第一章 电力系统故障分析的基本知识 - 图文-

1、第一章电力系统故障分析的基本知识绪论一、电力系统的组成二、电力系统运行参量与元件参数三、电力系统运行状态四、电磁暂态和机电暂态一、电力系统的组成电力系统是由发电机、变压器、输电线路、用电设备(负荷组成的网络,它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互连元件分为两类:电力元件:他们对电能进行生产(发电机、变换(变压器、整流器、逆变器、输送和分配(电力传输线、配电网、消费(负荷;控制元件:改变电力系统的运行状态,如同步电机的励磁调节器、调速器以及继电器等。二、电力系统运行参量与元件参数运行参量:能够定量地确定系统的运行状态。包括功率、电压、电流、频率以及电动势向量间的角位

2、移等等。元件参数:由系统元件的物理性质决定,代表元件的特性,如电阻、电抗、电导、输入电阻和转移阻抗,变压器变比,时间常数和放大倍数等。三、电力系统运行状态稳态:严格地说,其运行参量并不是常量,而是持续地在某一平均值附近变化的量,但变化值很小,可以认为是常量。如“电力系统稳态分析”课的内容,此外静态安全分析也属于电力系统稳态分析的内容。暂态:电力系统受到各种突然扰动,使电力系统处于暂态过程中,这时运行参量可能发生较大的变化。如过电压、短路等二是把握目标,明确任务,克服马虎应付的态度。要进一步明确岗位练兵各类岗位的目标,深入领会考核标准和训练要求,明确岗位练兵活动各项工作要求,确保达到预期的效果。

3、三是讲究方法,提高效率,克服简单肤浅的观念。要坚持日常的自学自练,力争在较短的时间内熟练掌握本职岗位应知应会的基本知识、基本技能,学深学透,全面提高自身的政治、业务、体能素质,以利回到本单位更好地辅导民警。同时也要做好自己的日常工作,做到练兵、工作两不误、两促进,力争通过练兵活动,提高工作水平。四是认真做好基础工作。局评经核准已印发,从内容看,大部分都体现在基础工作和文字记载上。今天参加培训的以各单位政工干事为主,希望大家认真负起责任,为领导当好参谋,按监狱总体要求,做好基础工作,为培训打下坚实基础。电力系统稳态分析得到的是一个系统的平衡状态,不涉及系统元件的动态属性和过渡过程。因此其数学模型

4、不包含微分方程,是一组高阶数的非线性方程。暂态分析中的稳定分析也叫动态分析,主要目的是研究系统在各种干扰下的稳定性,属于动态安全分析,在其数学模型中包含微分方程。四、电磁暂态和机电暂态电磁暂态过程(故障分析:受扰动后不涉及到机械量(角位移,角速度的变化,如短路故障后电网中电流,电压的变化。如在变压器、输电线路中的机电暂态过程(稳定分析:受扰动后机械量(角位移,角速度的变化,分析发电机组转子运动规律。第一章电力系统故障分析的基础知识第一节故障概述第二节标幺制第三节无限大功率电源供电的三相短路电流分析第一节故障概述短路: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。在正常运行时

5、,除中性点外,相与相或相与地之间是绝缘的。短路的类型:三相短路、亮相短路、单相短路、两相短路接地。单相短路接地最多。分对称故障和非对称故障。 占大多数。三相短路时三相回路依旧是对称的,故称为对称短路;其他几种短路均使三相回路不对称,故称为不对称短路。产生短路的原因自然界的破坏:雷击闪络引起过电压、空气污染使绝缘子表面载正常工作电压下放电、鸟兽跨接在裸露的载流部分以及大风或覆冰引起架空线杆塔倒塌。人为的破坏:运行人员带负荷拉刀闸,在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作,施工挖沟伤电缆,放风筝落到高压线上。设备自身问题:绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等。三、短路

6、对电力系统的危害对设备的危害:短路点的电弧烧坏电气设备,甚至引起爆炸。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。另一方面,导体也会受到很大的电动力的冲击,致使导体变形,甚至损坏。对系统电压的影响:短路还会引起电网中电压降低,对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机,它的电磁转矩同端电压的平方成正比,电压下降时,电动机的电磁转矩显著减小,转速随之下降。当电压大幅度下降时,电动机甚至可能停转,造成产品报废,设备损坏等严重后果。 短路对电力系统的危害对系统稳定性的影响:当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时,并列运行的发电厂可能失去同步,破坏系统稳定,造成大片地

7、区停电。这是短路故障的最严重后果。对通信系统的影响:发生不对称短路时所引起的不平衡电流产生的不平衡磁通,会在邻近的平行的通信线路内感应出相当大的感应电动势,造成对通信系统和铁路信号系统的干扰,甚至危及设备和人身的安全四、减少短路对系统的危害措施电力系统设计和运行时,都要采取适当的措施来降低发生短路故障的概率,例如采用合理的防雷措施、降低过电压水平、使用结构完善的配电装置和加强运行维护管理等。在线路上加装电抗器:可以选用轻型的设备加装继电保护装置:采取减少短路危害的措施,其中,最主要的是迅速将发生短路的元件从系统中切除,使无故障部分的电网继续正常运行四、减少短路对系统的危害措施自动重合闸:由于大

8、部分短路不是永久性的而是暂时性的,就是说当短路处和电源隔离后,故障处不再有短路电流流过,因此现在广泛采用重合闸措施。所谓重合闸就是当短路发生后断路器迅速断开,使故障部分与系统隔离,经过一定时间再将断路器合上。对于暂时性故障,系统就因此恢复正常运行,如果是永久性故障,断路器合上后短路仍存在,则必须再次断开断路器。装设重合闸的成功率,110kv 及以上 75% 95%75% 95%;35kv 及以上,50%80%五、故障类型横向故障:短路故障纵向故障:断线故障复杂故障:不同地点,同时发生不对称故障。短路故障分析的内容和目的短路故障分析的主要内容包括故障后电流的计算、短路容量(短路电流与故障前电压的

