第5章電力系統(tǒng)橫向短路故障分析

1精選課件

教學(xué)目的：建立對(duì)稱分量法的概念理解并會(huì)應(yīng)用對(duì)稱分量法構(gòu)建電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò)掌握橫向不對(duì)稱故障的故障點(diǎn)電氣量的分析掌握橫向不對(duì)稱故障的保護(hù)安裝處電氣量的分析掌握橫向不對(duì)稱故障的特點(diǎn)掌握電壓和電流對(duì)稱分量經(jīng)變壓器后的相位變換關(guān)系2精選課件第一節(jié)對(duì)稱分量法

3精選課件1、對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行一般是對(duì)稱的，它的三相電路、各相電流、電壓對(duì)稱，只有正序分量。當(dāng)電力系統(tǒng)的某一點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，三相電路的對(duì)稱條件受到破壞，三相對(duì)稱電路也就成為不對(duì)稱的了。關(guān)鍵：故障點(diǎn)的不對(duì)稱是使原來(lái)的三相對(duì)稱電路變成不對(duì)稱的關(guān)鍵所在。在計(jì)算不對(duì)稱故障時(shí)，設(shè)法在一定條件下，把故障點(diǎn)的不對(duì)稱化為對(duì)稱的，使由故障破壞了對(duì)稱性的三相電路轉(zhuǎn)化成三相對(duì)稱電路，從而可以用單相電路進(jìn)行計(jì)算。那如何把故障點(diǎn)的不對(duì)稱轉(zhuǎn)化為對(duì)稱的呢？這就用到了對(duì)稱分量法。4精選課件2、合成:三組對(duì)稱的三相相量可以合成為一組不對(duì)稱的三相相量.3、分解：任一組不對(duì)稱的三相相量可分解為三組對(duì)稱的三相相量。5精選課件〔a〕正序分量〔b〕負(fù)序分量〔c〕零序分量序分量向量關(guān)系圖：6精選課件第二節(jié)不對(duì)稱短路各序網(wǎng)絡(luò)的建立7精選課件I、當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生單相〔a相〕接地短路時(shí)，由于F點(diǎn)三相對(duì)地阻抗不相等，導(dǎo)致三相電壓和三相對(duì)地電抗不相等。將三相阻抗不相等處用三相不對(duì)稱的理想電壓源代替。一、應(yīng)用對(duì)稱分量法分析不對(duì)稱短路8精選課件II、將F點(diǎn)三相不對(duì)稱的電壓源分解為三組電壓對(duì)稱的電壓源，即正序、負(fù)序、和零序電壓。III、應(yīng)用疊加原理分三次求解。9精選課件分析：正序網(wǎng)絡(luò)：各發(fā)電機(jī)電勢(shì)及短路點(diǎn)所加的電壓源都是三相對(duì)稱得正序電勢(shì)和電壓。而網(wǎng)絡(luò)各元件的阻抗也是三相對(duì)稱，所以網(wǎng)絡(luò)中各支路電流，各節(jié)點(diǎn)電壓必然是三相對(duì)稱的正序分量，不可能出現(xiàn)負(fù)序、零序分量。所以可以采用單相分析法〔以a相為例〕。等值電勢(shì)等于端口F的對(duì)地開(kāi)路電壓，亦即故障前F點(diǎn)的相電壓。從F點(diǎn)看進(jìn)去的等值阻抗。10精選課件負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)分別都是三相對(duì)稱，可以采用單相分析法，且均為單口無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，可用等值阻抗表示。各序網(wǎng)的電壓方程式分別是：方程中有短路點(diǎn)各序電流及各序電壓，共六個(gè)未知量，方程的求解還需要三個(gè)方程。可由故障類型的邊界條件而得。11精選課件例：G2G1G3T1T2T3L1L2L3Xn22139567811151281413正序網(wǎng)：Ｘ13Ｘ1Ｘ2Ｘ3Ｘ5Ｘ6Ｘ7Ｘ9Ｘ11Ｘ12Ｘ8Ｘ14Ｘ10E1E2E312精選課件負(fù)序網(wǎng)：零序網(wǎng)：Ｘ13Ｘ1Ｘ2Ｘ3Ｘ5Ｘ6Ｘ7Ｘ9Ｘ11Ｘ12Ｘ8Ｘ14Ｘ10E1E2E3ＸE1813精選課件二、正序網(wǎng)絡(luò)：與三相短路的等值線路相同，中性點(diǎn)接地阻抗和空載線路不計(jì)入。三、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)：與正序網(wǎng)根本相同。不同之處：發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)元件用負(fù)序電抗代替正序電抗；將電源點(diǎn)接地。四、零序網(wǎng)絡(luò)：從短路點(diǎn)開(kāi)始尋找零序電流通路，流得通的地方畫下來(lái)，流不通的地方去掉。14精選課件第三節(jié)

