電力系統(tǒng)分析第八章

1、電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)Power System Analysis Basis（八）（八） 主講人：栗然第八章第八章電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算對稱分量法對稱分量法對稱分量法在不對稱故障分析計算中的應(yīng)用對稱分量法在不對稱故障分析計算中的應(yīng)用電力系統(tǒng)元件序參數(shù)及系統(tǒng)的序網(wǎng)圖電力系統(tǒng)元件序參數(shù)及系統(tǒng)的序網(wǎng)圖簡單不對稱故障的分析計算簡單不對稱故障的分析計算1 1、什么是對稱分量法？、什么是對稱分量法？2 2、為什么要引入對稱分量法？、為什么要引入對稱分量法？分析過程是什么？分析過程是什么？1 1、各元件的序參數(shù)是怎樣的？、各元件的序參數(shù)是怎樣的？2 2、如

2、何繪制電力系統(tǒng)的序網(wǎng)圖？、如何繪制電力系統(tǒng)的序網(wǎng)圖？如何利用對稱分量法對如何利用對稱分量法對簡單不對稱故障進行分簡單不對稱故障進行分析與計算？析與計算？8.1 8.1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用一、對稱分量法一、對稱分量法正序分正序分量量零序分零序分量量負序分負序分量量合成合成一、對稱分量法一、對稱分量法 正序分量正序分量：三相量大小相等，互差：三相量大小相等，互差1200，且與系，且與系統(tǒng)正常運行相序相同。統(tǒng)正常運行相序相同。 負序分量負序分量：三相量大小相等，互差：三相量大小相等，互差1200，且與系，且與系統(tǒng)正常運行相序相反。統(tǒng)正常運行相序相反。

3、 零序分量零序分量：三相量大小相等，相位一致。：三相量大小相等，相位一致。0002222211121,acbacabacabFFFFaFFaFFaFFaF120jea 逆時針旋轉(zhuǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)1201200 0一、對稱分量法一、對稱分量法 三相量用三序量表示三相量用三序量表示 三序量用三相量表示三序量用三相量表示02210210212021021aaaccccaaabbbbaaaaFFaFaFFFFFFaFaFFFFFFFFcbaaaaFFFaaaaFFF1111131220211120abc TFF2211111aaaaT120abc TFF二、序阻抗的概念二、序阻抗的概念 靜止的三相電路元件序

4、阻抗靜止的三相電路元件序阻抗cbaccbcacbcbbabacabaacbaIII ZZZZZZZZZVVVabcabcZIV120120120sc-1VT ZTIZ Isc-1ZT ZT稱為序阻抗矩陣稱為序阻抗矩陣 當(dāng)元件參數(shù)完全對稱時當(dāng)元件參數(shù)完全對稱時二、序阻抗的概念二、序阻抗的概念mcabcabsccbbaazzzzzzzz 0210000002000000ZZZZZZZZZZmsmsmssc120120IZVsc000222111aaaaaaIZVIZVIZV結(jié)論：在結(jié)論：在三相參數(shù)對稱的線性電路三相參數(shù)對稱的線性電路中，各序?qū)ΨQ分量具有獨中，各序?qū)ΨQ分量具有獨立性，因此，可以對正序

5、、負序、零序分量分別進行計算。立性，因此，可以對正序、負序、零序分量分別進行計算。二、序阻抗的概念二、序阻抗的概念 序阻抗：元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降序阻抗：元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件的同一序電流的比值。與通過該元件的同一序電流的比值。000222111/aaaaaaIVZIVZIVZ正序阻抗正序阻抗負序阻抗負序阻抗零序阻抗零序阻抗三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用 一臺發(fā)電機接于空載線路，發(fā)電機中性點經(jīng)阻抗一臺發(fā)電機接于空載線路，發(fā)電機中性點經(jīng)阻抗Z Zn n接地。接地。 a a相發(fā)生單相接地相發(fā)生單相接地

6、000000ccbbaaIVIVIV 三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用 a a相接地的模擬相接地的模擬000000ccbbaaIVIVIV 三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用將不對稱部分用三序分量表示將不對稱部分用三序分量表示應(yīng)用疊加原理進行分解應(yīng)用疊加原理進行分解三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用正序網(wǎng)正序網(wǎng)11121111)()(anaaaLGaaVZIaIaIZZIE1111)(aLGaaVZZIE01121111aaacbaIIIIII三、對稱分量法在不對稱短

