电力能源系统故障分析相关知识概述

第1章电力系统故障分析1.1基本概念故障：通常是指短路或断线故障；短路：指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。产生短路的原因：（1）自然灾害，如雷、风、雪、泥石流等；（2）电气操作，如操作过电压、误超作等；（3）动植物跨接裸露导体，如树木、鼠、鸟等；（4）设备绝缘老化、污损；这些原因造成电力设备绝缘损坏或裸露导体直接短接，短路故障大多数发生在架空线路部分。1.1基本概念短路的基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相短路接地；短路的危害：（1）短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电气设备，短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏；（2）短路电流产生强大的电动力冲击，致使导体变形，甚至损坏；（3）短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏；（4）破坏系统的稳定，引起大片地区停电；1.1基本概念（5）不对称接地短路，引起不平衡电流产生不平衡磁通，引起电磁干扰，造成通讯中断；（6）过大的短路电流使得断路器难以熄弧，以对电网的安全稳定运行带来重大隐患。短路电流计算是电力技术方面的基本问题之一。选择合理的电气结线、选配电气设备和断路器、整定继电保护定值以及选择限制短路电流措施等，都必须以短路电流计算结果为依据。横向故障和纵向故障：短路故障也称为横向故障，断线故障也称纵向故障。简单故障与复杂故障：单点故障称为简单故障，两点以上同时发生不对称故障称为复杂故障。1.2同步电机的数学模型同步电机示意图如下所示:同步电机由定子和转子组成；定子有三相电枢绕组，分别为a-x、b-y和c-z;转子有励磁绕组f-f；此外，用两个相互垂直的阻尼绕组D-D和Q-Q等效凸极电机转子上的阻尼笼或隐极电机转子上的钢体。DQQfczyba1.2同步电机的数学模型aaxdbcqfDD1.2.1abc电压方程和磁链方程1.电磁量正方向假设各磁链正方向在各绕组的轴线上，q轴超前d轴90º定子各绕组正方向电流产生的磁链方向与各绕组轴线的正方向相反；转子各绕组正方向电流产生磁链方向与各绕组轴线的正方向一致；定子绕组流出正电流，电压为正（电源）；转子绕组流入正电流，电压为正（负载）；1.2.1abc电压方程和磁链方程2.各绕组电压回路方程图同步电机电路图1.2.1abc电压方程和磁链方程定子回路转子回路1.2.1abc电压方程和磁链方程3.磁琏方程1.2.1abc电压方程和磁链方程4.电感系数电感正比于磁通，磁通反比于磁阻，磁阻正比于气隙宽度；气隙宽度小，磁阻小，电感系数大；气隙宽度大，磁阻大，电感系数小。随着发电机转子的旋转，定子绕组的磁路在不断发生变化，磁阻也不断变化，使得定子绕组的自感与互感均随转子而周期性变化，这给磁链计算带来了困难。磁势:等于绕组匝数与绕组电流的乘积，磁通

