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简单不对称故障的分析计算 1概述2横向不对称故障的分析计算3系统参数变更时不对称短路处各电气量的变化特点4过渡电阻变化时横向不对称故障的分析计算5纵向不对称故障的分析计算6不对称故障时电力系统中各电气量值的分布计算7对称分量经变压器后的相位变化 1概述 2 借助于复合序网进行求解 简单不对称故障 仅在一处发生短路或断线的故障 可分为二类 1 横向不对称故障 两相短路 单相接地短路 两相接地短路 其特点为由系统网络中的某一点 节点 和公共参考点 接地点 构成故障端口 2 纵向不对称故障 一相断线 二相断线 其特点为由电力网络中的两个高电位点之间构成故障端口 分析方法 1 解析法 联立求解三序网络方程和故障边界条件方程 2横向不对称故障的分析计算 2 1二相短路 bc Line to LineFault 一 故障边界条件 转换为对称分量 a为基准相 二 求解方法 1 解析法 当故障点远离发电机时 可认为 2 复合序网法 根据故障边界条件 将基本序网在故障端口处连接所构成的网络称为复合序网 由复合序网 可直接求出故障点电压电流的序分量 三 故障点电流电压向量关系 向量图 先确定参考相量 假定阻抗为纯电抗 可以直观的了解三相电流 电压的相对大小和它们之间的相位关系 四 两相短路的基本特点 1 短路电压电流中不存在零序分量 2 两故障相中的短路电流的绝对值相等 方向相反 数值上为正序电流的倍 3 当在远离发电机的地方发生两相短路时 可通过对序网进行三相短路计算来近似求两相短路的电流 4 两相短路时的正序电流在数值上与在短路点加一个附加阻抗构成一个增广正序网而发生三相短路时的电流相等 即 5 短路点两故障相电压总是相等 数值上为非故障相电压的一半 相位上总是与非故障相电压方向相反 2 2单相接地短路 A相 Single Line to GroundFault 一 故障边界条件 二 复合序网 三 短路点电气量 短路处各序功率为 参考相量 四 向量图 假定阻抗为纯电抗 2 3两相接地短路 bc相接地 DoubleLine to GroundFault 一 故障边界条件 转换为对称分量 a为基准相 二 复合序网 三 短路点电气量 故障点各相电气量为 当为纯电抗时 两故障相电流为 将代入上式 并取绝对值 整理后可得 两相接地短路时 流入地中的电流为 故障处各相电压为 参考相量 四 向量图 假定阻抗为纯电抗 3 在假定阻抗角相等的情况下 两故障相电流的幅值总相等 其夹角随的不同而不同 当由时 由即 五 基本特点 2 短路处两故障相电压等于零 1 短路处正序电流与在原正序网络上增接一个附加阻抗后而发生三相短路时的短路电流相等 1 正序等效定则 四 几点结论 不对称短路故障时故障支路的正序分量电流 等于故障点每相加上一个附加阻抗后发生三相短路的电流 A为基准相 短路点故障相电流的绝对值总是和短路点的正序电流成正比 2 关于基准相的选择 在短路故障计算中 通常选故障时故障处三相中的特殊相作为基准相 在应用对称分量法进行计算时 首先需要选定一个基准相 指故障处与另两相情况不同的那一相 单相接地短路时 故障相为特殊相 两相短路和两相接地短路时 非故障相为特殊相 2 同一类型短路故障发生在不同相上时 基准相的序分量故障边界条件的形式不会改变 于是复合序网的形式不会改变 计算公式 结论均不会改变 只是表达式中下脚符号改变而已 好处 1 故障边界方程的形式最简单 Why a相单相接地短路 或以b相为基准相 bc相接地短路 或以b相为基准相 例如 b相单相接地短路 电力系统对某一故障点的正序网络 负序网络 零序网络 属于基本序网 与故障类型 相别无关 但由各序网组合成的复合序网与短路故障的类型 相别有关 串连型故障 