電力系統(tǒng)故障分析的基本知識

1、§ 1電力系統(tǒng)故障分析的基本知識主要內(nèi)容：1、電力系統(tǒng)故障的基本概念2、三相短路的暫態(tài)過程分析3、短路沖擊電流，短路電流的有效值，短路容量的概念及計算§ 1.1故障概述1故障分類故障，事故：正常運行情況以外的相與相之間、相與地之間的連接或 相的斷開。斷線故障(縱向故障、非全相運行)簡單故障對稱故障短路故障(橫向故障)復(fù)雜故障不對稱故障名稱圖示三相短路符號f( 3)二相短路 單相短路 f( 2)f (1)概率5%10%65%兩相短路接地 20%一相斷線二相斷線2短路原因(1) 相間絕緣或相對地絕緣損壞;(2) 誤操作。3短路危害(1) 大電流產(chǎn)生巨大電動力，造成機械損壞(動穩(wěn)

2、定)(2) 燒毀設(shè)備(熱穩(wěn)定)；(3) 電網(wǎng)大面積電壓下降；(4) 破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；(5) 影響電力系統(tǒng)通訊。4減少短路危害的措施(1)(2)(3)(4)(5)采用合理的防雷設(shè)施，加強運行維護管理等。通過采用繼電保護裝置，迅速作用于切除故障設(shè)備行。 架空線路普遍采用自動重合閘裝置。裝設(shè)限流電抗器。選擇有足夠電動力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備。5短路計算目的(1)合理的配置繼電保護及自動裝置整定與校驗。(2) 選擇最佳的主接線方案及電氣設(shè)備，確定限流措施。(3) 進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計算。(4) 確定電力線路對鄰近通信線路的干擾等， 短路故障又稱橫向故障，斷線故障又稱縱向故障。§ 1

3、.3無限大功率電源供電的三相短路分析1無限大功率電源的概念(1) 無限大電源：Ug=常數(shù)、XG=O、3 =常數(shù)(2) 無限大功率電源是個相對概念。(若電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗的10%，即可以認(rèn)為電源為無限大電源。)2暫態(tài)過程分析(1) 符號約定|0|：故障前瞬間，相當(dāng)"電路”中的 0 :故障后瞬間，相當(dāng)“電路”中的00+mMOOp或3：周期分量(period )、3：頻率為3的分量:非周期分量:模值(mode) : 最大值 (maximum):穩(wěn)態(tài)值(tTO)(2) 暫態(tài)過程分析(對稱短路可僅取一相分析，其他兩相有模相同、相位差120°的結(jié)果。)< !單相等值電

4、路:ELJ_廠心、/1. R'iaRL 1:Ua Um si n( t),iaIm°|Sin( t10)短路前Ua=UmSin( 3 t + a )Um式中-10、(R R)22(廠L)2arctg(L L)(R R)t = 0s時短路 短路后右半部：零輸入響應(yīng)，ia Im0s in（至零。左半部：零狀態(tài)響應(yīng) +零輸入響應(yīng)。林自，Ta丄逐漸衰減1 1R,Taia ImSin( t)Imos in(0|) ImSi n(eTai pa i aa式中IR22L2arctgipa：交流分量、強制分量、周期分量；laa :直流分量、非強制分量、teTa非周期分量。eTaib ImS

5、in（ t 120） I mo si n（ 120惻）Im si n（ 120ic Imsin（ t 120） I0 sin（120 惻）Jsin（ 120）幾個結(jié)論：1）直流分量曲線是短路電流曲線的對稱軸（可用于求直流分量）；2）直流分量起始值越大，短路電流瞬時值越大；（與兩個因素有關(guān)）3）三相電流中總有一相最大，一相最小;4）短路前為空載，|90 , a相電流直流分量起始值達到最大值（穩(wěn)態(tài)短路短路的幅值）。負(fù)載下突然短路，初始狀態(tài)的相量圖=卩粗5in（加十田）】機血（砒+4 卩）£也加+ £k' 空載下突然短路:3幾個概念（1）短路沖擊電流短路沖擊電流：在最惡劣

6、短路情況下的短路電流的最大瞬時值。般情況下：x»R，90180。），即空載運行，電壓過零瞬間,tia Im COS t 仁匚沖擊電流iM出現(xiàn)在短路發(fā)生后0.01ImeiM I mTa(1沖擊系數(shù):kM關(guān)于Km :對純電阻電路，對純感性電路， 對實際電網(wǎng)，1)2)3)。所以最惡劣的情況為：lm|0|=O, a =0° （或則有1/2 周期(f=50Hz, t=0.01s)0.01e Ta )Im kM Im0.01Ta，沖擊電流對周期電流幅值的倍數(shù)Ta=0T a= 8 x»R當(dāng)短路發(fā)生在發(fā)動機機端時， 當(dāng)短路發(fā)生在發(fā)電廠高壓母線時， 當(dāng)短路發(fā)生在一般線路時，這時Km

