統(tǒng)基本功能介紹網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)正、負(fù)、零序網(wǎng)拓?fù)湫畔?、線(xiàn)路及元件參數(shù)以及保護(hù)安裝信息的集成管理保護(hù)定值整定所用的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)、擴(kuò)建、查詢(xún)、管理以及數(shù)據(jù)的安全共享簡(jiǎn)單方便,保護(hù)定值數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)各種故障計(jì)算選項(xiàng)、計(jì)算結(jié)果、計(jì)算原則等存儲(chǔ)管理可按線(xiàn)路名、廠站名、保護(hù)序號(hào)、開(kāi)關(guān)號(hào)等多種條件，順序查詢(xún)、隨機(jī)查詢(xún)、綜合匯總各種保護(hù)定值計(jì)算和靈敏度校驗(yàn)結(jié)果以報(bào)表形式打印輸出,保護(hù)定值整定計(jì)算系統(tǒng)建立故障快速計(jì)算模型和整定計(jì)算微機(jī)保護(hù)算法，集成各種保護(hù)整定計(jì)算原則自動(dòng)整定計(jì)算模式：在一般情況下采用自動(dòng)計(jì)算模式，自動(dòng)選擇計(jì)算方式并完成全部計(jì)算工作人工整定計(jì)算模式：如果需要在特殊情況下進(jìn)行人工干預(yù)，此模式下可控制定值的計(jì)算決策過(guò)程充分保證定值計(jì)算的高效率及計(jì)算結(jié)果的可靠性、工程實(shí)用性充分考慮網(wǎng)絡(luò)改建、擴(kuò)建后對(duì)原有保護(hù)定值的修正和對(duì)新增保護(hù)整定計(jì)算的便利性,故障計(jì)算系統(tǒng)各種短路故障計(jì)算，非全相計(jì)算以及短路容量計(jì)算自動(dòng)生成各種故障序網(wǎng)圖故障計(jì)算結(jié)果可選擇部分、全部輸出序電流、相電流的有名值或標(biāo)幺值可按故障點(diǎn)編號(hào)順序連續(xù)計(jì)算或作離散點(diǎn)計(jì)算可直接作線(xiàn)路相繼動(dòng)作計(jì)算、高阻接地計(jì)算，以及輸電線(xiàn)路上定點(diǎn)計(jì)算以及沿線(xiàn)分段定步長(zhǎng)逐點(diǎn)計(jì)算可方便地預(yù)先制定系統(tǒng)特殊運(yùn)行方式、接地電阻等,繼電保護(hù)定值綜合管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置級(jí)定值的自動(dòng)計(jì)算和定值管理定值通知書(shū)、定值卡、定值更改通知書(shū)等文檔的自動(dòng)生成管理實(shí)現(xiàn)與保護(hù)定值整定計(jì)算系統(tǒng)的無(wú)縫集成,主要技術(shù)特點(diǎn)全部采用自主研制開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)多個(gè)省調(diào)、地調(diào)多年實(shí)際應(yīng)用，較成熟的故障快速計(jì)算方法、整定計(jì)算方法和推理機(jī)制，計(jì)算控制策略更靈活、有效；集成了開(kāi)發(fā)人員多年的理論研究成果、應(yīng)用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)和多個(gè)省調(diào)、地調(diào)繼電保護(hù)運(yùn)行部門(mén)豐富的專(zhuān)家經(jīng)