9、乘积的计算、故障后的系统中各点电压的计算以及其他的一些分析和计算,如故障时线路电流与电压之间的相位关系等。短路电流计算与分析的主要目的在于应用这些计算结果进行继电保护设计和整定值计算,开关电器、串联电抗器、母线、绝缘子等电气设备的设计,制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。第二节标幺制学习两个新内容:(1不同基准值下标幺值的换算(2标幺值归算的近似计算法第二节 标幺制 标幺值=位的物理量基准值(与有名值同单量有名值(有单位的物理B B B B B S S S S Q Q S P P Z X X Z R R =*基准值的选取(3kA U S I B BB =(32=B B B B B S U I

10、 U Z基准值改变时标幺值的换算发电机、变压器、电抗器的阻抗参数均是以其本身额定值为基准值的标幺值或百分值给出的。必须取统一的基准值,换算的桥梁是有名值。(如:电力系统稳态分析208页的例题就是如此发电机不同基准值下的标幺值换算NN B B X X X X ×=×*(NB B N N N B N B I I U U X X X X X ×=×=*(1*B B B B X X X X X X ×=2(*N N N N X X X X X X ×=变压器%100%100%1003%*2×=×=×=(N T T

11、 NN N T N S X X U S U X I U (%(/22*NB B N S B B T B T B T S S U U U S U X Z X X =电抗器%100%1003%*×=×=(N R NR N R X U X I U (100%*NB B N R B R I I U U X X (=因为电抗器的额定值是电源和电流变压器联系的不同电压等级电网中的各元件参数标幺值的计算准确计算法:选择一个基本段,其它各段的参数均向这一段归算。按变压器的实际变比规算。近似计算法:不按变压器的实际变比归算,而假定变压器的变比为各电压等级的额定电压的平均值之比。电压基准值就是

12、各自的平均额定电压值。短路计算用该方法 五、频率、角速度和时间的基准值为频率的基准值,电角速度的基准值为用有名值表示 用表么值表示 实际t 的基准值一般取为。N S B f 2=L X s =*L X =IL=*X I =S E *=E 50=N f s B t /1=s t B 314/1=无限大功率电源供电的三相短路电流分析无穷大电源:无穷大电源是一种理想电源,它的特点是:(1电源功率为无穷大。当外电路发生任何变化时,系统频率不变化,保持恒定。(2电源的内阻抗为零。电源内部无电压降,电源的端电压恒定。实际上,真正的无穷大电源是没有的,它只是一个相对的概念,某一电源(或多个电源并联其功率大于

13、其他电源10倍以上,就可将此电源近似认为是无限大电源暂态过程分析sin(00+=t I i m a (2220L L R R U I mm +=(R R L L arctg+=0当在f 点突然发生三相短路时sin(a t U Ri dtdi L m a a +=+这是一阶常系数线性非齐次的常微分方程ai 特解即为稳态短路电流 又称交流分量或周期分量 pai (+=+=t I t ZU i i m m paa sin sin 阻抗的模稳态电流幅值功率因数角通解aT t aa Cei =RL T a =短路电流的自由分量电流,又称为直流分量或周期分量为直流分量的起始值短路的全电流(aT t m a

14、 Cet I i +=sin如何求C在含有电感的电路中,根据楞次定律,通过电感的电流是不能突变的,即短路前一瞬间的电流值(用下标表示必须与短路发生后一瞬间的电流值(用小标0表示相等,即:0(000000sin sin(aa pa m a m a i i C I i I i +=+=(=a I I i i i C m m pa a aa sin sin 00000故障前一瞬间的短路电流故障后一瞬间的短路电流全电流的表达式(aT t m m m a eI I t I i +=sin sin sin 00(aT t m m m b eI I t I i +=120sin 120sin 120sin

15、00(aT tm m m c e I I t I i +=120sin 120sin 120sin00 二、短路冲击电流、最大有效值电流1.短路冲击电流2.最大有效值电流短路的最恶劣情况的条件空载,则,一般在短路回路中,感抗值要比电阻值大得多,即 ,因此可以认为若初始相角满足 ,在这种情况下,当 或 时,相量 与时间轴平行,即相处于最严重的情况00=m I R L >>090090=0=180=ma I (a T t m m m a eI I t I i +=sin sin sin 0000=m I 0=90= 将 带入得(aT t m m a e I t I i +=900sin

16、 0900sin aT t m m a e I t I i +=cos 瞬时值,即短路冲击电流,将在短路发生经过约半个周期后(当为50Hz时,此时间约为0.01s出现短路冲击电流 iM I m + I m e 0.01 Ta = (1 + e 0.01 Ta I m = K M I m 冲击系数，一 般取1.81.9 冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定度 2最大有效值电流 在短路暂态过程中，任一时刻t的短路电流有 效值 I t ，是以时刻t为中心的一个周期内瞬时 电流的均方根值，即： 1 t+ 2 2 1 t+ 2 1 t+ 2 2 2 2 It = i dt = ( i + i dt = ( i + i pt at pt at + 2i pt i at dt T T T T t 2 T t 2 T t 2 式中假设在t前后一周期内不变，交流分量 T iat T T iat 一个周期内积分平均值为零，则 1 T T 2 T t 2 t+ 2i pt iat dt = 0 短路电流的有效值为 1 t+ 2 2 2 2 2 2 2 It = ( i + i dt = i + i = ( I / 2