电力系统分析第10章PPT课件

1、10.1 10.1 对称分量法电力系统在正常运行时是三相对称的。当系统发生不对称故障时，电源电势及其阻抗仍然对称，但是在故障点处，三相阻抗将不对称。通常采用故障分量法对此类电路进行分析。对称分量法：就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量，或者将三组对称的三相相量合成为一组不对称的三相相量的方法。第1页/共54页 图中相量 、 、 幅值相等，相位彼此互差 ，且a a超前b b，b b超前c c，称为正序分量1201aF1bF1cF 图中相量 、 、 幅值和相位均相同，称为零序分量， 0aF0bF0cF 图中相量 、 、 幅值相等，相位关系与正序相反，称为负序分量2aF2bF2cF第2

2、页/共54页021021021ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF（10.1）aFbFcF 将三组对称的各序相量进行合成，得到一组不对称的相量第3页/共54页由电路知识可知：2402b111120111120b22224022220001201322jaajcaajaajcaaabcjFeFa FFeFaFFeFaFFeFa FFFFaej 第4页/共54页将一组不对称相量用a a相的各序分量表示： 0212211111aaacbaFFFaaaaFFF （10.310.3） spT TF FF F简写为：psF FT TF F1简写为：其逆关系为其逆关系为 ：cbaaaaFFFaa

3、aaFFF111113122021（10.410.4）说明：一组不对称相量可以分解为三组对称相量或可以说明：一组不对称相量可以分解为三组对称相量或可以 由三组对称相量合成为一组不对称相量。由三组对称相量合成为一组不对称相量。第5页/共54页对称分量法的实质是叠加原理在电力系统中的应用。只适用于线性系统的分析。例10.1 三相负载角接，若c相断开，流过a、b端线的电流为10A。以a端线电流为参考相量，计算线电流的各对称分量。第6页/共54页 当电力系统发生不对称短路时，可以应用对称分量法，将出现不对称电流和电压的原网络分解为正、负、零序三个对称序网络，任一元件上流过的三个对称电流分量或任一节点的

4、三个对称电压分量的相量之和，等于对应原网络中同一元件上流过的电流相量或同一节点的电压相量。aa1a2a0aa1a2a0=+=+IIIIUUUU第7页/共54页对于三相对称的元件，各序分量是独立的，即正序电压只与正序电流有关，如果该元件流过三相正序电流，则元件上的三相电压降也是正序的。设输电线路末端发生了不对称短路，由于三相输电线是对称元件，每相自阻抗相等，为Z ZS S；任意两相间的互阻抗设为Z Zm m。线路上流过三相不对称的电流，则三相电压降也是不对称的。10.2 10.2 对称分量法在不对称故障分析中的应用 ababaaSmmbmSmbmmsccccUIZZZUZZZIZZZUIUZI第

5、8页/共54页Z1、Z2、Z0分别称为线路的正序、负序、零序阻抗。 应用对称分量法：1120120120120120 1201120202smsmsmT UZTIUT ZTIZIZZZZZZZZZZ 第9页/共54页 元件的序阻抗，即该元件通过某序电流时，产生相应的序电压与该序电流的比值。 静止的元件，如线路、变压器等，正序和负序阻抗相等； 对于旋转设备，各序电流会引起不同的电磁过程，三序阻抗总是不相等的。a相电压降的序分量表示为：相电压降的序分量表示为：a111a222a000aaaUZ IUZ IUZ I可见，对于三组对称元件中的不对称电流电压的计算，可可见，对于三组对称元件中的不对称电流

6、电压的计算，可以分解成三组对称的分量，分别进行计算。以分解成三组对称的分量，分别进行计算。第10页/共54页简单系统中发生a相短路接地，介绍应用对称分量法分析短路电流及短路点电压。第11页/共54页 应用对称分量法将故障处电压分解为正序、负序、零序三组对称分量。故障网络分解故障网络分解为三个独立为三个独立的序网：的序网：正序网正序网负序网负序网零序网零序网第12页/共54页正序网：包含发电机的正序电源电势和故障点正序电压分量，网络中通过正序电流，对应的各元件阻抗皆为正序阻抗；负序网：只有故障点电压的负序电势，网络中通过负序电流，对应的各元件阻抗为负序阻抗。零序网：只有故障点电压的零序电势，网络