其复合序网由三个独立的序网络相串连而成 如单相接地短路 并联型故障 其复合序网由三个独立的序网络并联而成 如两相接地短路故障 3 关于复合序网 例题 某系统接线如图所示 当k点发生c相接地短路时 求故障点各序的电流 电压 序功率及各相的电流电压 并画出其向量图 线路 步骤 第一步 选定基准值 计算各元件标么值 第二步 选定基准相 画出各序网络 计算各序网络等值参数 第三步 根据故障类型计算故障点各序电气量及各相量 第四步 画出故障点电流 电压相量图 第五步 计算各电气量有名值 解 1 将各元件参数换算成标么值 G 1 选定基准值 G 2 T 1 T 2 线路 2 选C相为基准相 画出各序等值网络 计算各序网络等值参数 正序网 负序网 零序网 3 计算各序电气量及各相量 设 求故障处各序电流 电压 功率 求故障处各相电流 电压 画出短路处的电流电压向量图 求各电气量的有名值 3系统参数变更时不对称短路处各电气量的变化特点 系统参数 或 由旋转电机的正序和负序阻抗值的差异而引起 在靠近旋转电机附近的地点短路时 取值范围约在0 1 1 45之间 在远离旋转电机的地点短路时 其值可以近似为1 与系统变压器中性点的接地方式及短路点的位置有关 有可能在0 范围内取值 为分析简便 电阻忽略不计 只考虑各元件的电抗 设 3 1单相接地短路 设A相接地短路 假定 一 电流变化情况 故障相电流 1 多出现于变压器中性点接地较多或在中性点直接接地系统的中性点附近发生接地短路 2 3 4 5 同一点的单相接地短路电流与三相短路电流相等 二 电压的变化情况 3 2两相接地短路 设bc两相接地短路 一 电流变化情况 二 电压变化情况 非故障相电压 4过渡电阻变化时横向不对称故障的分析计算 4 1两相经过渡阻抗短路 故障点边界条件 方法一 转换为对称分量 方法二 在K点发生的两相短路可等值的看成是在K 点发生的两相金属性短路 点故障边界条件为 4 2经过渡阻抗单相接地短路 故障边界条件 方法一 方法二 转换为对称分量 点故障边界条件为 4 3两相短路又经过渡阻抗接地 方法一 故障边界条件 转化为对称分量 方法二 因Zg中只流过零序电流 所以可将Zg移到中性点的位置上 在K点对N0点发生的bc短接后又经Zg的接地短路可看成是在K和之间发生的两相金属性接地短路 所对应的复合序网不变 5纵向不对称故障的分析计算 5 1基本概念纵向不对称故障 一般指一相断开或两相断开的非全相运行状态 产生的原因 导线断线 分相检修线路或开关设备 开关在合闸过程中三相触头不同时接通 某一线路单相接地后 故障相开关跳闸 串补电容一相或二相击穿以及三相参数不平衡等 危害 危机发电机转子 对附近通讯系统产生干扰 影响继电保护正确动作等 5 2分析方法 从端口向系统看 其三独立序网如图所示 1 一相断线 A相断线 其边界条件为 转化为对称分量 2 两相断相 bc断相 由复合序网可求出 若已知断相前的负荷电流 在不计及断相后两侧电源等值电势的大小和相位变化情况下 有 同样可以应用叠加原理进行计算 计算过程同单相断线 6不对称故障时电力系统中各电气量值的分布计算 6 1各序电流 电压和功率分布计算的基本方法及其分布规律 计算故障时网络中除故障处外的各支路的电流 各节点电压以及各处的功率 重点讨论故障时网络中各电气量值的分布计算方法及其分布的规律 一 电流的分布计算 重点讨论利用电流分布系数求各支路电流的计算方法 已知 对应基准相的各序网故障处的各序电流 求 M及N支路中的各序及各相电流 一 正序电流的分布计算 1 假设 由分布系数的定义可知 2 假设 二 负序电流的分布计算 三 零序电流的分布计算 四 各相电流 优点 网络中同一点发生短路故障时 各个序网络的电流分布系数都是确定的 同短路类型无关 只要求出各支路的各序电流分布系数 