7、路計算中的應(yīng)用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用負序網(wǎng)負序網(wǎng)21222)(0aGaVZZI三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用零序網(wǎng)零序網(wǎng)000003)(0anaLGaVZIZZI0000)3(0anLGaVZZZI00003acbaIIII1111)(aLGaaVZZIE21222)(0aGaVZZI0000)3(0anLGaVZZZI00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE8.2 8.2 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò) 靜止元件靜止元件：正序阻抗等于負序阻抗，不等于零序：正序阻抗等于負序阻抗，不等于零序阻抗。如：變壓器、輸電線路等

8、。阻抗。如：變壓器、輸電線路等。 旋轉(zhuǎn)元件旋轉(zhuǎn)元件：各序阻抗均不相同。如：發(fā)電機、電：各序阻抗均不相同。如：發(fā)電機、電動機等元件。動機等元件。一、同步發(fā)電機的負序和零序電抗一、同步發(fā)電機的負序和零序電抗1 同步發(fā)電機的負序電抗同步發(fā)電機的負序電抗 負序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)負序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，因而在不同的方向相反，因而在不同的位置會遇到不同的磁阻位置會遇到不同的磁阻（因轉(zhuǎn)子不是任意對稱（因轉(zhuǎn)子不是任意對稱的），負序電抗會發(fā)生周的），負序電抗會發(fā)生周期性變化。期性變化。 有阻尼繞組發(fā)電機有阻尼繞組發(fā)電機 無阻尼繞組發(fā)電機無阻尼繞組發(fā)電機qdXX qdXX 1 1 同步發(fā)電機的負序電抗同步

9、發(fā)電機的負序電抗 實用計算中發(fā)電機負序電抗計算實用計算中發(fā)電機負序電抗計算 有阻尼繞組有阻尼繞組 無阻尼繞組無阻尼繞組 發(fā)電機負序電抗近似估算值發(fā)電機負序電抗近似估算值有阻尼繞組有阻尼繞組 無阻尼繞組無阻尼繞組 無確切數(shù)值，可取典型值無確切數(shù)值，可取典型值 )(212qdXXX qdXXX2dXX 22. 12dXX 45. 12電機類型電抗水輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機調(diào)相機和大型同步電動機有阻尼繞組無阻尼繞組0.150.350.320.550.1340.180.240.040.1250.040.1250.0360.080.080X2X2.2.同步發(fā)電機的零序電抗同步發(fā)電機的零序電抗 三相零序電流在氣

10、隙中產(chǎn)生的合成磁勢為零，因三相零序電流在氣隙中產(chǎn)生的合成磁勢為零，因此其零序電抗僅由定子線圈的漏磁通確定。此其零序電抗僅由定子線圈的漏磁通確定。 同步發(fā)電機零序電抗在數(shù)值上相差很大（繞組結(jié)同步發(fā)電機零序電抗在數(shù)值上相差很大（繞組結(jié)構(gòu)形式不同）：構(gòu)形式不同）： 零序電抗零序電抗典型值典型值dXX )6 . 015. 0(0二、異步電動機和綜合負荷的序阻抗二、異步電動機和綜合負荷的序阻抗 異步電機和綜合負荷的正序阻抗：異步電機和綜合負荷的正序阻抗： X(1)=Xst 近似計算時近似計算時X(2)X(1) Z1=0.8+j0.6或或X1=1.2； 異步電機負序阻抗：異步電機負序阻抗：X2=0.2；

11、綜合負荷負序阻抗：綜合負荷負序阻抗：X2=0.35； 異步電機和綜合負荷的零序電抗：異步電機和綜合負荷的零序電抗：X0=。三、變壓器的零序電抗及其等值電路三、變壓器的零序電抗及其等值電路普通變壓器的零序電抗及其等值電路普通變壓器的零序電抗及其等值電路正序、負序和零序等值電路結(jié)構(gòu)相同。正序、負序和零序等值電路結(jié)構(gòu)相同。1 .1 .普通變壓器的零序阻抗及其等值電路普通變壓器的零序阻抗及其等值電路漏磁通的路徑與所通電流的序別無關(guān)，因此變壓漏磁通的路徑與所通電流的序別無關(guān)，因此變壓器的器的各序等值漏抗相等各序等值漏抗相等。勵磁電抗取決于主磁通路徑，正序與負序電流的勵磁電抗取決于主磁通路徑，正序與負序電