兩相短路故障分析15精選課件一、BC兩相直接短路以相量形式表示的邊界條件為以基準(zhǔn)相A相序分量表示的邊界條件為

16精選課件復(fù)合序網(wǎng)是正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)，零序網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路。17精選課件計(jì)算故障點(diǎn)短路電流、對(duì)地電壓各序分量為：

18精選課件故障支路的各相電流：

當(dāng)時(shí)：說(shuō)明,該處兩相短路電流是三相短路電流的倍

19精選課件故障點(diǎn)的各相電壓為:

說(shuō)明，兩故障相電壓大小相等，相位相同，數(shù)值上是非故障相電壓的一半，相位與非故障相電壓相反。

故障點(diǎn)電壓和電流之間的相量關(guān)系20精選課件保護(hù)安裝處電壓、電流相量關(guān)系21精選課件二、BC相經(jīng)過(guò)渡電阻短路過(guò)渡電阻：相間短路主要是弧光電阻；接地短路還有過(guò)渡物電阻。22精選課件復(fù)合序網(wǎng)：可得：其他電氣量就可以用對(duì)稱分量法合成。23精選課件非故障相中沒(méi)有故障分量，保持原有負(fù)荷電流。

四、保護(hù)安裝處電流突變量三、帶負(fù)荷電流時(shí)保護(hù)安裝處電流相電流突變量（故障分量）為24精選課件相電流差突變量為三個(gè)相電流差突變量都有較大值，且兩故障相的相電流差突變量數(shù)值最大。Note:單電源線路上兩相短路時(shí)，負(fù)荷側(cè)的相電流突變量，相電流差突變量都是0

。25精選課件第四節(jié)單相接地短路故障分析

26精選課件一、A相直接接地故障：以相量形式表示的邊界條件為以基準(zhǔn)相A相序分量表示的邊界條件為27精選課件A相單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng)是正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)。28精選課件故障點(diǎn)各序電流為故障點(diǎn)各序電壓分量為

29精選課件故障支路的電流

當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)即故障點(diǎn)單相接地短路電流大于三相短路電流，極限情況為則當(dāng)時(shí)即故障點(diǎn)單相接地短路電流小于三相短路電流，極限情況為為則30精選課件故障點(diǎn)處的電壓

取兩電壓的模值，經(jīng)變換可得

即單相接地短路時(shí)故障點(diǎn)非故障相電壓要降低；當(dāng)時(shí)，有

與間相角差為。

極限情況為31精選課件當(dāng)時(shí)，有

，即單相接地短路時(shí)故障點(diǎn)非故障相電壓要升高，極限情況是，

與間相角差為；當(dāng)時(shí)，有

，即單相接地短路時(shí)故障點(diǎn)非故障相電壓保持與原有值相同，與間相角差為32精選課件在不同時(shí)，單相接地短路時(shí)故障點(diǎn)非故障相電壓端點(diǎn)的變化軌跡

33精選課件故障點(diǎn)電壓和電流的相量關(guān)系上圖是在作出的，此時(shí)兩非故障相電壓夾角

。34精選課件保護(hù)安裝處電壓、電流相量關(guān)系

（a）電壓相量關(guān)系（b）電流相量關(guān)系（）（c）電流相量關(guān)系（）35精選課件二、A相經(jīng)過(guò)渡電阻的單相接地短路

