電力系統(tǒng)故障分析基本知識(shí)

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(jí)學(xué)科博士點(diǎn)、電氣工程博士后科研流動(dòng)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(dān)各類研究項(xiàng)目50余項(xiàng)，獲科研經(jīng)費(fèi)數(shù)千萬(wàn)元，公開(kāi)發(fā)表論文200余篇。1. 平時(shí)成績(jī)：40%考勤：5%提問(wèn)：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(jī)（閉卷）：60%成績(jī)?cè)u(píng)定緒論o Transient Analysis：暫態(tài)分析，瞬變、過(guò)渡、暫時(shí)。o 暫態(tài)過(guò)程包括電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài)過(guò)程。o 物理特點(diǎn)：由一個(gè)狀態(tài)（初始狀態(tài)）變化到另一狀態(tài)（終止?fàn)顟B(tài)）的

2、過(guò)程分析。o 數(shù)學(xué)特點(diǎn)：用微分方程描述的過(guò)程分析。o 應(yīng)用：電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃、控制等。第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)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(yùn)行不正常的任何連接或情況。o 短路：短路： 正常運(yùn)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(shù)木、挖溝損傷電纜，鳥(niǎo)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(jiǎn)單故障

3、簡(jiǎn)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(duì)稱故障：三相短路對(duì)稱故障：三相短路f（3）不對(duì)稱故障不對(duì)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(hào)三相短路，符號(hào)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(hào)二相短路，符號(hào)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：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪?，符?hào)單相接地短路，符號(hào)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(hào)兩相短路接地，符號(hào)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：?jiǎn)蜗鄶嗑€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(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破壞；可能使電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性遭到破壞；o 不對(duì)稱短路時(shí)系統(tǒng)中將流過(guò)不平衡電流。不對(duì)稱短路時(shí)系統(tǒng)中將流過(guò)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(yùn)行和短路故障時(shí)各點(diǎn)的電壓正常運(yùn)行和短路故障時(shí)各點(diǎn)的電壓1.1故障概述短路計(jì)算的目的o 短路計(jì)算是

5、解決一系列技術(shù)問(wèn)題所不可缺少的基本計(jì)算；o 選擇有足夠機(jī)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(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)；1.1故障概述短路計(jì)算的目的o 進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短路對(duì)用戶工作的影響；o 確定輸電線路發(fā)生短路故障對(duì)臨近通訊線路的干擾，必須進(jìn)行短路計(jì)算；o 在設(shè)計(jì)和選擇電氣主接線時(shí)，依據(jù)短路計(jì)算結(jié)果確定是否需要采取限制短路電流的措施等，造價(jià)評(píng)估，選擇最佳接線方案；1.1故障概述應(yīng)對(duì)措施o 繼電保護(hù)o 重合閘o 加裝電抗器o 提高人的素質(zhì)1.2 標(biāo)幺制o 標(biāo)幺值(P.U.) o 為什么采用標(biāo)幺值？ 標(biāo)幺值= 有名值 基準(zhǔn)值 1.2標(biāo)

6、幺制基準(zhǔn)值的選取o 工程中一般選擇慣用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）1.2標(biāo)幺制基準(zhǔn)值的選取v選擇基準(zhǔn)值的條件： 基準(zhǔn)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(zhǔn)值之間也應(yīng)符合電路的基本關(guān)系331/BBBBBBBBSU IUI ZZY22/3BBBBBBBBBZUSYSUISU1.3標(biāo)幺制基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)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(zhǔn)值的標(biāo)幺值，求以系統(tǒng)基準(zhǔn)值SB、UB為基準(zhǔn)時(shí)的標(biāo)幺值 1）發(fā)電機(jī) 2）變壓器 3）電抗器1.3標(biāo)幺制變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)

7、中元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)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(zhǔn)電壓 。1.3標(biāo)幺制變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)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(zhǔn)電壓均為相應(yīng)段的平均額定電壓，此時(shí)的參數(shù)計(jì)算稱為近似計(jì)算法 。UN61035110220500Uav6.310.537115230550平均額定電壓值平均額定電壓值1.3標(biāo)幺制變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)算 o 例子（P9，例1-2） 10.5/121110/6.6IIIIII1.4標(biāo)幺制頻率、角速度和時(shí)間的基準(zhǔn)值 o f、t的基

8、準(zhǔn)值 fB=fN=50Hz (f*=1) B=2fB=100o 特點(diǎn)：當(dāng)f=fN=50Hz時(shí)，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(zhǔn)確計(jì)算各元件電抗的標(biāo)幺值,基本段取I段， 。 （2）近似計(jì)算各元件電抗的標(biāo)幺值。110.5BUkVGlIIIIIIT1T250MVA10.5kV0.15dX60MVA10.5/121kV%10.5kU0.4100km/ km30MVA110/6.6kV%10.5kU0.4kAX%=6一、無(wú)限大容量電源SS電源距短路點(diǎn)的電氣距離較遠(yuǎn)時(shí)，由短路而引起的電源送出

9、功率的變化 遠(yuǎn)小于電源的容量 ，這時(shí)可設(shè) ，則該電源為無(wú)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(guò)程中保持不變概念重要特性無(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 二、暫態(tài)過(guò)程分析 無(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 |0| ：故障前瞬間，相當(dāng)“電路”中的0-;0 ：故障后瞬間，相當(dāng)“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(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 無(wú)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(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 負(fù)載下突然短路無(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 空載下突然短路無(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 短路沖擊電流無(wú)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(shí)值。瞬時(shí)值。 最惡劣的情況為：最惡劣的情況為： 空載運(yùn)行，電壓過(guò)零瞬間空載運(yùn)行，電壓過(guò)零瞬間短路沖擊電流無(wú)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(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 沖擊系數(shù):aTMek01.01實(shí)用中，kM=1.8 對(duì)變壓器高壓側(cè)短路； kM=1.9 對(duì)機(jī)端短路。沖擊電流對(duì)周期電流幅值的倍數(shù)（1kM2）最大有效電流:無(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)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(wú)限大功率電源供電的三相短路分析 短路后半個(gè)周期時(shí)，設(shè)該時(shí)刻前后一個(gè)周期內(nèi)非周