7、中通过零序电流，对应的各元件阻抗为零序阻抗。第13页/共54页 在正序网络和负序网络中，因三相对称，流过中性线的电流为零，故可将中性点的接地阻抗ZN略去；在零序网络中，中性线电流为三倍零序电流，故在单相零序网中接入3ZN的接地阻抗。1112220001202120212000000afaf afaf afaf afafafafaf bf af af af cf af af aEUZ IUZIUZIUUUUIa IaIIIaIa II第14页/共54页10.3 10.3 同步发电机的负序和零序电抗在工程计算中，同步发电机零序电抗的变化范围为： dxx ）6.015.0(0(10.5)(10.5)

8、如果发电机中性点不接地，不能构成零序电流的通路，此时其零序电抗为无限大。同步发电机的负序电抗一般由制造厂提供，也可按下式估算：无阻尼绕组的水轮发电机：dqdxxxx45.12（10.710.7）dqdxxxx ） 22.11 (22（10.610.6）汽轮发电机及有阻尼绕组的水轮发电机：汽轮发电机及有阻尼绕组的水轮发电机：第15页/共54页10.4 10.4 异步电动机的负序电抗和零序电抗 负序阻抗： （10.810.8） xx 2 零序电抗：零序电抗： 由于异步电动机的三相绕组通常接成三角形由于异步电动机的三相绕组通常接成三角形或不接地的星形，无零序电流的通路，因而零或不接地的星形，无零序电

9、流的通路，因而零序电抗数值为无限大。序电抗数值为无限大。第16页/共54页10.5 10.5 变压器的零序电抗 10.5.1 10.5.1 双绕组变压器 10.5.2 10.5.2 三绕组变压器的零序电抗 10.5.3 10.5.3 自耦变压器的零序电抗 第17页/共54页对于静止元件，二者总是相等的正序电抗：即稳态运行时变压器的等值电抗负序电抗：其值与正序电抗相等。零序电抗：取决于变压器三相绕组的接线方式和 变压器的铁心结构。第18页/共54页10.5.1 10.5.1 双绕组变压器 不计绕组电阻和铁芯损耗，双绕组变压器的零序等值电路如图10.410.4。 其中其中 、 分别为两侧绕组漏抗，

10、分别为两侧绕组漏抗， 为零序励磁电抗。为零序励磁电抗。IxIIx0mx 零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧，零序电压施加在变压器绕组的三角形侧或不接地星形侧，无论另一侧绕组的接线方式如何，都没有零序电流，零序无论另一侧绕组的接线方式如何，都没有零序电流，零序电抗为：电抗为： 0 x第19页/共54页 图10.5 YN10.5 YN，d d接线变压器零序等值电路 1. 接线变压器dYN,000IImIImx xxxxx（10.910.9）第20页/共54页2. 2. 接线变压器yYN,00mxxx（10.1010.10） 图10.6 YN10.6 YN，y y接线变压器零序等值电路

11、 第21页/共54页3. 3. ， 接线变压器YNyn 如果二次侧除接地的中性点外，没有其它接地点，此时零序电抗的计算与 相同。 ,NYyxxxxxxxxIImIImI000)(其中：其中：x为外电路接地电抗。为外电路接地电抗。 如果二次侧另外有一个接地点第22页/共54页 图10.7 YN10.7 YN，ynyn接线变压器零序等值电路 第23页/共54页 的数值主要决定于变压器的铁芯结构。0mx 三个单相变压器组成的三相变压器，三相四柱式三个单相变压器组成的三相变压器，三相四柱式或（五柱式）变压器以及铁壳式变压器或（五柱式）变压器以及铁壳式变压器, ,可以近似可以近似认为：认为：0mx 对于

