電力系統(tǒng)故障分析基本知識

1、1電力系統(tǒng)最優(yōu)化研究所(iPso)李佩杰 博士o 電氣工程一級學(xué)科博士點、電氣工程博士后科研流動站。o 頭韋化教授o 教授1名，副教授5名，講師3名，工程師1名，博士生6名，碩士生60名。o 承擔各類研究項目50余項，獲科研經(jīng)費數(shù)千萬元，公開發(fā)表論文200余篇。1. 平時成績：40%考勤：5%提問：5%作業(yè)：20%（每章交一次，5次）綜述：10%（1次） 完成附加任務(wù)的：8598分2. 考試成績（閉卷）：60%成績評定緒論o Transient Analysis：暫態(tài)分析，瞬變、過渡、暫時。o 暫態(tài)過程包括電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)過程。o 物理特點：由一個狀態(tài)（初始狀態(tài)）變化到另一狀態(tài)（終止狀態(tài)）的

2、過程分析。o 數(shù)學(xué)特點：用微分方程描述的過程分析。o 應(yīng)用：電力系統(tǒng)設(shè)計、規(guī)劃、控制等。第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識1.1 故障概述故障的定義及產(chǎn)生原因o 故障，事故：故障，事故： 凡造成電力系統(tǒng)運行不正常的任何連接或情況。o 短路：短路： 正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。 o 短路產(chǎn)生的原因？短路產(chǎn)生的原因？1.1 故障概述故障的定義及產(chǎn)生原因o 短路產(chǎn)生的原因？短路產(chǎn)生的原因？ (1) 元件損壞； (2) 氣象條件惡化； (3) 違規(guī)操作； (4) 其他，例如樹木、挖溝損傷電纜，鳥獸跨接。1.1 故障概述故障類型o 故障類型：故障類型：電力系統(tǒng)故障電力系統(tǒng)故障簡單故障

3、簡單故障（單重故障）（單重故障）復(fù)雜故障（單重故障）復(fù)雜故障（單重故障）對稱故障：三相短路對稱故障：三相短路f（3）不對稱故障不對稱故障單相短路單相短路f（1）兩相短路兩相短路f（2）兩相接地短路兩相接地短路f（1，1）單相斷線單相斷線O（1）兩相斷線兩相斷線O（2）1.1 故障概述故障類型o 故障類型：故障類型：三相短路，符號三相短路，符號f（3） 三相短路示意圖1.1 故障概述故障類型o 故障類型：故障類型：二相短路，符號二相短路，符號f（2） 兩相短路示意圖1.1故障概述故障類型o 故障類型：故障類型：單相接地短路，符號單相接地短路，符號f（1） 單相短路接地示意圖1.1故障概述故障類型

4、o 故障類型：故障類型：兩相短路接地，符號兩相短路接地，符號f（1，1） 兩相短路接地示意圖1.1故障概述故障類型o 故障類型：故障類型：單相斷線單相斷線兩相斷線兩相斷線1.1故障概述短路故障的危害o 短路電流短路電流劇增；o 電壓大幅度電壓大幅度下降；下降；o 可能使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性遭到破壞；可能使電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性遭到破壞；o 不對稱短路時系統(tǒng)中將流過不平衡電流。不對稱短路時系統(tǒng)中將流過不平衡電流。1.2故障概述短路故障的危害發(fā)電廠配電所L-1L-2降壓變壓器所f1f2123Ul01正常運行和短路故障時各點的電壓正常運行和短路故障時各點的電壓1.1故障概述短路計算的目的o 短路計算是

5、解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本計算；o 選擇有足夠機械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，必須以短路電流為依據(jù)；o 為了合理地配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)；1.1故障概述短路計算的目的o 進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路對用戶工作的影響；o 確定輸電線路發(fā)生短路故障對臨近通訊線路的干擾，必須進行短路計算；o 在設(shè)計和選擇電氣主接線時，依據(jù)短路計算結(jié)果確定是否需要采取限制短路電流的措施等，造價評估，選擇最佳接線方案；1.1故障概述應(yīng)對措施o 繼電保護o 重合閘o 加裝電抗器o 提高人的素質(zhì)1.2 標幺制o 標幺值(P.U.) o 為什么采用標幺值？ 標幺值= 有名值 基準值 1.2標

