華北電力大學 電力系統(tǒng)分析基礎 課件 第七章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識

電力系統(tǒng)分析基礎

PowerSystemAnalysisBasis

（七）

主講人：栗然1南京理工大學第一章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識本章主要內(nèi)容：1、短路的一般概念

3、無窮大功率電源供電的三相短路電流分析2、標么制的近似計算法2南京理工大學第一節(jié)短路的一般概念故障:一般指短路和斷線,分為簡單故障和復雜故障簡單故障:電力系統(tǒng)中的單一故障復雜故障:同時發(fā)生兩個或兩個以上故障短路:指一切不正常的相與相之間或相與地之間（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。3南京理工大學表1-1

各種短路的示意圖和代表符號短路種類示意圖代表符號三相短路f(3)5％

兩相短路接地f(1,1)20％

兩相短路f(2)10％

單相短路f(1)65％一、短路的類型

4南京理工大學①絕緣材料的自然老化，設計、安裝及維護不良所帶來的設備缺陷發(fā)展成短路。②惡劣天氣：雷擊造成的閃絡放電或避雷器動作，架空線路由于大風或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等。③人為誤操作，如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設備檢修后未拆除地線就加上電壓引起短路。④挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。二、短路的主要原因5南京理工大學(1)電流劇增：設備發(fā)熱增加，若短路持續(xù)時間較長，可能使設備過熱甚至損壞;由于短路電流的電動力效應，導體間還將產(chǎn)生很大的機械應力，致使導體變形甚至損壞。(2)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。(3)當短路發(fā)生地點離電源不遠而持續(xù)時間又較長時，并列運行的發(fā)電機可能失去同步，破壞系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，造成大面積停電，這是短路最嚴重的后果。(4)發(fā)生不對稱短路時,三相不平衡電流會在相鄰的通訊線路感應出電動勢,影響通訊.三、短路的危害6南京理工大學(1)限制短路電流（加電抗器）。(2)繼電保護快切。(3)結(jié)線方式。(4)設備選擇.四、減少短路危害的措施7南京理工大學五、計算短路電流的目的短路電流計算結(jié)果是選擇電氣設備（斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等）的依據(jù)；是電力系統(tǒng)繼電保護設計和整定的基礎；是比較和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線圖的依據(jù)，根據(jù)它可以確定限制短路電流的措施。8南京理工大學第二節(jié)標么制一、計算短路電流的基本假設1、以電網(wǎng)的平均電壓取代元件的額定電壓同一電壓級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)UN發(fā)電機高出5%簡化計算——同一電壓級中各元件的額定電壓相同，數(shù)值上=平均電壓，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2、高壓電網(wǎng)只計及電抗,當RdΣ<XdΣ/3時,忽略RdΣ9南京理工大學二、具有變壓器的多電壓級網(wǎng)絡標幺值等值電路的建立(近似法)1、發(fā)電機T1T2x4ⅠⅡⅢx2x3x5T3x6Ⅳx1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均電壓后簡化計算,無需考慮變壓器變比歸算取U4為基本級10南京理工大學2、變壓器3、輸電線11南京理工大學恒定電勢源（又稱無限大功率電源），是指端電壓幅值和頻率都保持恒定的電源，其內(nèi)阻抗為零。一、三相短路的暫態(tài)過程

第三節(jié)恒定電勢源電路的三相短路圖1-2簡單三相電路短路12南京理工大學短路前電路處于穩(wěn)態(tài)：

13南京理工大學a相的微分方程式如下：其解就是短路的全電流，它由兩部分組成：周期分量和非周期分量。假定t＝0時刻發(fā)生短路14南京理工大學短路電流的強制分量,并記為周期分量：15南京理工大學非周期電流：短路電流的自由分量,記為

—特征方程的根?！侵芷诜至侩娏魉p的時間常數(shù)（C為由初始條件決定的積分常數(shù)）16南京理工大學短路的全電流可表示為：

短路電流不突變短路前電流積分常數(shù)的求解17南京理工大學短路電流關系的相量圖表示在時間軸上的投影代表各量的瞬時值18南京理工大學指短路電流最大可能的瞬時值，用表示。其主要作用是校驗電氣設備的電動力穩(wěn)定度。(1)相量差有最大可能值；(2)相量差在t＝0時與時間軸平行。一般電力系統(tǒng)中，短路回路的感抗比電阻大得多，即，故可近似認為。因此，非周期電流有最大值的條件為：短路前電路空載（Im0=0),并且短路發(fā)生時，電源電勢過零（α＝0）。二、短路沖擊電流非周期電流有最大初值的條件應為：19南京理工大學圖1-3短路電流非周期分量有最大可能值的條件圖非周期電流有最大值的條件為（1）短路前電路空載（Im0=0)；（2）短路發(fā)生時，電源電勢過零（α＝0）。20南京理工大學將，和＝0代入式短路全電流表達式：短路電流的最大瞬時值在短路發(fā)生后約半個周期時出現(xiàn)（如圖1-4）。若Hz，這個時間約為0.01秒，將其代入式（6-8），可得短路沖擊電流：kM為沖擊系數(shù),實用計算時，短路發(fā)生在發(fā)電機電壓母線時kM＝1.9；短路發(fā)生在發(fā)電廠高壓母線時kM＝1.85；在其它地點短路kM＝1.8。21南京理工大學圖1-4非周期分量有最大可能值時的短路電流波形圖