（a）F點(diǎn)經(jīng)過(guò)渡電阻的A相接地短路（b）點(diǎn)的A相金屬性短路

36精選課件復(fù)合序網(wǎng)：得到：37精選課件三、帶負(fù)荷電流的保護(hù)安裝處電流可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，非故障相電流中，除負(fù)荷電流外還有故障分量電流。38精選課件四、保護(hù)安裝處電流突變量相電流突變量（故障分量）為：相電流差突變量為：兩非故障相電流差突變量是0。

39精選課件第五節(jié)兩相短路接地故障分析40精選課件BC兩相短路接地故障以相量形式表示的邊界條件為以基準(zhǔn)相A相序分量表示的邊界條件為41精選課件兩相接地短路的復(fù)合序網(wǎng)是正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)。42精選課件故障點(diǎn)各序電流為：流入地中的電流（3倍零序電流）為

43精選課件取模值，經(jīng)變換有

即兩相接地短路的短路電流大于三相短路電流。

當(dāng)時(shí)，，兩相接地短路的接地電流數(shù)值上達(dá)到同一點(diǎn)三相短路電流的3倍；兩故障相電流在數(shù)值上達(dá)到同一點(diǎn)三相短路電流的倍,，兩故障相電流的相位差為。44精選課件當(dāng)時(shí)，，即兩相接地短路的短路電流等于三相短路電流。兩相接地短路的接地電流數(shù)值上等于同一點(diǎn)三相短路電流；兩故障相電流在數(shù)值上也等于同一點(diǎn)三相短路電流，兩故障相電流的相角差為。45精選課件當(dāng)時(shí)，，即兩相接地短路的短路電流小于三相短路電流。

兩相接地短路的接地電流為0，兩故障相電流在數(shù)值上達(dá)到同一點(diǎn)三相短路電流的倍，兩故障相電流的相角差。46精選課件BC兩相接地短路、、軌跡相量圖

47精選課件故障點(diǎn)電壓

在時(shí)，當(dāng)時(shí)，，故障點(diǎn)非故障相電壓降低，，；當(dāng)時(shí)，，故障點(diǎn)非故障相電壓不變；當(dāng)時(shí)，，故障點(diǎn)非故障相電壓升高，，。故間變化時(shí)，非故障相電壓在之間變化

48精選課件故障點(diǎn)電壓、電流相量關(guān)系，此時(shí)兩非故障相電流夾角

。由于49精選課件保護(hù)安裝處的電壓、電流相量關(guān)系50精選課件（a）電流相量關(guān)系（）（b）電壓相量關(guān)系51精選課件由復(fù)合序網(wǎng)得到：（b）復(fù)合序網(wǎng)BC兩相接地短路

（a）F點(diǎn)經(jīng)過(guò)渡電阻的BC兩相接地短路52精選課件四、保護(hù)安裝處電流突變量三、帶負(fù)荷電流時(shí)保護(hù)安裝處電流相電流突變量（故障分量）為：兩相接地短路時(shí)非故障相電流突變量中含有零序分量電流，是由于造成的。而且三相突變量電流均有較大值，其中故障相電流的突變量更大。

53精選課件相電流差突變量為：

三個(gè)相電流差突變量均有較大值，且故障相電流差的突變量更大。Note：負(fù)荷側(cè)的三個(gè)相電流差突變量均為0。54精選課件橫向短路故障的綜合特點(diǎn)

55精選課件一、基準(zhǔn)相的選擇不同類型短路故障時(shí)的基準(zhǔn)相CA相CA相CB故障類別和相別A相B相C相AB相AB相BC相BC相基準(zhǔn)相ABCA一般采用特殊相作為基準(zhǔn)相特殊相：從是否直接發(fā)生故障的角度來(lái)講，即是指故障處與另兩相情況不同的那一相。如果故障涉及一相，那么故障相就是特殊相，如果故障涉及兩相，那么非故障相為特殊相。以特殊相為基準(zhǔn)做出的復(fù)合序網(wǎng)最簡(jiǎn)單。56精選課件以基準(zhǔn)相表示的復(fù)合序網(wǎng)，相間短路是并聯(lián)型，單相接地是串聯(lián)型

二、復(fù)合序網(wǎng)

