电力系统故障分析的基本知识

1、§ 1电力系统故障分析的基本知识主要内容：1、电力系统故障的基本概念2、三相短路的暂态过程分析3、短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算§ 1.1故障概述1故障分类故障，事故：正常运行情况以外的相与相之间、相与地之间的连接或 相的断开。断线故障(纵向故障、非全相运行)简单故障对称故障短路故障(横向故障)复杂故障不对称故障名称图示三相短路符号f( 3)二相短路 单相短路 f( 2)f (1)概率5%10%65%两相短路接地 20%一相断线二相断线2短路原因(1) 相间绝缘或相对地绝缘损坏;(2) 误操作。3短路危害(1) 大电流产生巨大电动力，造成机械损坏(动稳

2、定)(2) 烧毁设备(热稳定)；(3) 电网大面积电压下降；(4) 破坏电力系统的稳定；(5) 影响电力系统通讯。4减少短路危害的措施(1)(2)(3)(4)(5)采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备行。 架空线路普遍采用自动重合闸装置。装设限流电抗器。选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。5短路计算目的(1)合理的配置继电保护及自动装置整定与校验。(2) 选择最佳的主接线方案及电气设备，确定限流措施。(3) 进行电力系统暂态稳定的计算。(4) 确定电力线路对邻近通信线路的干扰等， 短路故障又称横向故障，断线故障又称纵向故障。§ 1

3、.3无限大功率电源供电的三相短路分析1无限大功率电源的概念(1) 无限大电源：Ug=常数、XG=O、3 =常数(2) 无限大功率电源是个相对概念。(若电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可以认为电源为无限大电源。)2暂态过程分析(1) 符号约定|0|：故障前瞬间，相当"电路”中的 0 :故障后瞬间，相当“电路”中的00+mMOOp或3：周期分量(period )、3：频率为3的分量:非周期分量:模值(mode) : 最大值 (maximum):稳态值(tTO)(2) 暂态过程分析(对称短路可仅取一相分析，其他两相有模相同、相位差120°的结果。)< !单相等值电

4、路:ELJ_厂心、/1. R'iaRL 1:Ua Um si n( t),iaIm°|Sin( t10)短路前Ua=UmSin( 3 t + a )Um式中-10、(R R)22(厂L)2arctg(L L)(R R)t = 0s时短路 短路后右半部：零输入响应，ia Im0s in（至零。左半部：零状态响应 +零输入响应。林自，Ta丄逐渐衰减1 1R,Taia ImSin( t)Imos in(0|) ImSi n(eTai pa i aa式中IR22L2arctgipa：交流分量、强制分量、周期分量；laa :直流分量、非强制分量、teTa非周期分量。eTaib ImS

5、in（ t 120） I mo si n（ 120惻）Im si n（ 120ic Imsin（ t 120） I0 sin（120 惻）Jsin（ 120）几个结论：1）直流分量曲线是短路电流曲线的对称轴（可用于求直流分量）；2）直流分量起始值越大，短路电流瞬时值越大；（与两个因素有关）3）三相电流中总有一相最大，一相最小;4）短路前为空载，|90 , a相电流直流分量起始值达到最大值（稳态短路短路的幅值）。负载下突然短路，初始状态的相量图=卩粗5in（加十田）】机血（砒+4 卩）£也加+ £k' 空载下突然短路:3几个概念（1）短路冲击电流短路冲击电流：在最恶劣

6、短路情况下的短路电流的最大瞬时值。般情况下：x»R，90180。），即空载运行，电压过零瞬间,tia Im COS t 仁匚冲击电流iM出现在短路发生后0.01ImeiM I mTa(1冲击系数:kM关于Km :对纯电阻电路，对纯感性电路， 对实际电网，1)2)3)。所以最恶劣的情况为：lm|0|=O, a =0° （或则有1/2 周期(f=50Hz, t=0.01s)0.01e Ta )Im kM Im0.01Ta，冲击电流对周期电流幅值的倍数Ta=0T a= 8 x»R当短路发生在发动机机端时， 当短路发生在发电厂高压母线时， 当短路发生在一般线路时，这时Km

7、 =1这时Km=2，比较接近纯感性电路,Km=1.9Km =1.85Km=1.8则有(1<kM<2)要准确计算Km，应首先计算出短路点的等效电阻和等0.01出Ta的准确值，然后带入 kM 1 e Ta计算。冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体在短路电流下的受力是 否超过容许值，即其动稳定度。效电抗，求（2）最大有效值电流t时刻短路电流有效值（设该时刻前后一个周期内非周期分量近似不变 的电流）：2.2iaa.t T/212(ipa ia)2dtt T/2.t T/2Iti2dtT t T /2； T最大有效值电流：短路后半个周期时IM .(I?2.2i (t 0.01s)I m 2

8、2 I m,(,2) (iM Im)2,1 2(kMI)2Km=1.9 时，IM1.62 t ；Km=1.85 时，I M1.56 lm ；V2Km=1.8 时，lM1.52 -m 。V2 Im用于热稳定校验。（4）短路功率（短路容量）短路功率等于短路电流有效值与短路处正常工作电压（常取平均额定电压）的乘积。t时刻的短路功率为：St J3javlt ；标么值： St*It*v3U B I BIt常取短路周期分量的有效值。（把短率功率定义为短路电流和平均电压的乘积，这是因为断路器要切断这样大的短路电流；另一方面，在断路器断流时，其动，静触 头应该承受工作电压的作用。在实际中，用周期分量电流计算短

9、路功率。）短路功率主要校验断路器的切断能力。例：在如图所示的网络中，当线路末端发生三相短路接地故障时，试求短路电流周期分量有效值、冲击电流（有名值）及短路功率。（取冲击系数为1.8）解：取 Sb= 100MVA , UB=Uav二 8 "出旳& J2.ZLJtJl =2占I mIm* IB 1.736 1.562.71kAgm21.82.716.895kASBI m*SB1.736100173.6MVA短路电流周期分量有效值短路功率：St St*短路冲击电流：I MXtUk%STNS?10.5100-200.021100Xix1 lSb2Uav0.38201000.55537

10、2I m*XtX,0.0210.5550.57610.5761.736 , IbSb- 3 Uav100.3 371.56kA考核要求1. 了解电力系统故障的基本概念2. 理解三相短路的暂态过程3. 掌握短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算(Im)例题：一、简答题1. 无限大容量电源的含义是什么 ？(无限大容量电源的含义是指容量相对较大，内阻抗相对较小和端电压恒定的等值电源或等值系统。)2. 如何计算转移电抗?(转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算,以得到对应于各发电机XjsiXikSNiSn量的计算电抗，即(i 1,2, n)3.无穷大系统三相短路电流中都包含哪些分量？

11、各有什么特点?(暂态分量和稳态分量。)二、计算题1.如图110kV等效系统x=1.73、E” =1（标幺值）,求起始次暂态电流及冲击 电流有名值（取冲击系数为 1.8, Sn=100MVA , Un=Uav）X1I*i起始次暂态电流标幺值为I ''-0.578X 1.73InSnloo-0.502kA.,3Un3 115起始次暂态电流有名值为 IIn=0.578 X 0.502=0.29kA冲击电流有名值为iimp = 1.81=1.8 X 0.29=0.522kA2.在如图所示的网络中，当线路末端发生三相短路接地故障时，试求短路电流周期分量有效值、冲击电流（有名值）及短路功率。（取冲击系数为1.8） 取 S°= 100MVA , U0=UavXtUk%100sT10.5100Xix°lS02Uav0.38XtXiJX 0.576-200.