1、電力系統(tǒng)故障分類1.簡單故障：某一時刻，電力系統(tǒng)的一個地方發(fā)生故障。2.復(fù)合故障：某一時刻，電力系統(tǒng)兩個及以上地方發(fā)生故障。簡單故障分類1.短路故障（橫向故障）2.斷線故障（縱向故障）電力系統(tǒng)故障分類無限大容量電源（假想的理想電源）： 恒定電動勢源，內(nèi)阻抗為0三相短路（對稱）短路前穩(wěn)態(tài)sin()sin()amameEtiIt(8-1)222()()mmEIRRLL1()tanLLRRt=0時刻發(fā)生短路，左側(cè)電路a相微分方程sin()aamdiRiLEtdt/sin()akt TamkiItCe22()kmmEIRL1tanLRaLTR（8-2）解得a相短路電流周期分量強(qiáng)制分量穩(wěn)態(tài)電流非周期分量

2、自由分量衰減為0t=0時刻發(fā)生短路，由（8-1）得穩(wěn)態(tài)電流101101101sin()amiIt=0時刻發(fā)生短路，由（8-3）得短路電流0sin()kamkiIC電感中電流不能突變：1010aaii101101sin()sin()kmmCII（8-4）短路全電流/101101sin()sin()sin()akkt TammmiItIIe（8-5）三相短路電流表達(dá)式/101101101101/101101/sin()sin()sin()sin(120)sin(120)sin(120)sin(120)sin(120)sin(120)akkkakkakt Tammmbmmt Tmcmmt TmiIt

3、IIeiItIIeiItIIe（8-6）短路沖擊電流：短路電流最大瞬時值0.01/0.01/(1)aaTTimpmmmimpmiII eIeKI（8-8）沖擊系數(shù)取值12impK0,0,10,1aimpaimpLTKRTK 大容量(12MW以上)發(fā)電機(jī)供電母線短路，Kimp=1.9；其他地點短路，Kimp=1.8.短路電流的有效值22222211()TTttTTttttttIi dtiidtTT（8-10）短路電流的最大有效值222(1)12(1)22mmimpimpmimpIIIKIK（8-12）短路容量（短路功率）3tav tSU I*33av ttttntnnU IISIISU I（8-

4、13）（8-14）電力系統(tǒng)短路故障分析計算時的基本假設(shè)1. 不計發(fā)電機(jī)之間的搖擺現(xiàn)象。由故障引起的電磁暫態(tài)過程(零點幾秒)，要比引起發(fā)電機(jī)搖擺的機(jī)電暫態(tài)過程(幾秒)快的多。發(fā)電機(jī)之間搖擺時發(fā)電機(jī)電動勢相角增大發(fā)電機(jī)之間支路的電流增加短路支路的電流減少。假設(shè)所有發(fā)電機(jī)電動勢均同相，對短路支路所計算的電流數(shù)值是偏大的。2. 負(fù)荷用恒定阻抗表示。異步電動機(jī)占了各類負(fù)荷的很大比重，異步電動機(jī)的特性就代表了電力系統(tǒng)負(fù)荷的特性。異步電動機(jī)等值阻抗隨轉(zhuǎn)速而變化，為簡化用恒阻抗表示。在短路開始瞬間離短路點較近的異步電動機(jī)的機(jī)端電壓下降較多，可使異步電動機(jī)變成提供短路電流的電源，需另做處理。3. 不計發(fā)電機(jī)、變

5、壓器等元件的磁路飽和現(xiàn)象。認(rèn)為系統(tǒng)中各元件的參數(shù)都是線性的，是一個恒定數(shù)值，可以采用疊加原理分析計算。4. 短路電流中的倍頻分量略去不計，非周期分量僅作近似的計算。5. 多臺同步發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)，短路電流周期分量的變化規(guī)律，看作與一臺同步發(fā)電機(jī)短路電流周期分量的變化規(guī)律相同。6. 對稱三相系統(tǒng)。除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱外，實際電力系統(tǒng)通常當(dāng)做對稱的。7. 忽略高壓輸電線的電阻和電容，忽略變壓器的電阻和勵磁電流（三相三柱式變壓器的零序等值電路除外）。即發(fā)、輸、變、用電的元件均用電抗表示。若考慮所有發(fā)電機(jī)電勢都同相位，可避免復(fù)數(shù)運算。8. 不計過渡電阻的影響，認(rèn)為過渡電阻等于零。（過渡電阻：當(dāng)

6、系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，通常在故障相間或故障相與地之間存在著電弧電阻或接觸電阻等。）略去過渡電阻，稱作金屬性短路故障。三相短路故障的簡化計算有兩種手段：1.實用計算（“手算”）：計算短路瞬間(t=0)短路電流周期分量的有效值，一般稱為起始次暫態(tài)電流(I”)以及沖擊電流(iimp)校驗斷路器的開斷容量和繼電保護(hù)的整定計算;考慮周期分量衰減時，在三相短路的暫態(tài)過程中不同時刻短路電流周期分量有效值的計算運算曲線法電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗。2. 計算機(jī)計算：建立數(shù)學(xué)模型，尋找結(jié)算方法，編寫程序，求得故障電流。實用計算法：一、起始次暫態(tài)電流(I”)的計算定義：電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路瞬間(t=0)，短路電流周期分量

