7 电力系统不对称故障分析计算.ppt

1 第七章电力系统各元件的序阻抗和等值电路 2 7 1对称分量法在不对称短路中的应用 式中运算子a ej120 a2 ej240 且有a a2 1 0 分别为a相电流的正序 负序和零序分量 不对称短路 解决等值电路问题 不含互感的等值电路一 对称相量法一组不对称的三相相量可以分解成正序 负序和零序三组对称的相量 不对称故障包括不对称短路和不对称断线 不对称短路会引起基频分量的变化 并产生直流分量 还会产生一系列谐波 我们只介绍基频分量的分析方法 3 不对称相量的分解 将一组不对称的相量分解成三组对称分量 这是一种坐标变换已知各序对称分量 可以用反变换求出三相不对称的相量展开 有 4 解 以a相为基准相 应用公式可得作为对比 正常情况下 例8 1某三相发电机由于内部故障 其三相电势分别为 求其对称分量 5 二 序阻抗的概念序阻抗 各序电流和各序电压之间的关系静止元件的正负序阻抗参数相同 零序阻抗差别较大 请想一想差别在那 6 序阻抗 各序电流和电压之间的关系 三相对称的线性系统中 各序对称分量具有独立性 电路中通以某一序对称分量的电流时 只产生同一序的电压可以对正序 负序和零序分别计算元件的序阻抗 元件两端某一序的电压降与流过该元件同一序的电流的比值 7 三 不对称短路的应用 一台发电机接于空载线路 发电机中性点经阻抗接地 线路f点发生单相接地短路 a相对地电压Va 0 而b c两相电压不等于零故障点以外系统其余部分是对称的 满足各序的独立性短路点结构参数不对称用运行参数不对称表示 8 不对称的相量用对称分量表示 应用叠加原理 分解成正 负 零序三个系统 9 正序网中 计及三相电流之和为零负序网中零序网中化简后可得和边界条件联合求解 序网方程 根据电路图 可列出各序网的电压方程 三相对称 只需列一相 10 7 2同步发电机的负序和零序电抗 1 正序电抗对称运行时的电抗 2 负序电抗转子纵横轴向等效磁阻不同 不对称短路时 同步发电机中还有丰富的高次谐波 负序电抗不是常数 11 定子中有一系列奇次谐波 与其对应转子中有一系列偶次谐波定子转子这些是衰减的交流分量 稳态值不为0暂态过程中 定子中有直流和二倍频率电流 由于不对称定子中还有一系列偶次谐波 转子中还有一系列奇次谐波稳定子转子这些电流的稳态值为0 不对称短路时同步发电机中的高次谐波 12 高次谐波的理论分析复杂 阻尼绕阻会削弱高次谐波分量 3 零序电抗零序电流在气隙中的合成磁势为零 漏磁通零序电抗 同步发电机的负序电抗值 13 一 正序阻抗综合负荷主要是电动机 综合负荷的阻抗难于求出精确的值 采用近似计算 不同的场合采用不同的值 7 3综合负荷的序阻抗 二 负序阻抗正序电流产生驱动性转矩 负序电流产生制动性转矩 和转子有相对运动 三 零序阻抗 14 一 普通变压器的等值电路电力系统习惯用T形或 形等值电路 7 4变压器的零序等值电路及参数 1 漏抗反映原副边耦合紧密程度 短路试验表明正 负 零序漏抗相差不大 即与电流的序别无关2 激磁电抗取决于铁芯的结构 15 三相变压器组和三相四柱式变压器 零序主磁通和正序主磁通一样能在铁心中形成回路 磁阻小 激磁电抗数值很大三相三柱式变压器 由于三相零序磁通大小相等 相位相同 不能像正序主磁通那样 一相主磁通可以经过另外两相的铁芯形成回路 被迫经过绝缘介质和外壳形成回路 遇到很大的磁阻 零序励磁电抗比正序励磁电抗小得多 零序激磁电抗与变压器铁心结构密切相关 零序激磁电抗与变压器铁心结构密切相关 16 不对称短路时 零序电压是接在相线与大地之间的零序等值电路与外电路的连接 取决于零序电流的流通路径 与变压器三相绕组的连接形式及中性点是否接地有关零序电压施加在变压器三角形侧和不接地星形侧 变压器中没有电流零序电压施加在变压器接地星形侧时 