NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering電力系統(tǒng)故障分析（電磁暫態(tài)過程分析）（七）電力系統(tǒng)故障分析的主要內(nèi)容本部分內(nèi)容簡介介紹故障類型、產(chǎn)生原因及危害在電專業(yè)課中——電力系統(tǒng)故障分析三相短路電流分析與計(jì)算無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路過渡過程分析三相短路的實(shí)用計(jì)算方法同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算對稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路不對稱故障的分析與計(jì)算復(fù)故障的分析與計(jì)算對稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路不對稱故障的分析與計(jì)算一、短路的類型：大多數(shù)故障是短路故障短路是指：正常運(yùn)行情況以外的相與相或相與地之間的連接短路類型示意圖符號發(fā)生的機(jī)率三相短路d(3)5%二相短路d(2)10%二相接地短路d(1,1)20%單相接地短路d(1)65%對稱不對稱第一節(jié)概述第一章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識二、產(chǎn)生的原因絕緣被破壞過電壓、雷擊絕緣老化、污染設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)不當(dāng)，人為因素風(fēng)、雪、鳥、獸等三、產(chǎn)生的危害引起發(fā)熱：10~20倍額定電流，達(dá)幾萬甚至幾十萬安引起電動力效應(yīng)：傳導(dǎo)體變形甚至損壞—機(jī)械穩(wěn)定性引起網(wǎng)絡(luò)中電壓降落使穩(wěn)定性遭到破壞短路可能干擾通信系統(tǒng)三、措施限制短路電流（加電抗器）繼電保護(hù)快切結(jié)線方式設(shè)備選擇第二節(jié)無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路過渡過程分析一、暫態(tài)過程分析無限大電源——恒壓源（內(nèi)阻=0）短路不影響電源的U，f（Z=0，U=C，S=∞）實(shí)際內(nèi)阻<短路回路總阻抗10%，即無限個有限源組成RLR’L’UaRLR’L’UbRLR’L’Ucd(3)三相短路是對稱故障，可用一相分析短路前UZZ’URLR’L’id短路后一階常系數(shù)線性微分方程idz周期分量（強(qiáng)制分量）Idf非周期分量（自由分量）如何確定A（楞次定律）Idf非周期分量出現(xiàn)的物理原因是：電感中電流不能突變短路全電流二、產(chǎn)生最大短路全電流的條件穩(wěn)態(tài)分量—取決于短路后的電路暫態(tài)分量—和短路時刻、短路前運(yùn)行狀態(tài)及回 路阻抗有關(guān)要使短路全電流最大——使暫態(tài)分量最大（無載，一相過零）短路前電路為空載：Im=0電壓“合閘相角”α=0Φd=π/2，純電感電路三、短路沖擊電流ich和沖擊系數(shù)kchid的最大瞬時值——短路沖擊電流ich

出現(xiàn)在t=T/2時kch與R，X的大小有關(guān)：R=0時，kch=2；L=0時，kch=11≤kch≤2發(fā)電機(jī)母線時kch=1.9，ich=2.7Idz高壓電網(wǎng)時kch=1.8，ich=2.55Idzich用于校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的電動力穩(wěn)定性四、短路全電流最大有效值Ich

假設(shè)idf的數(shù)值在第一個周波內(nèi)是恒定不變的，t=T/2時值1≤kch≤2發(fā)電機(jī)母線時kch=1.9，Ich=1.62Idz高壓電網(wǎng)時kch=1.8，Ich=1.52Idz

不管求ich還是求Ich，只須求得Idz，而求Idz的關(guān)鍵是求由電源開始到短路點(diǎn)的總阻抗ZdΣ第三節(jié)短路回路總阻抗求取一、計(jì)算短路電流的基本假設(shè)1、以電網(wǎng)的平均電壓取代元件的額定電壓同一電壓級中各元件的額定電壓可能不一樣線路首端，升壓變壓器二次側(cè)高出10%線路末端，降壓變壓器一次側(cè)=UB發(fā)電機(jī)高出5%簡化計(jì)算——同一電壓級中各元件的額定電壓相同，數(shù)值上=平均電壓，Upj=(1.1UB+UB)/2=1.05UB2、高壓電網(wǎng)只計(jì)及電抗,當(dāng)RdΣ<XdΣ/3時,忽略RdΣ二、各元件統(tǒng)一基準(zhǔn)值電抗標(biāo)幺值計(jì)算在第二章中，將額定值下的標(biāo)幺值歸算到統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值在短路計(jì)算中，一般采用近似計(jì)算法，認(rèn)為額定電壓UN=平均電壓Upj