（单位：韦帕）：等于磁势与磁导的乘积，磁链（单位：韦帕）:等于磁通与绕组匝数的乘积，也等于绕组电感与电流的乘积，1.2.1abc电压方程和磁链方程（1）定子各绕组的自感轴和轴的磁导分别为：设定子绕组的等效匝数为，当相绕组电流为时，其磁势为：产生的磁势在轴和轴上的分量为：产生的沿轴和轴的磁通为：则产生磁通为：1.2.1abc电压方程和磁链方程由此可得产生的相绕组磁链为：故相绕组的自感为：1.2.1abc电压方程和磁链方程其中：图定子各绕组的自感变化规律90°180°270°定子自感为周期为的偶函数；p1.2.1abc电压方程和磁链方程磁路气隙最小，磁阻最小，自感最大。自感为：1.2.1abc电压方程和磁链方程磁路气隙最大，磁阻最大，自感最小。自感为：1.2.1abc电压方程和磁链方程同理可得，相和相的自感为：隐极机，。其中：显然有：1.2.1abc电压方程和磁链方程（2）定子三相绕组间的互感以相绕组互感为例分析:当相绕组电流为时，其磁势为：产生的磁势在轴和轴上的分量为：产生的沿轴和轴的磁通为：1.2.1abc电压方程和磁链方程则产生流过相绕组的磁通为：其中：1.2.1abc电压方程和磁链方程由此可得：1.2.1abc电压方程和磁链方程产生的磁通与相绕组的磁链为：故绕组间的互感为：其中：隐极机，。1.2.1abc电压方程和磁链方程定子互感为周期为的偶函数；240°150°图定子各绕组间的互感变化规律60°1.2.1abc电压方程和磁链方程互感最大。互感为：1.2.1abc电压方程和磁链方程互感最小。互感为：1.2.1abc电压方程和磁链方程同理可得，定子各绕组间的互感为：1.2.1abc电压方程和磁链方程（3）定子绕组与转子绕组间的互感定子绕组与转子励磁绕组间的互感当励磁绕组的电流为时，其磁势为：产生的沿轴的磁通为：产生的沿轴的磁通为：产生的相绕组磁链为：以绕组间的互感为例分析：1.2.1abc电压方程和磁链方程故励磁绕组与定子绕组间的互感为：其中同理可得励磁绕组与定子其它绕组间的互感为：励磁绕组与定子各绕组间的互感为周期为的余弦函数，互感随着转子运动有正有负。1.2.1abc电压方程和磁链方程定子绕组与D阻尼绕组间的互感D阻尼绕组与励磁绕组的轴线重合，故有：其中，为阻尼绕组等效匝数。1.2.1abc电压方程和磁链方程定子绕组与Q阻尼绕组间的互感以绕组间的互感为例分析：阻尼绕组电流为时在轴的磁势为：产生的沿轴的磁通为：产生的沿轴的磁通为：产生的相绕组磁链为：1.2.1abc电压方程和磁链方程同理可得各定子绕组与Q阻尼绕组间的互感为：故阻尼Q绕组与定子绕组间的互感为：其中1.2.1abc电压方程和磁链方程(4)转子各绕组的自感和互感：结论：由于同步发电机凸极使得气隙不均匀及转子同步旋转，使得凸极机大部分自感和互感，隐极机部分互感是时间的函数。以abc为坐标的同步发电机基本方程（定子回路电压方程、转子回路电压方程、磁链方程），均含有时变的自感和互感，是时变微分方程。由于转子各绕组随转子一起旋转，各绕组磁路的磁导都是不变的，故其自感和互感均为常数。由于Q轴绕组与D、f绕组垂直，故其互感为0，即1.2.2Park坐标变换将各绕组的自感及各绕组间的互感带入磁链方程：１.磁链方程的Park变换：1.2.2Park坐标变换转子各绕组的磁琏方程为：1.2.2Park坐标变换1.2.2Park坐标变换令：式中：1.2.2Park坐标变换可得转子绕组磁链方程：这样转子绕组磁琏与成线性定常关系。其中，变换称为Park变换。、1.2.2Park坐标变换定子各绕组的磁链方程为：将方程二边同乘变换阵P，且将变换为可得：1.2.2Park坐标变换定子绕组电感矩阵为：1.2.2Park坐标变换定子绕组与转子绕组间的互感矩阵为：1.2.2Park坐标变换故有定子绕组磁链方程为：这样，定子绕组磁链与电流、也为线性关系。1.2.2Park坐标变换经Park变换后的dq0坐标下的磁链方程：1.2.2Park坐标变换abc坐标与dq0坐标的说明abc坐标下定子绕组磁链方程dq0坐标下定子绕组磁链方程通过Park变换将定子a、b、c三相绕组等效为d、q、0三绕组1.2.2Park坐标变换从定子等效d、q、0绕组的磁链方程可以看出，定子d、q绕组间不存在互感，故定子等效d、q绕组正交；由于定子等效d绕组与转子d轴的励磁绕组f、阻尼绕组D间存在互感且保持常数，与转子q轴阻尼绕组Q间不存在互感,说明定子等效d绕组的轴线与转子d轴重合，且同步旋转；由于定子等效q绕组与转子q轴的阻尼绕组Q存在互感且保持常数，与转子d轴各绕组间不存在互感，说明定子等效q绕组的轴线与转子q绕组重合，且同步旋转；绕组间均不存在互感，且其自感为常数。故等效定子0轴绕组由于定子等效0轴绕组与定子等效d、q绕组及转子f、D、Q为孤立于定子和转子d、q轴绕组的独立绕组。1.2.2Park坐标变换Park变换前后定子、转子绕组情况Park变换abc坐标绕组dq0坐标绕组1.2.2Park坐标变换定子等效绕组电感的物理意义电感为流过绕组单位电流产生的磁链：可得：由Park逆变换矩阵：1.2.2Park坐标变换令可得：由此可得在时定子各相绕组的电感值：由定子d轴磁链方程：令可得：故可得：1.2.2Park坐标变换即定子等效d轴绕组的电感就等于时任一相定子绕组的自感。成立呢？如何使转子d轴绕组的及等效定子绕组的将励磁绕组开路（），定子绕组与三相对称、角频率为的正弦电源相连(),则在气隙中产生频率为的旋转磁势。将转子驱动到与定子的旋转磁势等速同向旋转，则转子绕组与定子磁势间相对静止，阻尼绕组没有电流（）。改变三相电源的相位，使合成磁势的向量与与d轴重合，则。此时，气隙中只有单纯的纵（直）轴磁势。1.2.2Park坐标变换定子等效d轴绕组的电感就等于励磁绕组开路、定子合成磁势产生单纯纵（直）轴磁场时，任一相定子绕组的自感。称之为同步发电机的纵（直）轴同步电感，为纵（直）轴同步电抗。纵（直）轴同步电感、电抗横（交）轴同步电感、电抗令可得：1.2.2Park坐标变换可得：由定子等效q轴绕组磁链方程令可得：即同步电机横（交）轴同步电感就等于励磁绕组开路，定子合成磁势产生单纯横（交)轴磁场时，任一相定子绕组的自感，与之对应的电抗称为横（交）轴同步电抗。故可得：1.2.2Park坐标变换将定子三相绕组通以零轴电流，励磁绕组开路零序电感、电抗：则有：故有：1.2.2Park坐标变换由此可得：定子等效0轴绕组电感，就等于励磁绕组开路、定子三相绕组通过0轴电流时，任一相定子绕组的自感，称为零序电感与之对应的电抗称为同步发电机零序电抗。需要注意的是定子等效绕组和转子绕组间的互感不对称，磁链方程中的互感系数不可互易。这可通过标么值解决。1.2.2Park坐标变换2.回路电压方程的Park变换：定子回路电压方程：将上式两边通乘Park变换阵：及1.2.2Park坐标变换可得：其中：1.2.2Park坐标变换故有：1.2.2Park坐标变换由此可得dq0坐标下的定子电压方程为：转子回路电压方程无需变换：变压器电势：磁链变化感应的电势；旋转电势：与转子转速成正比的电势；1.2.3标么制表示的Park方程选取基准值下标B表示基准值，下标*表示标么值；*