12、三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序对于三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序电抗较小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗。电抗较小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗。第24页/共54页10.5.2 10.5.2 三绕组变压器的零序电抗 1. 1. 接线变压器ydYN ,xxxxIII0 （10.1210.12） 可以忽略其零序励磁电抗0mx第25页/共54页2. 2. 接线变压器yndYN,ydYN, 如没有另一接地点，变压器的零序电抗与如没有另一接地点，变压器的零序电抗与 相同相同0()IIIIIIIIIIIx xxxxxxx （10.1310.13） 如如侧另有一对地电抗侧另有一对地电抗

13、为为x x的接地点，如图的接地点，如图10.810.8（b b）所示）所示, ,零序电抗为：零序电抗为：第26页/共54页图10.8 10.8 三绕组变压器零序等值电路 3. 3. 接线变压器ddYN ,IIIIIIIIIIIxxxxxx0 （10.1410.14）第27页/共54页10.5.3 10.5.3 自耦变压器的零序电抗 自耦变压器中两个有直接电气联系的自耦绕组，一般用来联系两个直接接地系统 两个自耦绕组共用一个中性点和接地线，如果有第三绕组，一般接成三角形。第28页/共54页（1 1） 中性点直接接地的 和 接线自耦变压器 aYN,daYN,零序电抗的求解与普通的变压器相同。00(

14、)IIIIIIIIIIIIIIxxxxxxxxxxx第29页/共54页 (2) (2) 中性点经电抗接地的中性点经电抗接地的 和和 接线自耦变压器接线自耦变压器aYN,daYN,当自耦变压器的中性点经电抗接地时，两个绕组的零序电流要影响中性点电位，其值为)(30oIIInnIIxU一、二次侧端点与中性点之间一、二次侧端点与中性点之间的电压值为的电压值为Un、Un，中，中性点对地电压为性点对地电压为Un，一、二，一、二次侧绕组额定电压为次侧绕组额定电压为UN、UN，折算到一次侧的一、，折算到一次侧的一、二次绕组端点对地电压为二次绕组端点对地电压为U、U，则，则 U-U= Un-Un UN/UN第

15、30页/共54页IIININIInInIIIIUUUUx0)(折算到一次侧的等值零序电抗如果中性点经电抗接地，折算到一次侧的零序等值电抗为如果中性点经电抗接地，折算到一次侧的零序等值电抗为：2)1 (3IININnIIIUUxxIIIx第31页/共54页中性点经电抗接地的 自耦变压器daYN ,星形零序等值电路中折算至一次侧的各电抗为：)1 (3)(21IININnIIIIIIIIIIIIIIUUxxxxxx)(3)(212IININIININnIIIIIIIIIIIIIIIIUUUUxxxxxx1()3()2INIIIIIIIIIIIIIIIIIInIINUxxxxxxU（10.1610.1

16、6）第32页/共54页xxxxxxxxIIIIIIIIIII)(0从变压器I I侧观察到的零序等值电抗的有名值为： （10.1710.17）图10.10 10.10 中性点经电抗接地的自耦变压器零序等值电路第33页/共54页10.6 10.6 架空输电线的零序阻抗 10.6.1 “导线大地”回路的自阻抗与互阻抗 10.6.2 单回路架空输电线的零序阻抗 10.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗 10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗 第34页/共54页10.6 10.6 架空输电线的零序阻抗 输电线的正、负序阻抗及等值电路完全相同。 研究零序阻抗，必须考虑大地（或架空地线）的影响。第35页