，基準(zhǔn)電壓Uj=Upj1、同步發(fā)電機(jī)2、變壓器3、線路4、電抗器

注意：沒讓UN=Uj是因?yàn)殡娍蛊饔袝r不按額定電壓使用三、具有變壓器的多電壓級網(wǎng)絡(luò)標(biāo)幺值等值電路的建立(近似法)1、發(fā)電機(jī)T1T2x4ⅠⅡⅢx2x3x5T3x6Ⅳx1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均電壓后簡化計(jì)算,無需考慮變壓器變比歸算取U4為基本級2、變壓器3、輸電線四、短路回路總電抗標(biāo)幺值XdΣ計(jì)算1、繪制計(jì)算電路圖用單相節(jié)線圖表示—計(jì)算電路圖標(biāo)明各元件額定參數(shù)各元件均按順序編號1234566.3KV37KV0.4Ω/km15km27.5MVAUk%=7.5215MVA6KV400AXR%=42、短路計(jì)算點(diǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行方式確定短路點(diǎn)按選擇電氣設(shè)備整定繼電保護(hù)高、低壓母線電氣設(shè)備接線端處運(yùn)行方式最大：選擇電氣設(shè)備最?。盒ｒ?yàn)繼電保護(hù)并列運(yùn)行處理電源按最大容量處理單列運(yùn)行處理3、繪制等值電路圖對應(yīng)每一個短路點(diǎn)作出一個等值電路圖任一短路點(diǎn)對應(yīng)等值電路中，只要求表示該點(diǎn)短路時，短路電流通過的元件電抗分子為順序號，分母為該元件的電抗標(biāo)幺值4、等值電路圖歸并與簡化串聯(lián)并聯(lián)ΔY利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性對稱性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)相同電源一樣電抗參數(shù)相等短路電流流向一致例：d1，d2發(fā)生短路時，計(jì)算短路回路的總電抗標(biāo)幺值第四節(jié)無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路電流計(jì)算一、基本概念那種故障短路電流最大中性點(diǎn)接地：三相或單相中性點(diǎn)不接地：三相短路電流計(jì)算值—次暫態(tài)短路電流：周期分量起始(t=0)的有效值用途：保護(hù)整定計(jì)算及校驗(yàn)斷路器的額定斷流容量—短路全電流的最大有效值用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和斷路器的額定斷流量—三相短路沖擊電流用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備的動穩(wěn)定—三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流體的熱穩(wěn)定性Idf經(jīng)0.2s衰減完畢,在無限大容量,二、有名制法適用于:1KV以下的低壓系統(tǒng)和電壓等級少、接線簡單的高壓系統(tǒng)

短路點(diǎn)所在電壓級作為基本級

各元件的阻抗用變壓器的近似變比歸算到基本級，求出電源至短路點(diǎn)的總阻抗ZΣ

計(jì)及電阻時不計(jì)電阻

計(jì)算沖擊電流、最大有效值、斷路器的短路容量kch=1.8時，Ich=1.52Idzkch=1.8時，ich=2.55Idz三、標(biāo)幺值法適用于:多電壓等級、接線復(fù)雜的高壓系統(tǒng)取基準(zhǔn)值Sj，Upj

計(jì)算短路電流周期分量標(biāo)幺值

計(jì)算三相短路容量的標(biāo)幺值

計(jì)算有名值四、例題

如圖所示電路發(fā)生三相短路，試分別用有名制法和標(biāo)幺制法計(jì)算Idz、ich、Ich和Sd（Kch=1.8）解：①有名制法：取10.5KV電壓級為基本級3115KV1X=02S=∞100km0.4Ω/km220MVAUk%=10.510.5KVd(3)d(3)Upj=10.5KV等值電路②標(biāo)幺制法：取Sj=100MVA,Uj=Upjd(3)U*=1等值電路回路總阻抗周期分量有效值沖擊電流全電流最大有效值短路容量回路總阻抗標(biāo)幺值周期分量有效值沖擊電流全電流最大有效值短路容量標(biāo)幺值有名值第二章電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算

由于多電源復(fù)雜系統(tǒng)中，不能將所有電源均視為無限大功率電源，精確計(jì)算出三相短路電流比較困難，故工程上采用一些簡化計(jì)算。發(fā)電機(jī)參數(shù)用次暫態(tài)參數(shù)表示忽略較小的負(fù)荷忽略線路對地電容和變壓器的勵磁支路變壓器的變比用平均電壓之比