不對(duì)稱短路時(shí)基準(zhǔn)相（A相）表示的復(fù)合序網(wǎng)復(fù)合序網(wǎng)故障類型

兩相短路

兩相接地短路

單相接地短路57精選課件三、正序等效原那么故障支路的正序電流分量可用如下通式表示

故障點(diǎn)故障相電流的大小與故障支路正序電流的大小的關(guān)系可表示為

不對(duì)稱短路時(shí)故障支路正序電流，等于故障點(diǎn)每相加上一個(gè)附加阻抗后發(fā)生的三相短路電流，這就是正序等效原則。

58精選課件以金屬性短路為例的及故障類型三相短路兩相短路兩相接地短路單相接地短路(n)(3)(2)(1,1)(1)01359精選課件四、故障支路中各序電流大小比較1．正序電流比較

根據(jù)正序等效原則

則。即三相短路時(shí)，正序電流最大，兩相接地短路的正序電流次之，兩相短路的正序電流再次之，單相接地短路的正序電流最小。2．負(fù)序電流的比較在下，最大，即兩相短路負(fù)序電流最大。

60精選課件當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。三相短路沒(méi)有負(fù)序電流。

3．零序電流的比較三相及兩相短路時(shí)沒(méi)有零序電流。

當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。

同一系統(tǒng)故障點(diǎn)確定的情況下，故障支路中負(fù)序、零序電流大，那么分配到保護(hù)安裝處的負(fù)序和零序電流也大。上述關(guān)系對(duì)系統(tǒng)任何處的故障都適用。61精選課件五、故障點(diǎn)各序電壓的比較1．正序電壓的比較發(fā)生三相短路時(shí)，故障點(diǎn)正序、負(fù)序、零序電壓均為零。發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，故障點(diǎn)負(fù)序、零序電壓最高。在下，故障點(diǎn)的正序電壓為

所以有：

62精選課件2．負(fù)序電壓的比較由于負(fù)序電壓是負(fù)序電流與負(fù)序阻抗的乘積，所以負(fù)序電壓的大小關(guān)系與負(fù)序電流大小關(guān)系一樣。3．零序電壓的比較只有接地故障時(shí)才有零序分量，同樣零序電壓是零序電流與零序阻抗的乘積，所以零序電壓的大小關(guān)系與零序電流大小關(guān)系一樣。六、故障點(diǎn)短路電流的比較在下，兩相短路電流是同一點(diǎn)三相短路電流的倍，即

63精選課件單相接地短路電流與同一點(diǎn)三相短路電流的大小關(guān)系為

兩相接地短路電流與同一點(diǎn)三相短路電流的大小關(guān)系為64精選課件七、序電壓的比較各種不對(duì)稱短路故障時(shí)各序電壓分布規(guī)律〔a〕系統(tǒng)接線圖〔b〕兩相短路的正序、負(fù)序電壓分布〔c〕單相接地短路的正序、負(fù)序、零序電壓分布〔d〕兩相接地短路的正序、負(fù)序、零序電壓分布〔e〕三相短路的正序電壓分布65精選課件a.越靠近電源，正序電壓數(shù)值越大。

越靠近短路點(diǎn)，正序電壓數(shù)值越小。b.越靠近短路點(diǎn)，負(fù)序、零序電壓有效值越大。66精選課件八、非故障處電流、電壓計(jì)算

分析網(wǎng)絡(luò)中任意處的電流、電壓，必須先在各序網(wǎng)中求得該處電流和電壓的各序分量，再轉(zhuǎn)換成三相電流、電壓。計(jì)算各序網(wǎng)中任意處各序電流、電壓假設(shè)故障前空載計(jì)算各序網(wǎng)中任意處各序電流、電壓步驟：（1)根據(jù)復(fù)合序網(wǎng)求出故障點(diǎn)流出的各序短路電流。（2)根據(jù)復(fù)合序網(wǎng)分別計(jì)算出任一處的序電壓、電流。單電源系統(tǒng)采用各種不同類型短路時(shí)，各序電壓有效值的分布具有一定的普遍性：67精選課件第九節(jié)變壓器兩側(cè)電壓、電流對(duì)稱分量關(guān)系

68精選課件

一、電壓、電流對(duì)稱分量經(jīng)變壓器后的變換

（1）Y,y0聯(lián)接

標(biāo)幺值對(duì)YN,yn0，且有零序通