7、 =1這時Km=2，比較接近純感性電路,Km=1.9Km =1.85Km=1.8則有(1<kM<2)要準(zhǔn)確計算Km，應(yīng)首先計算出短路點的等效電阻和等0.01出Ta的準(zhǔn)確值，然后帶入 kM 1 e Ta計算。沖擊電流主要用于檢驗電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體在短路電流下的受力是 否超過容許值，即其動穩(wěn)定度。效電抗，求（2）最大有效值電流t時刻短路電流有效值（設(shè)該時刻前后一個周期內(nèi)非周期分量近似不變 的電流）：2.2iaa.t T/212(ipa ia)2dtt T/2.t T/2Iti2dtT t T /2； T最大有效值電流：短路后半個周期時IM .(I?2.2i (t 0.01s)I m 2

8、2 I m,(,2) (iM Im)2,1 2(kMI)2Km=1.9 時，IM1.62 t ；Km=1.85 時，I M1.56 lm ；V2Km=1.8 時，lM1.52 -m 。V2 Im用于熱穩(wěn)定校驗。（4）短路功率（短路容量）短路功率等于短路電流有效值與短路處正常工作電壓（常取平均額定電壓）的乘積。t時刻的短路功率為：St J3javlt ；標(biāo)么值： St*It*v3U B I BIt常取短路周期分量的有效值。（把短率功率定義為短路電流和平均電壓的乘積，這是因為斷路器要切斷這樣大的短路電流；另一方面，在斷路器斷流時，其動，靜觸 頭應(yīng)該承受工作電壓的作用。在實際中，用周期分量電流計算短

9、路功率。）短路功率主要校驗斷路器的切斷能力。例：在如圖所示的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)線路末端發(fā)生三相短路接地故障時，試求短路電流周期分量有效值、沖擊電流（有名值）及短路功率。（取沖擊系數(shù)為1.8）解：取 Sb= 100MVA , UB=Uav二 8 "出旳& J2.ZLJtJl =2占I mIm* IB 1.736 1.562.71kAgm21.82.716.895kASBI m*SB1.736100173.6MVA短路電流周期分量有效值短路功率：St St*短路沖擊電流：I MXtUk%STNS?10.5100-200.021100Xix1 lSb2Uav0.38201000.55537

10、2I m*XtX,0.0210.5550.57610.5761.736 , IbSb- 3 Uav100.3 371.56kA考核要求1. 了解電力系統(tǒng)故障的基本概念2. 理解三相短路的暫態(tài)過程3. 掌握短路沖擊電流，短路電流的有效值，短路容量的概念及計算(Im)例題：一、簡答題1. 無限大容量電源的含義是什么 ？(無限大容量電源的含義是指容量相對較大，內(nèi)阻抗相對較小和端電壓恒定的等值電源或等值系統(tǒng)。)2. 如何計算轉(zhuǎn)移電抗?(轉(zhuǎn)移電抗按各相應(yīng)的等值發(fā)電機的容量進行歸算,以得到對應(yīng)于各發(fā)電機XjsiXikSNiSn量的計算電抗，即(i 1,2, n)3.無窮大系統(tǒng)三相短路電流中都包含哪些分量？

11、各有什么特點?(暫態(tài)分量和穩(wěn)態(tài)分量。)二、計算題1.如圖110kV等效系統(tǒng)x=1.73、E” =1（標(biāo)幺值）,求起始次暫態(tài)電流及沖擊 電流有名值（取沖擊系數(shù)為 1.8, Sn=100MVA , Un=Uav）X1I*i起始次暫態(tài)電流標(biāo)幺值為I ''-0.578X 1.73InSnloo-0.502kA.,3Un3 115起始次暫態(tài)電流有名值為 IIn=0.578 X 0.502=0.29kA沖擊電流有名值為iimp = 1.81=1.8 X 0.29=0.522kA2.在如圖所示的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)線路末端發(fā)生三相短路接地故障時，試求短路電流周期分量有效值、沖擊電流（有名值）及短路功率。（取沖擊系數(shù)為1.8） 取 S°= 100MVA , U0=UavXtUk%100sT10.5100Xix°lS02Uav0.38XtXiJX 0.576-200.