7、的有效值，是由次暫態(tài)電動勢和次暫態(tài)電抗確定的次暫態(tài)電流。次暫態(tài)電流計算步驟Step1. 確定系統(tǒng)各元件的次暫態(tài)參數(shù)(1) 同步發(fā)電機(jī)。突然短路瞬間，同步發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)電動勢保持短路前瞬間的數(shù)值( )。0101EE根據(jù)向量圖得0101101101EEUjX I（8-15）近似為標(biāo)量形式0101101101101sinEEUX I（8-16）實用計算中，汽輪機(jī)有阻尼繞組的凸極發(fā)電機(jī)，次暫態(tài)電抗dXX101101101:1,1,sin0.53,0.13 0.20ifUIX01(0.13 0.20) 1 0.531.07 1.11E 不確定運行參數(shù)前，可近似取不計負(fù)載，可近似取01E 01.08E(2

8、) 異步電動機(jī)電力系統(tǒng)負(fù)荷中，異步電動機(jī)所占比重很大。正常運行情況下，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小(s=2%5%)，可近似當(dāng)做同步速運行。根據(jù)短路瞬間轉(zhuǎn)子繞組磁鏈?zhǔn)睾愕脑瓌t，異步電動機(jī)也可以用與轉(zhuǎn)子繞組的總磁鏈成正比的次暫態(tài)電動勢以及相應(yīng)的次暫態(tài)電抗來代表。次暫態(tài)電抗的額定標(biāo)幺值1/stXI（8-17）Ist：異步電動機(jī)啟動電流標(biāo)幺值，47，X”=0.2。次暫態(tài)電動勢0101101101EEUjX I（8-18）近似標(biāo)量表示0101101101101sinEEUX I（8-19）正常運行時：異步電動機(jī)的次暫態(tài)電動勢低于端電壓；發(fā)生短路時：系統(tǒng)電壓普遍降低，短路點附近的大容量電動機(jī)的端電壓(俗稱殘壓)

9、，低于次暫態(tài)電動勢時，電動機(jī)作為電源向系統(tǒng)提供較大短路電流。短路時，異步電動機(jī)次暫態(tài)電動勢很快衰減為零，僅在計算起始次暫態(tài)電流，并且機(jī)端殘壓小于次暫態(tài)電動勢時，視作電源。大多數(shù)情況作為綜合負(fù)荷。當(dāng)視作電源時，可近似取00.9,0.2EX綜合負(fù)荷其參數(shù)由地區(qū)用戶的典型成分及配電網(wǎng)典型線路的平均參數(shù)確定。以額定運行參數(shù)為基準(zhǔn)，可取00.8,0.35EX距離短路點較遠(yuǎn)(電氣距離較大)的負(fù)荷，只用電抗X”=1.2表示；距離短路點很遠(yuǎn)(電氣距離很大)的負(fù)荷，可略去不計。(4) 變壓器、電抗器和線路屬于靜止元件，次暫態(tài)電抗等于穩(wěn)態(tài)的正序電抗。Step2. 作系統(tǒng)的等值電路三相短路實用計算，通常采用標(biāo)幺制計

10、算。等值電路中的參數(shù)，一般采用近似計算方法。若選取了Sn和Un=Uav，注意發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的參數(shù)換算（已知標(biāo)幺值是以其自身額定容量為基準(zhǔn)）故障點電壓為零，等值電路中故障點相當(dāng)于接地。Step3. 網(wǎng)絡(luò)變換及化簡將原始等值電路經(jīng)過變換和化簡，求得電源到短路點的轉(zhuǎn)移電抗，再計算短路電流。(1) 網(wǎng)絡(luò)的等值變換變換原則：網(wǎng)絡(luò)未被變換部分的狀態(tài)(電壓和電流分布)應(yīng)保持不變。1) Y-變換。Y-121212323232313131312X XXXXXX XXXXXX XXXXX（8-20）-Y213111223311231212233131233122331X XXXXXX XXXXXX XXXXX（8-

11、21）2) 電源的合并多電源并列接在同一母線上時(圖8-8a)，可以等效變換為圖8-8b。等值電動勢和等值電抗推導(dǎo)因為121212121212121212111()11111111nnnnnnnnnEUEUEUEUjXjXjXjXEUEEEUjXjXjXjXjXjXjXEEEUjXjXjXEUjXjXjXjXjXjXjX所以1212nnEEEEjXjXjXjX121211/nXXXX（8-22）（8-23）(2) 網(wǎng)絡(luò)的簡化1) 分裂電動勢源：將連在一個電源點上的各支路拆開，分開后各支路分別連接在電動勢相等的電源點上。2) 分裂短路點：將接于短路點的各支路在短路點處拆開，拆開后的各支路仍帶有原