12、流的主磁通路徑相同，主磁通路徑相同，負序勵磁電抗與正序勵磁電抗負序勵磁電抗與正序勵磁電抗相等相等。因此，。因此，變壓器的正、負序等值電路參數(shù)完變壓器的正、負序等值電路參數(shù)完全相同。全相同。 變壓器的零序勵磁電抗與變壓器的變壓器的零序勵磁電抗與變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)鐵芯結(jié)構(gòu)相關(guān)。相關(guān)。三臺單相變壓器零序勵磁電抗等三臺單相變壓器零序勵磁電抗等于正序勵磁電抗于正序勵磁電抗三相五柱式：零序勵磁電抗等于三相五柱式：零序勵磁電抗等于正序勵磁電抗正序勵磁電抗三相三柱式：零序勵磁電三相三柱式：零序勵磁電抗比正序勵磁電抗小得多：抗比正序勵磁電抗小得多：X Xm0m0=0.3=0.3 1.01.02.2.變壓器的零序等

13、值電路與外電路的連接變壓器的零序等值電路與外電路的連接基本原理基本原理 a) a) 變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接取決變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接取決于于零序電流的流通路徑零序電流的流通路徑，因此，與變壓器三相繞，因此，與變壓器三相繞組聯(lián)結(jié)形式及中性點是否接地有關(guān)。組聯(lián)結(jié)形式及中性點是否接地有關(guān)。 b)b)不對稱短路時，零序電壓施加于不對稱短路時，零序電壓施加于相線與大地相線與大地之間。之間?？紤]三個方面：考慮三個方面：（1 1）當(dāng)外電路向變壓器某側(cè)施加零序電壓時，如果能在該側(cè)）當(dāng)外電路向變壓器某側(cè)施加零序電壓時，如果能在該側(cè)產(chǎn)生零序電流，則等值電路中該側(cè)繞組端點與外電路接通；產(chǎn)生零序電

14、流，則等值電路中該側(cè)繞組端點與外電路接通；反之，則斷開。根據(jù)這個原則：反之，則斷開。根據(jù)這個原則：只有中性點接地的星形接法只有中性點接地的星形接法繞組才能與外電路接通。繞組才能與外電路接通。（2 2）當(dāng)變壓器繞組具有零序電勢（由另一側(cè)感應(yīng)過來）時，）當(dāng)變壓器繞組具有零序電勢（由另一側(cè)感應(yīng)過來）時，如果它能將零序電勢施加到外電路并能提供零序電流的通路，如果它能將零序電勢施加到外電路并能提供零序電流的通路，則等值電路中該側(cè)繞組端點與外電路接通，否則斷開。據(jù)此：則等值電路中該側(cè)繞組端點與外電路接通，否則斷開。據(jù)此：只有中性點接地星形接法繞組才能與外電路接通。只有中性點接地星形接法繞組才能與外電路接通

15、。（3 3）三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到）三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路中，但能在三相繞組中形成環(huán)流。因此，外電路中，但能在三相繞組中形成環(huán)流。因此，在等值電路在等值電路中該側(cè)繞組端點接零序等值中性點。中該側(cè)繞組端點接零序等值中性點。Y Y0 0/接法三角形側(cè)的零序環(huán)流接法三角形側(cè)的零序環(huán)流 變壓器繞組接法變壓器繞組接法開關(guān)位置開關(guān)位置繞組端點與外電路的連接繞組端點與外電路的連接Y Y1 1與外電路斷開與外電路斷開Y Y0 02 2與外電路接通與外電路接通3 3與外電路斷開，但與勵磁支路并聯(lián)與外電路斷開，但與勵磁支路并聯(lián)變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)

16、接變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接 3.3.中性點有接地電阻時變壓器的零序等值電路中性點有接地電阻時變壓器的零序等值電路變壓器中性點經(jīng)電抗接地時的零序等值電路變壓器中性點經(jīng)電抗接地時的零序等值電路 4.4.自耦變壓器的零序阻抗及其等值電路自耦變壓器的零序阻抗及其等值電路 中性點直接接地的自耦變壓器中性點直接接地的自耦變壓器中性點經(jīng)電抗接地的自耦變壓器中性點經(jīng)電抗接地的自耦變壓器12IIIIII1212IIII12II3) 1(3)1 (3kXXXkkXXXkXXXnnn四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 零序電流必須借助大地及架空地線構(gòu)成通路零序電流必須借助大

