電力系統(tǒng)故障分析(教程)

,（電力系統(tǒng)不對稱運行/故障分析方法-對稱分量法）,出發(fā)點：電力系統(tǒng)不對稱運行/故障時，采用相分量分析復(fù)雜而困難使用對稱分量法將不對稱相分量轉(zhuǎn)化未對稱的序分量，可利用其對稱性簡化不對稱運行/故障分析,電力系統(tǒng)故障分析與短路計算,3,1.對稱分量法,不對稱相量,對稱分量法,對稱分量,4,負序分量,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,負序分量,6,以故障特殊相序分量表示:,7,2.對稱分量法分析不對稱短路,a相短路為例,特殊相：a相,故障網(wǎng)絡(luò),8,對稱分量法,短路點阻抗、電壓、電流不對稱,9,正序網(wǎng),負序網(wǎng),零序網(wǎng),電源：三相正序三相正序網(wǎng)、三相負序網(wǎng)三相零序網(wǎng)特點:各序網(wǎng)三相完全對稱，可分析單相序網(wǎng),10,各序分量三相對稱：大小、相位關(guān)系固定三相電路對稱單相各序電路（序網(wǎng)）,正序網(wǎng),負序網(wǎng),零序網(wǎng),序網(wǎng)基本方程,三個方程，六個變量，需補充三個方程,11,邊界條件：短路點處電壓、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)用對稱分量法進行電力系統(tǒng)的不對稱分析，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某序電流時元件兩端所產(chǎn)生的序電壓降與該序電流的比值靜止元件無論流過正序電流還是負序電流，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，各序電流流過時引起不同的電磁過程，三序電抗不相同元件的各序參數(shù)可查閱相關(guān)手冊。,13,正序網(wǎng)絡(luò)與計算三相短路時的等值網(wǎng)絡(luò)完全相同。除中性點接地阻抗和空載線路外，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)電機不產(chǎn)生負序電勢，故所有電源的負序電勢為零。負序網(wǎng)絡(luò)的組成元件與正序網(wǎng)絡(luò)完全相同。發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)元件的電抗應(yīng)以其負序電抗代替，其它靜止元件的負序電抗與正序電抗相同。,負序網(wǎng)絡(luò),15,發(fā)電機不產(chǎn)生零序電勢，故所有電源的零序電勢為零。零序電流相同相位，只能通過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：畫出圖所示系統(tǒng)，在D點發(fā)生不對稱短路時的正序、負序、零序網(wǎng)絡(luò)(忽略變壓器勵磁支路)。各阻抗標注如下：分別采用下標為1、2、0,表示正序、負序、零序阻抗。如線路7,其正序、負序、零序電抗分別為X7.1、X7.2、X7.0。,20,解：（1）正序網(wǎng)絡(luò),21,（2）負序網(wǎng)絡(luò),22,（3）零序網(wǎng)絡(luò),4.電力系統(tǒng)不對稱故障分析,橫向不對稱故障不接地故障：兩相短路接地故障：單相接地，兩相接地短路縱向不對稱故障斷線或非全相運行:手動合閘或自動重合閘非同期,基本分析方法：1.確定故障特殊相，列寫故障邊界條件(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.畫出正、負、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、零序網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成復(fù)合序網(wǎng)圖5.求出短路點的各序電流和各序電壓6.根據(jù)各序電流和電壓計算各相電流和電壓,橫向不對稱故障（1）金屬性短路不接地故障：兩相短路接地故障：單相接地，兩相接地短路,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,畫出正、負、零序網(wǎng)絡(luò)后，按以上關(guān)系進行連接，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),計算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2Ua0=-Ia0X0,計算相電流/電壓:,電壓向量圖(按純電感電路簡化，實際應(yīng)具體計算),電流向量圖,單相接地短路基本特點：,(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/3，兩個非故障相電流為零。,(3)短路處正序電流的大小與在短路點原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個附加阻抗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),計算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=E/(X1+X2),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2,計算相電流/電壓:,電壓向量圖,電流向量圖,兩相短路基本特點：,(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原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個附加阻抗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：,(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)兩個故障相電壓為零。