電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre

電力系統(tǒng)故障分析的基本知識-PowerPointPre2023/12/27電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPreTransientAnalysis：暫態(tài)分析，瞬變、過渡、暫時物理特點：由一個狀態(tài)（初始狀態(tài)）變化到另一狀態(tài)（終止狀態(tài)）的過程分析，數(shù)學特點：用微分方程描述的過程分析。應用：電力系統(tǒng)設計、規(guī)劃、控制等；緒論(Introduction)

電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre第一章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識本章的主要內(nèi)容是簡單介紹電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因、故障的種類、故障的分類、故障的危害、短路計算的目的。介紹標幺制在故障分析中的應用。最后仔細討論無限大功率電源供電的三相短路電流分析。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre目錄第一節(jié)故障概述第二節(jié)標么制第三節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre第一節(jié)概述故障，事故，短路故障：正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。1．故障類型（電力系統(tǒng)故障分析中）名稱圖示符號⑴

三相短路

⑵二相短路

f（3）f：faultf（2）

電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre⑶單相短路接地⑷二相短路接地⑸一相斷線⑹二相斷線

f（1）

f（1，1）

電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。如：例如架空輸電線的絕緣子，電氣設備載流部分的絕緣材料在運行中損壞，運行人員在線路檢修后末拆除地線就加電壓等誤操作也會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電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設備有很大的危害：電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre1、短路電流值大大增加，短路點的電弧有可能燒壞電氣設備，短路電流通過電氣設備中的導體時，其熱效應會引起導體或其絕緣的損壞。2、導體也會受到很大的電動力的沖擊，致使導體變形，甚至損壞。3、短路還會引起電網(wǎng)中電壓降低，特別是靠近短路點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。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre4、破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)停電5、不對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。短路問題是電力技術方面的基本問題之一。掌握短路發(fā)生以后的物理過程以及計算短路時各種運行參量(電流、電壓等)的計算方法是非常必要的電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre分類：形式上又可稱為短路故障、斷線故障（非全相運行）（橫向與縱向）分析方法上：不對稱故障、對稱故障（f（3））計算方法上：并聯(lián)型故障、串聯(lián)性故障簡單故障：在電力系統(tǒng)中只發(fā)生一個故障。復雜故障：在電力系統(tǒng)中的不同地點（兩處以上）同時發(fā)生不對稱故障。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre第二節(jié)標幺制一、標幺值(P.U.)標幺值=有名值基準值二、基準值的選取基準值的選取有一定的隨意性，工程中一般選擇慣用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre三相電路中基準值的基本關系:穩(wěn)態(tài)分析：,

其中：SB：三相功率

UB：線電壓

IB：星形等值電路中的相電流ZB：單相阻抗短路分析中：ZB：單相阻抗---故障分析中的等值電路計算與穩(wěn)態(tài)分析相同

IB：星形等值電路中的相電流

UB：相電壓？電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre三、基準值改變時標幺值的換算進行電力系統(tǒng)計算時，必須取統(tǒng)一的基準值。若已知以設備本身額定值為基準值的標幺值X*(N)，求以系統(tǒng)基準值SB、UB為基準時的標幺值X*(B).例如：已知US%，STN，求在系統(tǒng)基準容量SB時的標幺值電抗？額定容量SN小，則電抗x*（B）大，小機組、小變壓器的電抗大；簡單網(wǎng)絡計算中，選取SB=STN（SN），可減少參數(shù)的計算量。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre四、變壓器聯(lián)系的不同電壓等級電網(wǎng)中各元件參數(shù)標么值的計算用標么值計算時，也就是在各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個電壓等級后，在此基礎上選定統(tǒng)一的基準值求各元件參數(shù)的標么值的。下面分別介紹準確計算法和一種近似計算法。短路電流計算一般采用近似計算法。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre(一)準確計算法~Ι?????10.5/121110/6.6假設在圖中己選定第1段作為基本段，其它各段的參數(shù)均向這一段歸算，然后選擇功率基準值相電壓基淮值分別為SB和UB1。其他各段的基準電壓分別為：UB2=UB1*121/10.5；UB3=UB2*6.6/110