12、來的短路點。(3)轉(zhuǎn)移電抗定義：網(wǎng)絡(luò)中某一電源和短路點之間直接相連的電抗。兩電源直接相連的電抗，因其不影響短路電流的大小故常常不畫出。問題：寫出如下電抗的表達(dá)式1. X8，X9，X102. X11，X12，X133. X1k，X2k寫出電源合并后的等值電動勢和等值電抗。計算起始次暫態(tài)電流(I”)將電力系統(tǒng)三相短路故障后的等值電路，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換化簡后，即可得到只含有發(fā)電機(jī)電源節(jié)點和短路點的放射形網(wǎng)絡(luò)。各電源點對短路點的起始次暫態(tài)電流為iiikEIX（8-24）總的起始次暫態(tài)電流121212nnkknkEEEIIIIXXX（8-25）等效支路的起始次暫態(tài)電流EIX （8-26）二、沖擊電流(iimp

13、 )的計算短路電流的最大瞬時值對于有限容量電源系統(tǒng)，沖擊電流數(shù)值一般略小于式(8-8)的計算結(jié)果。在實用計算時，按式(8-8)計算。0.01/0.01/(1)aaTTimpmmmimpmiII eIeKI短路點附近有大容量異步電動機(jī)時，沖擊電流為22impimpimpLDLDiKIKI（8-27）同步發(fā)電機(jī)提供的沖擊電流+負(fù)荷提供的沖擊電流沖擊系數(shù)取值：同步發(fā)電機(jī)12 (1.8)impimpKK1impLDK1.31.5impLDK1.51.7impLDK1.7 1.8impLDK負(fù)荷：小容量電動機(jī)和綜合負(fù)荷200500kW的異步電動機(jī)5001000kW的異步電動機(jī)1000kW以上的異步電動機(jī)

14、特殊情況：1.當(dāng)計算某一發(fā)電廠（或變電所）內(nèi)的短路電流時，若缺少整個電力系統(tǒng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可以將整個電力系統(tǒng)（排除短路電廠或變電所）或它的一部分視作由無限大功率電源供電的網(wǎng)絡(luò)。例圖8-14將母線c右側(cè)當(dāng)做無限大功率電源。若該部分系統(tǒng)提供的短路電流Is(或短路功率Ss)已知，則電抗*=BBsssISXIS（8-28）2.若上述電流值未知，可以從該部分連接的變電所裝設(shè)的斷路器的切斷容量得到極限利用，進(jìn)行近似推算。目的：計算三相短路后任一時刻短路電流周期分量曲線制作根據(jù)：圖8-19(a) 系統(tǒng)圖計算條件：三相短路前，發(fā)電機(jī)以額定電壓滿載運行；高壓母線負(fù)荷LD為發(fā)電機(jī)額定容量的一半，cos=0.9(滯后

15、)；其余的一半負(fù)荷在短路點k以外；同步發(fā)電機(jī)參數(shù)選擇有代表性的典型參數(shù)。計算k點短路電流的等值電路：圖8-19(b)負(fù)荷LD用恒定阻抗ZL代替。以電流標(biāo)幺值I*為縱坐標(biāo)，計算電抗Xjs(Xjs=Xd+XT+X1)為橫坐標(biāo)，以時間t為參數(shù)繪制短路電流曲線簇，即運算曲線。根據(jù)8-19(b)，針對不同X1的值（表示短路點遠(yuǎn)近），分別就算不同時刻短路電流周期分量I附錄19，計及強(qiáng)行勵磁的影響，電機(jī)參數(shù)根據(jù)概率統(tǒng)計方法得到“標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)”，適用于不同容量發(fā)電機(jī)的三相短路電流計算。應(yīng)用圖8-19(c)的等值電路計算Xjs，略去負(fù)荷。運算曲線只做到Xjs=3.4為止，當(dāng)Xjs3時，短路電流周期分量中次暫態(tài)和暫態(tài)自由分量的初值已經(jīng)很小。任意時刻短路電流的周期分量值為運算曲線主要用來計算短路點及其鄰近支路的短路電流周期分量值jsXI1*運算曲線的應(yīng)用計算步驟1.制定等值電路(1) 選取基準(zhǔn)功率Sn和基準(zhǔn)電壓Un=Uav；(2) 發(fā)電機(jī)電抗取Xd，略去網(wǎng)絡(luò)各元件電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路；(3) 無限大容量電源的內(nèi)阻抗為零；(4) 略去電力系統(tǒng)中的負(fù)荷。2.網(wǎng)絡(luò)變換及化簡將網(wǎng)絡(luò)中的電源合并成若干組，例：共n組，每一組用一個等值發(fā)電機(jī)代表，無限大容量電源另成一組，一起進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換及化簡，求轉(zhuǎn)移電抗。3.計算電抗（按發(fā)電機(jī)容量歸算）