22南京理工大學三、短路電流的有效值在短路過程中，任意時刻t的短路電流有效值，是指以時刻t為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值，即

為了簡化計算，通常假定：非周期電流在以時間t為中心的一個周期內(nèi)恒定不變，因而它在時間t的有效值就等于它的瞬時值，即23南京理工大學對于周期電流，認為它在所計算的周期內(nèi)是幅值恒定的，其數(shù)值即等于由周期電流包絡線所確定的t時刻的幅值。因此，t時刻的周期電流有效值應為

圖1-5短路電流有效值的確定

24南京理工大學根據(jù)上述假定條件：短路電流的最大有效值：

短路電流的最大有效值常用于校驗某些電氣設備的斷流能力或耐力強度。

短路電流最大有效值出現(xiàn)在第一周期，其中心為：t=0.01s25南京理工大學短路容量也稱為短路功率，它等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積，即用標幺值表示時

短路容量主要用來校驗開關的切斷能力。四、短路容量26南京理工大學1、繪制計算電路圖用單相節(jié)線圖表示—計算電路圖標明各元件額定參數(shù)各元件均按順序編號1234566.3KV37KV0.4Ω/km15km27.5MVAUk%=7.5215MVA6KV400AXR%=4第四節(jié)短路回路總阻抗求取27南京理工大學2、短路計算點和系統(tǒng)運行方式確定短路點按選擇電氣設備整定繼電保護高、低壓母線電氣設備接線端處運行方式最大：選擇電氣設備最小：校驗繼電保護并列運行處理電源按最大容量處理單列運行處理28南京理工大學3、繪制等值電路圖對應每一個短路點作出一個等值電路圖任一短路點對應等值電路中，只要求表示該點短路時，短路電流通過的元件電抗分子為順序號，分母為該元件的電抗標幺值29南京理工大學4、等值電路圖歸并與簡化串聯(lián)并聯(lián)Δ

Y30南京理工大學利用網(wǎng)絡的對稱性對稱性網(wǎng)絡的結(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，計算短路回路的總電抗標幺值31南京理工大學32南京理工大學第五節(jié)無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路電流計算一、基本概念那種故障短路電流最大中性點接地：三相或單相中性點不接地：三相短路電流計算值—次暫態(tài)短路電流：周期分量起始(t=0)的有效值用途：保護整定計算及校驗斷路器的額定斷流容量—短路全電流的最大有效值用途：校驗電氣設備的動穩(wěn)定和斷路器的額定斷流量—三相短路沖擊電流用途：校驗電氣設備的動穩(wěn)定—三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用途：校驗電氣設備和載流體的熱穩(wěn)定性在無限大容量,33南京理工大學二、有名制法適用于:1KV以下的低壓系統(tǒng)和電壓等級少、接線簡單的高壓系統(tǒng)短路點所在電壓級作為基本級各元件的阻抗用變壓器的近似變比歸算到基本級，求出電源至短路點的總阻抗ZΣ計及電阻時不計電阻計算沖擊電流、最大有效值、斷路器的短路容量kM=1.8時，IM=1.52IdzkM=1.8時，iM=2.55Idz34南京理工大學三、標幺值法適用于:多電壓等級、接線復雜的高壓系統(tǒng)取基準值SB，Uav

計算短路電流周期分量標幺值計算三相短路容量的標幺值計算有名值35南京理工大學四、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幺制法計算Idz、iM、IM和Sd（KM=1.8）解：①有名制法：取10.5KV電壓級為基本級3115KV1X=02S=∞100km0.4Ω/km220MVAUk%=10.510.5KVd(3)d(3)Upj=10.5KV等值電路36南京理工大學②標幺制法：取SB=100MVA,UB=Uavd(3)U*=1等值電路回路總阻抗周期分量有效值沖擊電流全電流最大有效值短路容量37南京理工大學回路總阻抗標幺值周期分量有效值沖擊電流全電流最大有效值短路容量標幺值有名值38南京理工大學第二章電力系統(tǒng)三相短路的實用計算由于多電源復雜系統(tǒng)中，不能將所有電源均視為無限大功率電源，精確計算出三相短路電流比較困難，故工程上采用一些簡化計算。發(fā)電機參數(shù)用次暫態(tài)參數(shù)表示忽略較小的負荷忽略線路對地電容和變壓器的勵磁支路變壓器的變比用平均電壓之比短路電