第六章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)

第六章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)第1頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三目錄第一節(jié)故障概述第二節(jié)標(biāo)么制第三節(jié)無(wú)限大功率電源供電的三相短路電流分析第2頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)故障概述故障一般指短路故障所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地(或中性線)之間的連接。在正常運(yùn)行時(shí)，除中性點(diǎn)外，相與相或相與地之間短路的基本類型第3頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對(duì)地絕緣被損壞。如：例如架空輸電線的絕緣子，電氣設(shè)備載流部分的絕緣材料在運(yùn)行中損壞，運(yùn)行人員在線路檢修后末拆除地線就加電壓等誤操作也會(huì)引起短路故障

電力系統(tǒng)的短路故障大多數(shù)發(fā)生在架空線路部分短路對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)備有很大的危害：1、短路電流值大大增加，短路點(diǎn)的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備，短路電流通過(guò)電氣設(shè)備中的導(dǎo)體時(shí)，其熱效應(yīng)會(huì)引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。2、導(dǎo)體也會(huì)受到很大的電動(dòng)力的沖擊，致使導(dǎo)體變形，甚至損壞。3、短路還會(huì)引起電網(wǎng)中電壓降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓下降得最多，結(jié)果可能使部分用戶的供電受到破壞。第4頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第5頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)停電5、不對(duì)稱接地短路所引起的不平衡電流產(chǎn)生不平衡磁通為了減少短路對(duì)電力系統(tǒng)的危害，可以采取限制短路電流的措施：如加電抗器。短路問(wèn)題是電力技術(shù)方面的基本問(wèn)題之一。掌握短路發(fā)生以后的物理過(guò)程以及計(jì)算短路時(shí)各種運(yùn)行參量(電流、電壓等)的計(jì)算方法是非常必要的橫向故障與縱向故障簡(jiǎn)單故障與復(fù)雜故障第6頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)標(biāo)么制一、標(biāo)么值二、基準(zhǔn)值的選取第7頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，必須取統(tǒng)一的基準(zhǔn)值若電抗X對(duì)應(yīng)不同的基準(zhǔn)值的標(biāo)么值分別為：第8頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第9頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)，也就是在各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個(gè)電壓等級(jí)后，在此基礎(chǔ)上選定統(tǒng)一的基準(zhǔn)值求各元件參數(shù)的標(biāo)么值的。下面分別介紹準(zhǔn)確計(jì)算法和一種近似計(jì)算法。短路電流計(jì)算一般采用近似計(jì)算法。第10頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(一)準(zhǔn)確計(jì)算法假設(shè)在圖1—2中己選定第1段作為基本段，其它各段的參數(shù)均向這一段歸算，然后選擇功率基準(zhǔn)值相電壓基淮值分別為SB和UB。各元件的電抗標(biāo)么值計(jì)算如下。第11頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第12頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第13頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(二)近似計(jì)算法上面介紹的準(zhǔn)確計(jì)算法是按變壓器實(shí)際變比計(jì)算的。在近似汁算中可不按實(shí)際變比，而假定變壓器的變比為各電壓等級(jí)的額定電壓的平均值之比，各段的電壓基準(zhǔn)值就是各自的平均額定電壓值，則發(fā)電機(jī)、變壓器的電抗標(biāo)么值就不需按電壓歸算了第14頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第15頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第16頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第17頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第18頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第19頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)無(wú)限大功率電源供電的三相短路電流分析本節(jié)將分析圖l—4所不的簡(jiǎn)單三相電路中發(fā)生突然對(duì)稱短路的暫態(tài)過(guò)程。在此電路中假設(shè)電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無(wú)限大功率電源。這個(gè)名稱從概念上是不難理解的：（1）電源功華為無(wú)限大時(shí)，外電路發(fā)生短路(—種擾動(dòng))引起的功率改變對(duì)于電源來(lái)說(shuō)是微不足道的，因而電源的電壓和頻率(對(duì)應(yīng)于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速)保持恒定；（2)無(wú)限大功率電源可以看作是由無(wú)限多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。第20頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三往往是以供電電源的內(nèi)阻抗于[短路回路總阻抗的相對(duì)大小來(lái)判斷電源能否作為無(wú)限大功率電源。若供電

電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗曲10%時(shí)，則可認(rèn)為供電電源為無(wú)限大功率電源。一、暫態(tài)過(guò)程分析對(duì)于圖1—4所不的三相電路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài),其a相的電流表達(dá)式為：第21頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)在f點(diǎn)突然發(fā)生三相短路時(shí),其a相的電流表達(dá)式：短路暫態(tài)過(guò)程的分析與計(jì)算就是針對(duì)左邊回路的。假定短路住t＝0s時(shí)發(fā)生，由于電路仍為對(duì)稱．可以只研究其中的一相．例如a相電流的瞬時(shí)值應(yīng)滿足如下微分方程：第22頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第23頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三討論：1、由上可見(jiàn)。短路至穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個(gè)幅值相等、相角相差1200的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。從短路發(fā)生至穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過(guò)程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理原因是電感中電流在突然短路瞬時(shí)的前后不能突變；很明顯。三相的直流電流是不相等的。第24頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三相短路電流波形由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時(shí)間軸對(duì)稱，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對(duì)稱軸。因此，當(dāng)已知—短路電流曲線時(shí)，可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來(lái)，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分第25頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、直流分量起始值越大．短路電流瞬時(shí)值越大。第26頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4、三相中直流電流起始值不可能同時(shí)最大或同時(shí)為零在任意—個(gè)初相角下?？傆幸幌?圖l-7中為a相、的直流電流起始值較大、而有一相較小(圖中為b相)。由于短路瞬時(shí)是任意的．因此必須考慮有一相(例如a相)的直流分量起始值為最大值。根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)短路發(fā)生任電感電路中、短路前為空載的情況下直流分組電流最大，若初始相角滿足α-φ=900，則一相(a相)短路電流的直流分量起始值的絕對(duì)值達(dá)到最大值．即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。第27頁(yè)，共30頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、短路沖擊電流和最大有效值電流

(一)短路沖擊電