17、地及架空地線構(gòu)成通路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 零序阻抗比正序阻抗大零序阻抗比正序阻抗大（1）回路中包含了大地電阻）回路中包含了大地電阻（2）自感磁通和互感磁通是助增的）自感磁通和互感磁通是助增的四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 平行架設(shè)雙回線零序等值電路平行架設(shè)雙回線零序等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 有架空地線的情況：零序阻抗有所減小。有架空地線的情況：零序阻抗有所減小。四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路實用計算中一相等值零序電抗實用

18、計算中一相等值零序電抗10101010101037 . 45 . 5235 . 3xxxxxxxxxxxx無架空地線的單回線路無架空地線的單回線路有鋼質(zhì)架空地線的雙回線路有鋼質(zhì)架空地線的雙回線路有鋼質(zhì)架空地線的單回線路有鋼質(zhì)架空地線的單回線路有良導(dǎo)體架空地線的單回線路有良導(dǎo)體架空地線的單回線路無架空地線的雙回線路無架空地線的雙回線路有良導(dǎo)體架空地線的雙回線路有良導(dǎo)體架空地線的雙回線路五、電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)五、電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)等值電路的繪制原則等值電路的繪制原則 根據(jù)電力系統(tǒng)的原始資料，在故障點分別根據(jù)電力系統(tǒng)的原始資料，在故障點分別施加各序電勢，從故障點開始，查明各序施加各序電勢，從故障點開始，

19、查明各序電流的流通情況，凡是某序電流能流通的電流的流通情況，凡是某序電流能流通的元件，必須包含在該序網(wǎng)絡(luò)中，并用相應(yīng)元件，必須包含在該序網(wǎng)絡(luò)中，并用相應(yīng)的序參數(shù)及等值電路表示。的序參數(shù)及等值電路表示。正序網(wǎng)絡(luò)正序網(wǎng)絡(luò)負序網(wǎng)絡(luò)負序網(wǎng)絡(luò)正序網(wǎng)絡(luò)正序網(wǎng)絡(luò)零序網(wǎng)絡(luò)：零序網(wǎng)絡(luò)：必須首先確定零序電流的流通路徑。必須首先確定零序電流的流通路徑。0aV 零序網(wǎng)絡(luò)零序網(wǎng)絡(luò)例例8-18-10aV8.3 8.3 簡單不對稱短路的分析計算簡單不對稱短路的分析計算 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元件只用電抗表示時，不對稱短路的當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元件只用電抗表示時，不對稱短路的序網(wǎng)絡(luò)方程序網(wǎng)絡(luò)方程00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE000

20、222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE該方程組有三個方程，但有六個該方程組有三個方程，但有六個未知數(shù)，必須根據(jù)邊界條件列出未知數(shù)，必須根據(jù)邊界條件列出另外三個方程才能求解。另外三個方程才能求解。一、單相接地短路一、單相接地短路000cbaIIV00002210212021aaaaaaaaaIIaIaIIaIaVVV0210210aaaaaaIIIVVV000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE)(0211XXXjEIa100122102111102)(aaaaaaaaaaIjXVIjXVIXXjIjXEVIII0210210aaaaaaIIIVVV 000222111

21、aaaaaaVIjXVIjXVIjXE單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng)單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng))(0211XXXjEIa100122102111102)(aaaaaaaaaaIjXVIjXVIXXjIjXEVIII單相接地的短路電流和短路點非故障相電壓單相接地的短路電流和短路點非故障相電壓1021)1(3aaaaafIIIIII 10020221100202123)2(23 3)2(23 aaaacaaaabIXjXXVVaVaVIXjXXVVaVaV 100122102111021102)()(aaaaaaaaaaIjXVIjXVIXXjIjXEVXXXjEIII1aI000222111aaaaaaVI

