鞠平主編ELECTRICPOWERENGINEERING電力工程第十章電力系統(tǒng)的對(duì)稱故障鞠平主編ELECTRICPOWERENGINEE第十章電力系統(tǒng)的對(duì)稱故障10.1電力系統(tǒng)故障概述10.2無窮大電源供電系統(tǒng)的三相短路10.3同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路第十章電力系統(tǒng)的對(duì)稱故障10.1電力系統(tǒng)故障概述10.10.1電力系統(tǒng)故障概述

電力系統(tǒng)故障是指電力系統(tǒng)發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變化，是一種大的擾動(dòng)。

故障類型：短路故障，斷線故障，復(fù)雜故障短路故障類型和統(tǒng)計(jì)結(jié)果短路類型示意圖符號(hào)比例(N/mm)三相短路3.1兩相短路0.5兩相接地短路7.8單相接地短路瞬時(shí)性：53.4永久性：35.210.1電力系統(tǒng)故障概述電力系統(tǒng)故障是指電力系統(tǒng)發(fā)10.1電力系統(tǒng)故障概述產(chǎn)生故障的主要原因：絕緣介質(zhì)損壞、自然因素（如雷擊造成短路）、人為因素（如操作后忘記取下接地線）。故障引起的后果：短路電流值大大增加，引起電網(wǎng)中電壓降低，使部分用戶的供電受到破壞引起不平衡系統(tǒng)，對(duì)通信等產(chǎn)生干擾可能引發(fā)系統(tǒng)性事故，造成大面積停電10.1電力系統(tǒng)故障概述產(chǎn)生故障的主要原因：絕緣介質(zhì)損壞、10.2

無窮大電源供電系統(tǒng)的三相短路10.2.1定性分析10.2.2沖擊電流和最大有效值電流10.2無窮大電源供電系統(tǒng)的三相短路10.2.1定性分析10.2.1

定性分析無窮大電源：一個(gè)“理想電源”，能夠維持電壓、頻率恒定，電源內(nèi)部阻抗為零。近似于無窮大電源的條件：電源功率很大，大于系統(tǒng)其他部分功率的10倍以上；電源的內(nèi)阻抗很小，小于系統(tǒng)其他部分阻抗的1/10以下；一般電源的穩(wěn)態(tài)特性可近似認(rèn)為是無窮大電源串聯(lián)一個(gè)內(nèi)阻抗。10.2.1定性分析無窮大電源：一個(gè)“理想電源”，能夠維持10.2.1

定性分析短路前，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)為電壓源的初始相角；為Z的阻抗角無窮大電源供電系統(tǒng)三相電路短路10.2.1定性分析無窮大電源供電系統(tǒng)三相電路短路10.2.1

定性分析假設(shè)在t=0（s）時(shí)發(fā)生三相短路短路點(diǎn)左則短路點(diǎn)右側(cè)對(duì)于左側(cè)電路：特解：通解：左側(cè)電路方程的解為：10.2.1定性分析假設(shè)在t=0（s）時(shí)發(fā)生三相短路10.2.1

定性分析根據(jù)；楞次定理，電感中電流不能突變則因此10.2.1定性分析根據(jù)；楞次定理，電感中電流不能突變10.2.1

定性分析b、c兩相電流為10.2.1定性分析b、c兩相電流為10.2.1

定性分析穩(wěn)態(tài)短路電流三相幅值恒定且相等，相位相差120°。直流分量最終衰減至零，三相不相等。直流分量為全電流的對(duì)稱軸。10.2.1定性分析穩(wěn)態(tài)短路電流三相幅值恒定且相等，相位相10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流沖擊電流：暫態(tài)過程中電流的最大瞬時(shí)值。

用于校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定度。最大有效值電流：暫態(tài)過程中電流有效值的最大值。用于校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定度。1、最大直流分量短路前有載時(shí)初始狀態(tài)電流相量圖10.2.2沖擊電流和最大有效值電流沖擊電流：暫態(tài)過程中電10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流當(dāng)系統(tǒng)滿足以下條件時(shí)，直流分量最大：，短路前空載；，短路瞬間的電壓初始相角滿足關(guān)系。此時(shí)，最大直流分量為短路前有載時(shí)初始狀態(tài)電流相量圖10.2.2沖擊電流和最大有效值電流短路前有載時(shí)初始狀態(tài)電10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流短路瞬時(shí)三相電流相量圖10.2.2沖擊電流和最大有效值電流短路瞬時(shí)三相電流相量圖10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流2、沖擊電流對(duì)于一般高壓電力線路，均滿足，故