短路電流的計(jì)算主要是求短路電流周期分量的起始值，即次暫態(tài)電流計(jì)算方法主要有等值法疊加原理法運(yùn)算曲線法轉(zhuǎn)移阻抗法高壓電網(wǎng)忽略電阻的影響第一節(jié)交流電流初始值計(jì)算一、簡單系統(tǒng)計(jì)算—等值法計(jì)算故障前正常運(yùn)行時的潮流分布。首先求得各發(fā)電機(jī)（包括短路點(diǎn)附近得大型電動機(jī)）的端電壓和定子電流，然后計(jì)算它們的次暫態(tài)電動勢。進(jìn)一部簡化計(jì)算時可認(rèn)為：以短路點(diǎn)為中心，將網(wǎng)絡(luò)化簡為用等值電動勢和等值電抗表示的等值電路，由此求出起始暫態(tài)電流。二、多電源系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算—疊加原理法GM（a）j0.2j0.1j0.2k(b)j0.2j0.1j0.2k(c)j0.2j0.1j0.2k(d)

圖(a)所示系統(tǒng)K點(diǎn)發(fā)生短路時，短路點(diǎn)電壓為零，可等值為圖(b)。利用疊加原理可將圖(b)分解為：正常運(yùn)行等值電路(c)＋故障分量等值電路(d)，分別求解可得最終結(jié)果。由正常運(yùn)行等值電路(c)，求出網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的正常電壓和各支路的正常電流，如：利用疊加原理的解題步驟：由故障分量等值電路(d)，求出網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)電壓變化量和各支路電流的變化量，如：將正常和故障分量相疊加，可得故障后各節(jié)點(diǎn)電壓和各支路電流，如：例題P72例3－2習(xí)題1第二節(jié)應(yīng)用運(yùn)算曲線求任意時刻短路點(diǎn)的短路電流一、運(yùn)算曲線的制定

由于計(jì)算任意時刻的短路電流，涉及到不同時段的時間常數(shù)和電抗值及指數(shù)運(yùn)算，因此工程上一般采用運(yùn)算曲線來計(jì)算。發(fā)電機(jī)計(jì)算電抗：（注意：發(fā)電機(jī)額定值下的標(biāo)么值）

改變XL的值，得到不同的I*(t),對于不同的時刻t，以計(jì)算電抗Xjs為橫坐標(biāo)，I*為縱坐標(biāo)，所得的點(diǎn)連成運(yùn)算曲線。

不同的發(fā)電機(jī)參數(shù)不同,運(yùn)算曲線是不同的(見附錄C,P247)二、應(yīng)用運(yùn)算曲線計(jì)算短路電流的方法1、計(jì)算步驟網(wǎng)絡(luò)化簡，得到各電源對短路點(diǎn)得轉(zhuǎn)移阻抗Xif。將各電源對短路點(diǎn)得轉(zhuǎn)移阻抗Xif歸算到各發(fā)電機(jī)額定參數(shù)下得計(jì)算電抗Xjsi。Xjsi＝Xif×SNi/SB查曲線，得到以發(fā)電機(jī)額定功率為基準(zhǔn)值得各電源送至短路點(diǎn)電流得標(biāo)么值求得各電流得有名值之和，即為短路點(diǎn)得短路電流。2、計(jì)算的簡化把短路電流變化規(guī)律大體相同的發(fā)電機(jī)合并成等值機(jī)。一般將接在同一母線（非短路點(diǎn)）上的發(fā)電機(jī)合并。例題P80例3－4第三節(jié)轉(zhuǎn)移阻抗及其求法轉(zhuǎn)移阻抗Zif的定義：任一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化簡消去了除電源電勢和短路點(diǎn)以外的所有中間節(jié)點(diǎn)，最后得到的各電源與短路點(diǎn)之間的直接聯(lián)系阻抗為轉(zhuǎn)移阻抗。轉(zhuǎn)移阻抗Zif的物理意義：除Ei外，其余電動勢均為零（短路接地），則Ei與此時f點(diǎn)電流之比值即為電源i與短路點(diǎn)f之間的轉(zhuǎn)移阻抗。1、網(wǎng)絡(luò)化簡法

消去了除電源電勢和短路點(diǎn)以外的所有中間節(jié)點(diǎn)，最后得到的各電源與短路點(diǎn)之間的直接聯(lián)系阻抗為轉(zhuǎn)移阻抗2、單位電流法對輻射形網(wǎng)絡(luò)，用該方法最好ba第四節(jié)計(jì)算機(jī)計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流交流分量初值的原理數(shù)學(xué)模型—網(wǎng)絡(luò)的線性代數(shù)方程（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方程）一、等值網(wǎng)絡(luò)二、用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的計(jì)算方法