17、/共54页10.6.1 “导线大地”回路的自阻抗与互阻抗 1. 1. “单导线大地”回路0.050.1445lg()gsaDZRjkmr单导线大地回路单位长度的自阻抗为： 图10.11 10.11 “单导线大地”回路 第36页/共54页2. 2. “双导线大地”回路 图10.12 10.12 “双导线大地”回路 abggmDDjRZlg1445.0（10.1910.19） 双回路间单位长度的互阻抗为：第37页/共54页10.6.2 单回路架空输电线的零序阻抗 图10.13 10.13 单回路架空输电线路 02330.4335lg()gagmDZRRjkmD r零序电抗为：第38页/共54页10

18、.6.3 双回路架空输电线的零序阻抗 图10.14 平行双回线的零序电流通路 两平行回路间的互阻抗： 经过完全换位后，第二回路对第一回路a a相的互阻抗为：00.150.4335lg()()gZjD DkmD式中，式中， 称为两个回路之间的几何均距。称为两个回路之间的几何均距。两回路间的距离愈小，回路间的互感抗愈大，使每回输电线的零序等值电抗愈大。第39页/共54页10.6.4 有架空地线时输电线的零序阻抗 由于架空地线中的零序电流与输电线的零序电流相反，相当于导线旁边的一个短路线圈，其互感为去磁作用，减小了输电线的等值零序阻抗。因此，零序阻抗与架空地线的材质、架空地线与输电线间的距离有关。对

19、已建成的线路一般都通过实测确定其零序阻抗。图图10.15 10.15 有架空地线的单回线路有架空地线的单回线路第40页/共54页10.7 电缆线路的零序阻抗电缆线路的零序阻抗可能介于以下两种情况之间：（1 1）铅（铝）包护层各处都有良好的接地，大地和护层中都有零序电流流通。在这种情况下，地中电流达到最大值，而护层中电流达到最小值。护层中电流的去磁作用最小，零序电抗达到最大值。 （2 2）铅（铝）包护层在各处都经相当大的阻抗接地，）铅（铝）包护层在各处都经相当大的阻抗接地，从而可以认为零序电流只通过护层返回，零序电抗达到从而可以认为零序电流只通过护层返回，零序电抗达到最小值。流过大地的电流最小值

20、。流过大地的电流 。0gI第41页/共54页电缆线路的零序阻抗一般也是通过实测确定。在近似计算中可取表10.1给出了工程计算中常用元件的各序电抗，可以在计算中选取。10106 . 45 . 3(10 xxrr），第42页/共54页 表10.1 10.1 各类元件的电抗平均值 第43页/共54页接上页第44页/共54页10.8 电力系统的序网络 10.8.1 正序网络 10.8.2 负序网络 10.8.3 零序网络 第45页/共54页 利用对称分量法分析电力系统的各种不对称故障，首先应该绘出与系统各序阻抗相对应的序网络，利用序网络依次求得待求电量的各序分量之后，再进行合成，求得最终结果。 在制定

21、各序网络时，一般从故障点做起，根据各序电流的流通路径，确定各序网络的结构，由各元件的序阻抗构成一个完整的序网络。第46页/共54页10.8.1 正序网络首先在短路点f f加入短路点电压的正序分量1aU正序分量电流流经的元件，用相应的正序阻抗表示，其中发电机电抗用次暂态电抗 表示，发电机的电势用次暂态电势 表示。dx E 中性点阻抗不计入正序网络。第47页/共54页第48页/共54页10.8.2 10.8.2 负序网络 在短路点f f处加入短路点电压的负序分量 ，各元件的电抗用负序电抗表示。发电机没有负序电势，中性点阻抗不计入负序网络。2aU第49页/共54页10.8.3 零序网络 在短路点f f处加入短路电压的零序分量 。 零序电流的流通情况与短路点的位置和变压器绕组的接线方式及中性点是否接地有关。0aU流经各元件的电抗均用零序电抗表示流经各元件的电抗均用零序电抗表示发电机无零序电势发电机无零序电势发电机、电动机均无零序电流流过。发电机、电动机均无零序电流流过。中性点电抗中性点电抗 有三倍的零序电流通过。有三倍的零序电流通过。在同一电压等级的网路中，必须要有两个接地点 才能构成零序电流的通路。