大小相等相位相同的零序电流经变压器中性点流入大地 构成回路 另一侧 二次侧 各绕组中将感应零序电势 电流流通情况由该侧接线形式决定 二 零序等值电路与外电路的连接 17 1 YN y Y0 Y 接线变压器变压器一次星形侧流过零序电流 二次侧各绕组中将感应零序电势 但因中性点不接地 没有通路 二次星形侧没有零序电流 变压器对于零序系统相当于空载三相三柱其他2 YN yn Y0 Y0 接线变压器变压器一次星形侧流过零序电流 二次侧各绕组中将感应零序电势 如果与二次侧相连的电路还有一个接地中性点 则二次绕组中有电流 如果没有其他接地中性点 二次绕组中没有电流 U 0 施加变压器接地星形侧 另一侧的三种情况 18 3 YN d Y0 接线变压器变压器一次星形侧流过零序电流 三角形各绕组中将感应零序电势 接成三角形的三相绕组为零序电流形成通路三角形侧感应的电动势完全降落在该侧的漏抗上 a b c三点等电位 相当于该侧短路 19 中性点有接地阻抗zn时的等值电路 变压器流过正序和负序电流时 三相电流之和为零 中性线中没有电流 阻抗上的电压为零 所以中性点的阻抗不反映在正 负序等值电路中变压器流过零序电流时 阻抗zn上流过三倍零序电流 哪一侧的中性点经阻抗接地 就把该阻抗乘以3加到该侧漏抗中去 20 三 三绕组变压器 三绕组变压器一般总有一个绕组是接成三角形 三绕组变压器的等值电路为 21 静止元件正负序参数相同零序电流以大地作回路三相共用一个大地 相间既有磁的耦合 又有电的联系 7 5架空输电线的零序阻抗和等值电路 一 单导线 大地 回路的自阻抗和互阻抗 卡松模型 22 若三相导线实现了整循环换位 二 单回路架空输电线路的零序阻抗 三 双回路架空输电线路的零序阻抗如果双回线参数完全相同 是线路I和线路II的互几何均距9个距离的9次方根 三相导线组的自几何均距 互阻抗 平行线路互阻抗的影响 使零序等值阻抗增大 23 四 有架空地线的单回架空线路的零序阻抗 架空地线中的电流方向和导线中的电流方向相反 起减磁作用 不同类型架空线路零序电抗与正序电抗的比值x0 x1 x1 0 4 km 24 7 6电力系统各序网络的制定 各序网代表原三相网络中电流和电压关系原则 各序电流能流通的元件 就包含在该序网络中从故障点开始查起 正序 和对称短路相同 除了中性点电抗和短路后电流等于零的空载线路和空载变压器以外 都在正序网中负序 和正序网包含的元件相同 电源为零 G LD的电抗与正序不同 零序 与变压器中性点接地情况有关 与正序网差别较大 正 负序包括的元件 零序不一定包括 反之亦然 25 作出正 负 零序序网 正序网负序网零序网 xn 26 作出正 负 零序序网 27 简单故障是指电力系统的某处发生一种故障的情况短路故障单相短路接地f 1 两相短路f 2 两相短路接地f 1 1 三相短路f 3 断线一相断线两相断线 第八章电力系统不对称故障的分析和计算 28 一 单相 a相 接地短路1 序网方程 根据对称分量法看网络部分 可以分解成三个序网方程2 相量边界条件 由故障部分列出 注意这里是引出的电流为零 流向短路点的电流等于03 序量边界条件 8 1简单不对称短路的分析 29 将三个序网方程相加这是计算单相短路关键公式根据正序电流可求出各序电流电压还可以根据边界条件作出串联形式的复合序网 4 序网方程和序量边界条件联合求解 30 5 由反变换公式可得6 相量图 选正序电流作参考相量 可作短路点的电压电流相量图 31 单相经阻抗接地 故障点的边界条件用序分量表示可以和序网方程联立求解也可以用等效的方法 32 二 两相 b相和c相 短路相量边界条件 由故障部分列出 序量边界条件序网方程和边界条件联合求解各序电流电压 33 相量图 两相短路电流是同一点三相短路电流的倍 