作等值電路：jxG

jxT1

jxL

jxT2

jxR

電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre取基準電壓=額定電壓，可簡化計算變壓器電抗可由任一側(cè)計算

線路電抗就地處理更方便電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre即，準確計算法有3種，⑴阻抗歸算法；（阻抗按變壓器實際變比歸算，簡單網(wǎng)絡較方便）⑵就地處理法；（基準電壓按變壓器實際變比歸算，大網(wǎng)絡計算較方便）⑶在就地處理中，取定各段的基準電壓（不一定按變壓器實際變比作基準電壓歸算），則可出現(xiàn)1：k*的理想變壓器，然后再將1：k*變壓器用π形等值電路表示。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre（二）近似計算法平均額定電壓Uav=1.05UN,若取SB=100MVA，UB=Ua

5502301153710.56.3Uav50022011035106UN成為工程中慣用的基準值。假定變壓器的變比均為平均額定電壓的變比，且取各段基準電壓均為相應段的平均額定電壓，此時的參數(shù)計算稱為近似計算法，即有以下簡單計算：容量大，電抗小電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre習題1：一簡單電力系統(tǒng)接線如下圖所示，取SB=220MVA，UB（110）=115kV，試用精確法和近似法分別計算其等值電路。~GT1lT2240MW300MVA230km280MVA10.5kV10.5/242kVx=0.42Ω/km220/121kVcosφ=0.80Us%=14Us%=14電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPref、ω、t的基準值fB=fN=50Hz(f*=1)ωB=2ωfB=100π特點：當f=fN=50Hz時，可有x*=L*ψ*=I*x*E*=ψ*sinωt=sint*電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre第三節(jié)無限大功率電源供電的三相短路分析本節(jié)將分析圖所示的簡單三相電路中發(fā)生突然對稱短路的暫態(tài)過程。RLR’L’iaRLR’L’ibRLR’L’ic電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre在此電路中假設電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無限大功率電源。這個名稱從概念上是不難理解的：（1）電源功華為無限大時，外電路發(fā)生短路(—種擾動)引起的功率改變對于電源來說是微不足道的，因而電源的電壓和頻率(對應于同步電機的轉(zhuǎn)速)保持恒定；（2)無限大功率電源可以看作是由無限多個有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。往往是以供電電源的內(nèi)阻抗與短路回路總阻抗的相對大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。若供電

電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗曲10%時，則可認為供電電源為無限大功率電源。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre一、暫態(tài)過程分析對于前圖所示的三相電路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài),其a相的電流表達式為：當在f點突然發(fā)生三相短路時,其a相的電流表達式：短路暫態(tài)過程的分析與計算就是針對左邊回路的。假定短路住t＝0s時發(fā)生，由于電路仍為對稱．可以只研究其中的一相．例如a相電流的瞬時值應滿足如下微分方程：電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre其解=特解+齊次方程的通解根據(jù)三相線路的對稱性：電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre討論tiaipaipa0iaa0iaa1、由上圖及公式可見。短路至穩(wěn)態(tài)時，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個幅值相等、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的前后不能突變；很明顯。三相的直流電流是不相等的。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre2、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間軸對稱，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱軸。因此，當已知—短路電流曲線時，可以應用這個性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡線間的垂直線等分。3、直流分量起始值越大．短路電流瞬時值越大。4、三相中直流電流起始值不可能同時最大或同時為零電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre初始電流向量圖：αipa0

ua

ia|0|

空載下突然短路：αipa0

ua

電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論：當短路發(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值達到最大值．即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre二、短路沖擊電流和最大有效值電流

(一)短路沖擊電流

短路電流在前述最惡劣短路情況下的最大瞬時值，稱為短路沖擊電流tiiMT/2ia0ip0對于G、T、L：x>>R，φ≈900，最惡劣的情況為：Im|0|=0,α=0即空載運行，電壓過零瞬間電力系統(tǒng)故障分析的基本知識PowerPointPre