當(dāng)時(shí)，電流為直流分量最大時(shí)短路電流波形圖10.2.2沖擊電流和最大有效值電流2、沖擊電流直流分量最10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流在近似半個(gè)周期處KM——沖擊系數(shù)，工程上一般取1.8或1.910.2.2沖擊電流和最大有效值電流在近似半個(gè)周期處10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流3、最大有效值電流一周期內(nèi)的電流有效值近似認(rèn)為在該周期不變，等于半個(gè)周期處的值。10.2.2沖擊電流和最大有效值電流3、最大有效值電流10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流例：系統(tǒng)中，比較電抗器左側(cè)、右側(cè)分別發(fā)生三相短路時(shí)的iM及IM，取KM=1.8。解：（1）左側(cè)發(fā)生三相短路時(shí)10.2.2沖擊電流和最大有效值電流例：系統(tǒng)中，比較電抗器10.2.2

沖擊電流和最大有效值電流右側(cè)發(fā)生三相短路時(shí)10.2.2沖擊電流和最大有效值電流10.3

同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路10.3.1定性分析10.3.2各分量的初瞬值10.3.3同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)10.3.5合成轉(zhuǎn)換10.3同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路10.3.1定性分析10.3.1

定性分析

同步發(fā)電機(jī)端口突然發(fā)生三相短路時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組中的電流分量：由轉(zhuǎn)子中直流分量產(chǎn)生，包括轉(zhuǎn)子中直流分量和定子中基頻分量，成為有源分量；由定子中直流分量產(chǎn)生，包括定子中直流分量、轉(zhuǎn)子中基頻分量以及定子中倍頻分量，稱為無源分量或自由分量，最終衰減為零。10.3.1定性分析同步發(fā)電機(jī)端口突然發(fā)生三相10.3.2

各分量的初瞬值1、中的直流分量三相短路，次暫態(tài)條件下的電壓方程10.3.2各分量的初瞬值1、中的直流分量10.3.2

各分量的初瞬值2、中的交流分量交流分量對(duì)應(yīng)于定子中三相對(duì)稱直流，滯后電壓90°，短路瞬間功角不突變。

總量不變，所以10.3.2各分量的初瞬值2、中的交流分量10.3.2

各分量的初瞬值因此同理，有10.3.2各分量的初瞬值因此10.3.3

各分量的終值短路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，，令勵(lì)磁不變10.3.3各分量的終值短路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)過程分兩個(gè)階段：次暫態(tài)階段，短路最初的毫秒級(jí)暫態(tài)過程，此階段，勵(lì)磁繞組f對(duì)應(yīng)的變量幾乎不變，近似的視為短路，暫態(tài)過程主要取決于阻尼繞組D、Q的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)。暫態(tài)階段，次暫態(tài)結(jié)束后的暫態(tài)過程，此階段，阻尼繞組D、Q的電流幾乎衰減為零，近似的認(rèn)為開路，暫態(tài)過程主要取決于勵(lì)磁繞組f的動(dòng)態(tài)時(shí)間。10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)同步發(fā)電機(jī)電磁暫態(tài)過程分兩個(gè)階10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)1、d軸直流分量的時(shí)間常數(shù)次暫態(tài)階段，直軸阻尼繞組的時(shí)間常數(shù)為暫態(tài)階段，勵(lì)磁繞組時(shí)間常數(shù)為d軸直流分量衰減時(shí)間常數(shù)等效電路10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)1、d軸直流分量的時(shí)間常數(shù)d軸10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)2、q軸直流分量的時(shí)間常數(shù)由交軸阻尼繞組決定3、定子直流分量的時(shí)間常數(shù)q軸直流分量衰減時(shí)間常數(shù)等效電路10.3.4各分量的時(shí)間常數(shù)2、q軸直流分量的時(shí)間常數(shù)q軸10.3.5合成轉(zhuǎn)換直軸直流分量變化10.3.5合成轉(zhuǎn)換直軸直流分量變化10.3.5合成轉(zhuǎn)換根據(jù)短路前穩(wěn)態(tài)電壓方程，忽略定子電阻時(shí)，有以時(shí)間常數(shù)從衰減倒零10.3.5合成轉(zhuǎn)換根據(jù)短路前穩(wěn)態(tài)電壓方程，忽略定子電阻時(shí)10.3.5合成轉(zhuǎn)換將直流分量和交流分量相加經(jīng)推