将其与不同类型短路的短路点相应序的总电流相乘 既可求出不同类型故障情况下的分支电流 侧 二 电压的分布计算 若M点离短路点较远 有 这一关系式在不对称故障计算中同样适用 所不同的是某点的各序电压要按各序网络分别予以计算 M 正序电压越靠近电源处数值愈高 越靠近短路点处数值愈低 三相金属性短路时 短路点电压等于零 母线M点的电压在三相短路时下降最厉害 波动最大 对系统及用户影响最大 两相接地短路次之 单项接地短路时正序电压变化较小 负序及零序电压的绝对值总是越靠近短路点数值越高 短路点最高 越远离短路点负序及零序电压数值越低 在发电机中性点上负序电压等于零 在变压器中性点上零序电压等于零 三 短路时各序功率的计算 在各种不对称短路情况下 各序功率的分布规律和各序电压的分布规律相似 正序功率越靠近电源数值越高 越靠近短路点数值越低 而负序功率和零序功率短路点最高 负序功率由短路点向系统各电源及负荷的中性点逐渐下降到零 零序功率也由短路点向系统中变压器接地的中性点逐渐下降到零 6 2不对称短路时各相电压沿线路的分布规律 讨论 k点发生各种不对称短路时 D点各相电压沿线的分布规律 假设 短路点的各序电压和电流均已知 K点固定 一 单相接地短路 A相 D点各相电压等于短路点各相电压 D点各相电压等于M点各相电压即电源电动势 无限大功率电源 二 两相接地短路 bc 其分布规律如图所示 三 两相短路 7对称分量经变压器后的相位变换 7 1电压 电流对称分量经变压器后的变换 变压器变比 1 对称分量经YN d11 或Y d11 变压器后的相位变换 YN侧和d侧线电压之比 若不计励磁电流 d侧线电流可表示为 两侧序电流之间的关系 对b相 c相 序分量电流也有同样的关系 若已知d侧各序分量电流 求YN的各序分量电流 B相 C相序分量电流也有同样的关系式 若YN d11接线变压器处于空载状态 两侧电压有如下关系 应用对称分量法 可得YN侧的各序电压 或 两侧正序电压 电流的相位关系相同 负序电压 电流的相位关系相同 若规定电流的正方向由高压侧流向低压侧 当变压器通过电流时 应计及该电流在变压器阻抗上的形成的电压降 若规定电流方向由低压侧 d 流向高压侧 Y 2 对称分量经Y y12或 Y yn12 的相位变换 若变压器连接成YN yn12 且又存在零序电流通路时 则有 标么值 正序 当序电流和序电压由接线组别中的12点侧绕组向N点侧绕组进行分布计算时 取 号 3 相位变换的一般公式 负序 当序电流和序电压由接线组别中的N点侧绕组向12点侧绕组进行分布计算时 取 号 1 先求故障处的各序分量电流 电压 注意此时各电源电动势均已折算到了短路点所在的电压等级 7 2计及变压器对电压 电流序分量相移的分布计算步骤 2 不计相移 在序网络中计算各序电压 电流的分布 3 计算变压器相移角度 由短路点所在电压等级开始 逐级的由变压器近短路的一侧的序分量的相位为基础 对变压器另一侧的序分量的相位进行修正 4 将变换后的各序分量进行叠加 最后求得计及变压器对序分量相移后的电压 电流的分布 例子 一 Y yn12接线变压器在yn侧发生单相接地短路求解变压器两侧电气量 标么值 yn侧C相接地 yn侧各相电流 Y侧各相电流 yn侧电压 Y侧电压 Y侧相量关系yn侧相量关系 1 yn侧单相接地短路时 Y侧对应的故障相电流最大 另外两相电流大小相等 方向相同 但与故障相电流方向相反 2 yn侧单相接地短路时 yn侧故障相电压为零 但在计及变压器内部电抗的压降后 Y侧故障相电压并不为零 非故障相电压与yn侧相比较 有大小和相位上的变化 因二者之差 因此 虽然是Y yn12接线 但两侧电压的相位关系在此情况下并不是完全同相的 几点结论 二 YN d11接线变压器在d侧发生AB两相短路 d侧各相电流 YN侧各相电流 d侧各相电压 YN侧各相电压 b d侧