6、幺制基準值的選取o 工程中一般選擇慣用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）1.2標幺制基準值的選取v選擇基準值的條件： 基準值的單位應(yīng)與有名值的單位相同 阻抗、導(dǎo)納、電壓、電流、功率的基準值之間也應(yīng)符合電路的基本關(guān)系331/BBBBBBBBSU IUI ZZY22/3BBBBBBBBBZUSYSUISU1.3標幺制基準值改變時標幺值的換算o 工程中一般選擇慣用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）o 已知以設(shè)備本身額定值為基準值的標幺值，求以系統(tǒng)基準值SB、UB為基準時的標幺值 1）發(fā)電機 2）變壓器 3）電抗器1.3標幺制變壓器聯(lián)系的不同電壓等級電網(wǎng)

7、中元件參數(shù)標幺值的計算 o 精確算法： 1）阻抗歸算法； 2）就地處理法； 3）在就地處理中，取定各段的基準電壓 。1.3標幺制變壓器聯(lián)系的不同電壓等級電網(wǎng)中元件參數(shù)標幺值的計算 o 近似算法： 假定變壓器的變比均為平均額定電壓的變比，且取各段基準電壓均為相應(yīng)段的平均額定電壓，此時的參數(shù)計算稱為近似計算法 。UN61035110220500Uav6.310.537115230550平均額定電壓值平均額定電壓值1.3標幺制變壓器聯(lián)系的不同電壓等級電網(wǎng)中元件參數(shù)標幺值的計算 o 例子（P9，例1-2） 10.5/121110/6.6IIIIII1.4標幺制頻率、角速度和時間的基準值 o f、t的基

8、準值 fB=fN=50Hz (f*=1) B=2fB=100o 特點：當f=fN=50Hz時，可有 x*=L* *=I*x* E*=* sint=sint*課后作業(yè)及思考題（一） o 1. 有一電力網(wǎng)，各元件參數(shù)已在圖中注明，要求： （1）準確計算各元件電抗的標幺值,基本段取I段， 。 （2）近似計算各元件電抗的標幺值。110.5BUkVGlIIIIIIT1T250MVA10.5kV0.15dX60MVA10.5/121kV%10.5kU0.4100km/ km30MVA110/6.6kV%10.5kU0.4kAX%=6一、無限大容量電源SS電源距短路點的電氣距離較遠時，由短路而引起的電源送出

9、功率的變化 遠小于電源的容量 ，這時可設(shè) ，則該電源為無限大容量電源。S電源的端電壓及頻率在短路后的暫態(tài)過程中保持不變概念重要特性無限大功率電源供電的三相短路分析 二、暫態(tài)過程分析 無限大功率電源供電的三相短路分析 |0| ：故障前瞬間，相當“電路”中的0-;0 ：故障后瞬間，相當“電路”中的0+;p或：周期分量（period）、：頻率為的分量; ：非周期分量;m ：模值（mode）;M ：最大值 （maximum）; ：穩(wěn)態(tài)值 （t）;二、單相等值電路無限大功率電源供電的三相短路分析 無限大功率電源供電的三相短路分析 短路前短路前:短路發(fā)生短路發(fā)生:解解= 特解特解 + 通解通解Tatmmm

10、aeIItIi )sin()sin()sin(00)sin(tURidtdiLmaa)sin(00tIima 周期分量：ipa 非周期分量： ai無限大功率電源供電的三相短路分析 負載下突然短路無限大功率電源供電的三相短路分析 空載下突然短路無限大功率電源供電的三相短路分析 短路沖擊電流無限大功率電源供電的三相短路分析 短路沖擊電流：短路沖擊電流： 在最惡劣短路情況下的短路電流的最大在最惡劣短路情況下的短路電流的最大 瞬時值。瞬時值。 最惡劣的情況為：最惡劣的情況為： 空載運行，電壓過零瞬間空載運行，電壓過零瞬間短路沖擊電流無限大功率電源供電的三相短路分析 aTtmmaeItIicos沖擊電流

11、iM出現(xiàn)在短路發(fā)生后1/2周期 (0.01秒)f=50Hz, t=0.01s，即有，即有 aTmmMeIIi01.0mMmTIkIea)1 (01. 0討論:無限大功率電源供電的三相短路分析 沖擊系數(shù):aTMek01.01實用中，kM=1.8 對變壓器高壓側(cè)短路； kM=1.9 對機端短路。沖擊電流對周期電流幅值的倍數(shù)（1kM2）最大有效電流:無限大功率電源供電的三相短路分析 以時間t為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值 .22222211/Tt/Tttpt/Tt/Tttdt)ii(TdtiTI 有效值有效值: 最大最大?最大有效電流:無限大功率電源供電的三相短路分析 短路后半個周期時，設(shè)該時刻前后一個周期內(nèi)非周