两相短路电流小于三相短路电流非故障相电压等于故障前电压故障相电压是非故障相电压的一半且方向相反 短路点故障相电流和电压 34 两相经阻抗短路边界条件等效电路可求正序电流 35 三 两相 b相和c相 短路接地相量边界条件 由故障部分列出 序量边界条件序网方程和边界条件联合求解或根据复合序网 求各序电流 电压 36 各相电压 电流及相量图 两相短路接地故障相电流的绝对值为 令则 37 两相经阻抗接地 故障点的边界条件为序分量表示在两相经阻抗接地的计算中 电流的计算公式 38 例8 2计算f点发生a相短路的短路电流和电压有名值 解 计算网络的等值参数选取SB 100MVA UB Uav 算出各元件的标幺值 39 网路化简 40 2计算各序分量和各相量 复合序网 1 短路处各序电流 电压 2 求故障点电流 电压 41 四 正序等效定则 正序增广网络 的应用 42 各种短路的Z 和m 把不对称短路的公式和对称电路对比来看短路点的正序电流与短路点每相加入附加电抗后发生的三相短路电流相等 43 五 应用运算曲线求故障处正序短路电流 计算任一时刻的不对称短路电流 可以应用运算曲线根据正序等效定则 不对称短路故障点的正序电流相当于故障点经过附加阻抗z 发生三相短路的短路电流在正序网的故障点加阻抗z 利用运算曲线求经过z 的三相短路电流 就是故障点不对称短路的正序电流求出正序电流就可以在复合序网中求出负 零序电流以及各序电压 例8 3应用运算曲线计算例8 2的系统f点发生单相接地短路时 t 0 2s的短路电流解 根据正序等效定则 作正序增广网络 其中 44 网络化简 电源1 2对点的转移阻抗为计算电抗查运算曲线得t 0 2s时短路电流标幺值为短路电流的有名值 网络化简 求计算电抗 查表求电流 45 从故障点开始 倒推回各序电流和电压在网络中的分布 再合成相量 由于三相不对称 线电压不是相电压的倍 各相电压基值为UB 越靠近电源 正序电压数值越大越靠近短路点 负序 零序电压有效值越大 六 计算网络中非故障处的电流和电压 46 8 2电压和电流对称分量经变压器后的相位变化 一 Y y0型变压器YN yn Y0 Y0 正 负 零序分量经过变压器后相位不变Y y Y Y 正 负序分量经过变压器后相位不变 无零序分量二 Y d11 Y0 型变压器正序分量 对称情况 三相对称 A B C三相都向前移动30 不影响三相间的相位关系 负序呢 电压和电流对称分量经变压器后 可能要发生相位移动这取决于变压器绕组的联接组别 变压器组别有Y y0和Y d11 47 正序向前转30 负序向后转30 Y d11接法变压器两侧电压正负序分量相位关系 48 发电机侧电流 正序从Y到 相位前移30 负序从Y到 后移30 零序电流 侧端点外不存在 绕组内有I0 发电机 侧总电流可以求得 发电机端电压是不是也和电流一样 49 先算出归算到Y侧的发电机端电压再考虑相位移动最后合成相量 发电机侧电压 50 例8 4已知变压器星形侧A相接地电流为分析电源三角形侧a b c各相中的线电流 单相接地的边界条件可知正序向前移动30 负序向后移动30 可得其向量图 51 8 3非全相运行的分析和计算 一 分析方法 对称分量法三相阻抗不相等 列写三个边界条件 网络其余部分对称 列写三个序网方程 联立求解得正序电流 非全相运行指的是网络中的两个相邻节点 都不是零电位节点 之间出现了不正常断开或三相阻抗不相等的情况造成非全相运行的原因 某一线路单相接地短路后故障相开关跳闸 导线一相或两相断线 分相检修线路或开关设备以及开关合闸过程中三相触头不同时接通等 52 单相 a相 断线与两相短路接地相对应是并联的复合序网两相 b c相 断线与单相短路接地相对应是串联的复合序网 二 边界条件 ff 53 三 序