22、jXVIjXVIjXE二、兩相短路二、兩相短路cbcbaVVIII00022102120221021202100aaaaaaaaaaaaaaaVVaVaVVaVaIIaIaIIaIaIII2121000aaaaaVVIII)(211XXjEIa 000122221012aaaaaaaaVIjXIjXVVIII2121000aaaaaVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE兩相短路的復(fù)合序網(wǎng)兩相短路的復(fù)合序網(wǎng))(211XXjEIa 000122221012aaaaaaaaVIjXIjXVVIII兩相短路的短路電流兩相短路的短路電流1112021233)(abcaaaaa

23、bIjIIIjIaaIIaIaI1)2(3acbfIIII)(211XXjEIa12222112aaaaaaIjXIjXVVII兩相短路的電壓兩相短路的電壓aabcaaaaabaaaaaaVVVVVVVVaVaVIXjVVVVV212122110212121021)(211XXjEIa12222112aaaaaaIjXIjXVVII1aI三、兩相短路接地三、兩相短路接地000cbaIIV000cbaVVI0210210aaaaaaVVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE)/(0211XXXjEIa102020211022010202aaaaaaaaIXXXXjVVV

24、IXXXIIXXXI0210210aaaaaaIIIVVV兩相短路接地序網(wǎng)圖兩相短路接地序網(wǎng)圖0210210aaaaaaVVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE兩相短路接地故障相電流兩相短路接地故障相電流10202210202202211020221020220212)(2)2(33)(2)2(33aaaaacaaaaabIXXXXjX IXXXaXaIIaIaIIXXXXjX IXXaXXaIIaIaI120202)1 , 1()(13acbfIXXXXIII10202133aaaIXXXXjVV兩兩相相短短路路接接地地相相量量圖圖)/(0211XXXjEIa10

25、2020211022010202aaaaaaaaIXXXXjVVVIXXXIIXXXI1aI 四、正序等效定則四、正序等效定則正序分量的計算正序分量的計算)(0211XXXjEIa)(211XXjEIa)/(0211XXXjEIa)()(11naXXjEI 四、正序等效定則四、正序等效定則短路電流的計算短路電流的計算1)1(3afII1)2(3acbfIIII120202)1 , 1()(13acbfIXXXXIII)(1)()(nannfImI附加電抗和比例系數(shù)附加電抗和比例系數(shù)短路類型短路類型f f(n)(n)三相短路三相短路f f(3)(3)0 01 1兩相短路接地兩相短路接地f f(1

26、,1)(1,1)兩相短路兩相短路f f(2)(2)X X22單相接地短路單相接地短路f f(1)(1)X X22+ + X X003 3例例8-2 8-38-2 8-33)(nX)(nm0202XXXX20202)(13XXXX8.4 8.4 不對稱短路時網(wǎng)絡(luò)中電流電壓的計算不對稱短路時網(wǎng)絡(luò)中電流電壓的計算 電力系統(tǒng)設(shè)計運行中，除需要知道電力系統(tǒng)設(shè)計運行中，除需要知道故障點故障點的短路的短路電流和電壓外，有時還需要知道電流和電壓外，有時還需要知道網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)中某些中某些支路支路電流和電流和節(jié)點節(jié)點電壓。電壓。 基本思路：基本思路：先求出電流電壓的各序分量在網(wǎng)絡(luò)中先求出電流電壓的各序分量在網(wǎng)絡(luò)中的分

27、布，然后將相應(yīng)的各序分量進行合成求得各的分布，然后將相應(yīng)的各序分量進行合成求得各相電流和相電壓。相電流和相電壓。一、對稱分量經(jīng)變壓器后的相位變化一、對稱分量經(jīng)變壓器后的相位變化1.Y1.YY Y1212連接的變壓器連接的變壓器：不發(fā)生相位移動。：不發(fā)生相位移動。2.Y2.Y1111連接的變壓器連接的變壓器: :移相移相30300 02.Y2.Y1111連接的變壓器連接的變壓器2.Y2.Y1111連接的變壓器連接的變壓器0030223011jAajAaeVVeVV0030223011jAajAaeIIeII)()()(212302230122121302301221222130230121000000AAjAjAaacAAjAjAaabAAjAjAaaaIaIajeIaeIaIaIaIIIjeIaeIaIaIaIIaIajeIeIIII二、網(wǎng)絡(luò)中電流電壓二、網(wǎng)絡(luò)中電流