角频率基准值：*时间基准值：发电机在额定转速转过一个电弧度所需的时间。*三相功率基准值：相电压瞬时值的基准值电流瞬时值的基准值1.2.3标么制表示的Park方程*阻抗基准值：*自感、互感基准值：*转子侧三个绕组功率基准值需唯一，即需满足：每个绕组的基准电压和基准电流人为取定一个，另一个由上式决定。*磁链基准值：1.2.3标么制表示的Park方程

转子绕组阻抗基准值：转子绕组磁链基准值：1.2.3标么制表示的Park方程1.磁链方程的标么制形式：可得：定子d轴磁链方程两边同除1.2.3标么制表示的Park方程可得：转子f绕组磁链方程两边同除可得：**1.2.3标么制表示的Park方程**1.2.3标么制表示的Park方程同理可得其它各磁链方程的标么值形式。最终磁链方程为：同理可得其它各磁链方程的标么值形式。最终磁链方程为：1.2.3标么制表示的Park方程其中：1.2.3标么制表示的Park方程其中：1.2.3标么制表示的Park方程2.电压方程的标么制形式：方程两边同除可得：****故可得：定子d轴电压方程：1.2.3标么制表示的Park方程方程两边同除可得：*转子励磁绕组f的电压回路方程：*故可得：1.2.3标么制表示的Park方程同理可得其它各回路电压方程的标么制形式。最终电压方程为：式中：1.2.3标么制表示的Park方程1.2.4同步发电机的稳态运行同步发电机稳态运行时的工况（稳态变量用大写字母表示）*以同步转速旋转：*定子三相电流、电压、磁链均对称，由此可得：

定子d、q轴电流、电压、磁链均为常数，所有0轴分量均为0*励磁电流为常数:*阻尼绕组电流均为零:1.同步发电机空载运行空载运行时，三相定子电流均为零，因而。定子磁链方程为：1.2.4同步发电机的稳态运行电压方程为：式中，称为同步发电机空载电势；此时，定子电压为：1.2.4同步发电机的稳态运行2.负载运行定子磁链方程为：电压方程为：1.2.4同步发电机的稳态运行令q轴为虚轴，q轴变量为虚轴向量；d轴为实轴，d轴变量为实轴向量，则有：将电压方程改写为相量形式：将两式相加：1.2.4同步发电机的稳态运行对于隐极发电机有：则电压方程为：故发电机稳态运行时的向量图如下：凸极机隐极机1.2.4同步发电机的稳态运行发电机虚构电势：已知发电机端电压和定子电流向量及它们之间的相角差，如何求空载电势？由电压向量方程，可得：式中，称为虚构电势，其与空载电势同相位；虚构电势相量图1.2.4同步发电机的稳态运行【例】已知发电机运行在额定电压和额定电流情况下，若发电机为一隐极机，；若发电机为凸极机计算其空载电势。解忽略定子电阻，即令机端电压为（参考相量）则发电机电流为：对隐极发电机：对凸极发电机：1.2.4同步发电机的稳态运行《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如