,(3)短路處正序電流的大小與在短路點原正序網(wǎng)絡(luò)上增加一個附加阻抗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,不對稱短路電流計算：正序等效定則,不對稱短路的情況下，短路點的正序分量電流，與在短路點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：,短路電流絕對值與其正序電流的絕對值成正比：,其中，(n)表示故障類型。,正序等效定則中X(n)、m(n)取值表,橫向不對稱故障（2）經(jīng)過渡電阻短路不接地故障：兩相短路接地故障：單相接地，兩相接地短路,41,經(jīng)過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),計算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0+3Zf),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2Ua0=-Ia0X0,計算相電流/電壓:,43,經(jīng)過渡阻抗兩相短路,將以上相分量以a相序分量表示，化簡后有：,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，可以計算相電流/電壓。,得：Ua1=Ia1(X2+Zf),45,經(jīng)過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),計算序電流/電壓:,Ia1=E/X1+X2/(X0+3Zg),按變換關(guān)系計算相電流/電壓；,Ia2=-Ia1X2/(X0+3Zg)/X2,Ua1=Ua2=Ia1X2/(X0+3Zg),Ia0=-Ia1X2/(X0+3Zg)/(Z0+3Zg),Ua0=-Ia0X0=Ia1X2X0/(X2+X0+3Zg),單相斷線或兩相斷線的電力系統(tǒng)非全相運行,縱向不對稱故障,單相重合閘非全相過程,手動或自動重合閘非同期,48,一相斷開,（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,計算序電流/電壓:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0),Ua1=E-Ia1X1Ua2=-Ia2X2Ua0=-Ia0X0,計算相電流/電壓:,51,兩相斷開,（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,計算序電流/電壓:,計算相電流/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),不同斷線情況下E=EM-EN的計算單相或兩相斷線的電力系統(tǒng)非全相運行：斷線前負荷電流Ifh，則E=Ifh.X1在振蕩狀態(tài)下，忽略負荷電流時,假定E=EM=EN，有E=2E.Sin(/2)計算振蕩時最大序分量電流時，取=180兩側(cè)電源并列時開關(guān)三相不同時合閘計算：E=2E.Sin(/2)非同期合閘，取最大值=180檢查同期合閘則按實際整定角度代入計算,5.電網(wǎng)故障短路電流、電壓分布,56,求出短路點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)負序（零序）網(wǎng)絡(luò)求出電流和電壓負序（零序）分量的分布；將同一支路或節(jié)點的電流或電壓各序分量疊加，即為所求支路或節(jié)點的三相電流或電壓。,電網(wǎng)故障短路電流、電壓分布,電網(wǎng)不對稱故障電壓分布,總結(jié)：網(wǎng)絡(luò)簡單或電源容量較小可采用以上分析方法進行故障分析和短路電流計算；網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜或電源容量較大宜采用專用故障計算軟件進行故障分析和短路電流計算；相關(guān)研究進展介紹：繼電保護綜合計算專家系統(tǒng),繼電保護綜合計算專家系統(tǒng)基本功能介紹網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)正、負、零序網(wǎng)拓撲信息、線路及元件參數(shù)以及保護安裝信息的集成管理保護定值整定所用的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)據(jù)庫建庫、擴建、查詢、管理以及數(shù)據(jù)的安全共享簡單方便,保護定值數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責各種故障計算選項、計算結(jié)果、計算原則等存儲管理可按線路名、廠站名、保護序號、開關(guān)號等多種條件，順序查詢、隨機查詢、綜合匯總各種保護定值計算和靈敏度校驗結(jié)果以報表形式打印輸出,保護定值整定計算系統(tǒng)建立故障快速計算模型和整定計算微機保護算法，集成各種保護整定計算原則自動整定計算模式：在一般情況下采用自動計算模式，自動選擇計算方式并完成全部計算工作人工整定計算模式：如果需要在特殊情況下進行人工干預(yù)，此模式下可控制定值的計算決策過程充分保證定值計算的高效率及計算結(jié)果的可靠性、工程實用性充分考慮網(wǎng)絡(luò)改建、擴建后對原有保護定值的修正和對新增保護整定計算的便利性,故障計算系統(tǒng)各種短路故障計算，非全相計算以及短路容量計算自動生成各種故障序網(wǎng)圖故障計算結(jié)果可選擇部分、全部輸出序電流、相電流的有名值或標幺值可按故障點編號順序連續(xù)計算或作離散點計算可直接作線路相繼動作計算、高阻接地計算，以及輸電線路上定點計算以及沿線分段定步長逐點計算可方便地預(yù)先制定系統(tǒng)特殊運行方式、接地電阻等,繼電保護定值綜合管理系統(tǒng)實現(xiàn)保護裝置級定值的自動計算和定值管理定值通知書、定值卡、定值更改通知書等文檔的自動生成管理實現(xiàn)與保護定值整定計算系統(tǒng)的無縫集成,主要技術(shù)特點全部采用自主研制開發(fā)，經(jīng)過多個省調(diào)、地調(diào)多年實際應(yīng)用，較成熟的故障快速計算方法、整定計算方法和推理機制，計算控制策略更靈活、有效；集成了開發(fā)人員多年的理論研究成果、應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗和多個省調(diào)、地調(diào)繼電保護運行部門豐富的專家經(jīng)