电力系统暂态分析-第5章不对称故障的分析计算_第1页
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文档简介

1、电力系统暂态分析电力系统暂态分析o 5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压o 5.2 非故障处电流电压的计算 o 5.3 非全相运行的分析计算o 5.4 计算机计算程序原理框图1+25.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压 一、简单不对称短路的分析计算一、简单不对称短路的分析计算 不对称网络不对称网络可分解成对称可分解成对称网络,如右图网络,如右图所示:所示:电力系统暂态分析电力系统暂态分析+3 三相对称网三相对称网络可用单相对络可用单相对称网络分析,称网络分析,如右图所示:如右图所示:电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时

2、故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压4 进一步简化为:进一步简化为:建立各序网的建立各序网的基本方程:基本方程: 1111222000jjjaaaaaaaUEI XUI XUI X 序网络图序网络图a)正序网络)正序网络 b)负序网络)负序网络 c)零序网络)零序网络问:这个方程组中哪些参数是已知的,哪些参数是未知的?电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压51单相接地短路单相接地短路单相接地短路单相接地短路下图表示下图表示a相接地短路。相接地短路。序网络序网络1111222000jjjaaaa

3、aaUEIXUIXUIX u 单相接地短单相接地短路的其他特征路的其他特征00abcUII边界边界条件条件电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压边界条边界条件怎么件怎么用用?基本方程基本方程6u由由0aU120aaaIII1200aaaUUUu另外另外0bcII21220111333111333111333aabcaabcaabcIIaIa IIIa IaIIIII212201 11 31 1 1aaabacIIaaIaaIII120131313aaaaaaIIIIII1201200aaaaaaUUUIII所以边界条

4、件表示为:所以边界条件表示为:电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压71201120jaaaEIIIXXXF短路点的各序分量电流为:短路点的各序分量电流为: u 求解求解 F短路点的各序分量电压为:短路点的各序分量电压为: 01000aaaUj IXj IX 21222aaaUj IXj IX 111120120aaaaaUEj IXUUj IXX 电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压8F短路点的故障相电流为:短路点的故障相电流为: 11

5、2011203j3aaaaaEIIIIIXXXF单相接地短路电流为单相接地短路电流为: (1)13kaaIIIF短路点的非故障相对地电压为短路点的非故障相对地电压为:222112020()(1)abaaaUa UaUUjIaa XaX22112020()(1)acaaaUaUa UUjIaaXaX电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压9u 相量图相量图 单相接地短路时短路点的电压和电流相量图如下所示。单相接地短路时短路点的电压和电流相量图如下所示。单相接地短路时短路点的电压电流相量图单相接地短路时短路点的电压电流相量

6、图a)电压相量图)电压相量图 b)电流相量图)电流相量图电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压10单相接地短路的复合序网单相接地短路的复合序网u 复合序网复合序网 是指根据边界条件所确是指根据边界条件所确定的短路点各序量之间的关定的短路点各序量之间的关系,由各序网络互相连接起系,由各序网络互相连接起来所构成的网络。来所构成的网络。 单相接地短路的复合序网单相接地短路的复合序网如右图所示。如右图所示。 120120013aaaaaaaUUUIIII问:为问:为什么中什么中性点不性点不接地系接地系统的单统的单相短路相短路

7、电流为电流为零零?问:如果是单相经电抗接地,如何计算呢?电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压11单相经电抗接地短路单相经电抗接地短路下图表示下图表示a相经电抗接相经电抗接地短路。地短路。序网络序网络1111222000jjjaaaaaaUEIXUIXUIX u 边界条件边界条件0aafbcUI ZII电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压基本方程基本方程12120120120aaaaaafaaaUUUIIIZIII所以所以a相经阻抗接地的

8、边界条件表示为:相经阻抗接地的边界条件表示为:电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压1201120j3aaafEIIIXXXZ复合序网图复合序网图计算求解计算求解例:如下图所示的简单电力系统中,已知参数如下:例:如下图所示的简单电力系统中,已知参数如下:发电机发电机G:11.10 0 0.12 200 cos0.85dNNEXPMW变压器变压器T:250 %10.5 10.5/242 NkSMVA Uk线路线路l:10160 0.4/ 3.5lkm Xkm XX 试计算试计算k点发生点发生a相单相接地短路时的短路电流

9、及非故障相相单相接地短路时的短路电流及非故障相的电压有名值。的电压有名值。13电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压正序网:正序网:负序网:负序网:零序网:零序网:14电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压*1000.1050.042250BTNTNSXXS解:解:选取基准容量SB=100MVA,基准电压UB=Uav,则各元件的标幺值分别为:变压器变压器T:线路线路L1: 1 *221000.4 600.0454230BlavSXXU1*/

10、cos1000.120.051200/0.85BBGGNGNNNNSSXXXSP发电机发电机G:15 0 *1 *3.50.159llXX电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压1 *0.051 0.0420.04540.138X计算序计算序电抗电抗:162*1 *0.138XX0*0.0420.1590.201X1201120j1.1=2.3101380.1380.201aaaEIIIXXXjj 计算序计算序电流电流:电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处

11、的短路电流和电压17F短路点的故障相电流为:短路点的故障相电流为: 120136.936.93 270aaaaaIIIIIj 11006.931.743230akIIkAF短路点的各序分量电压为:短路点的各序分量电压为: 11202.310.1380.2010.783aaUj IXXjj1222.310.1830.319aaUj IXjj 电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压181002.310.2010.464aaUj IXjj F短路点的非故障相对地电压为短路点的非故障相对地电压为:221200.7830.31

12、90.4641.18126.11baaaUa UaUUaa221200.7830.3190.4641.18 126.11caaaUaUa UUaaF短路点的非故障相对地电压有名值为短路点的非故障相对地电压有名值为:2301.18156.73bcUUkV电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压192两相短路(两相短路(b、c两相短路)两相短路) u 边界条件边界条件0abcbcIIIUU 两相短路两相短路右图表示右图表示b、c两相短路。两相短路。 序网络序网络各序网的基本方程为:各序网的基本方程为: 1111222000

13、jjjaaaaaaUEIXUIXUIX 电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压0abcIII 21220111333111333111333aabcaabcaabcIIaIa IIIa IaIIIII212201 11 31 1 1aaabacIIaaIaaIII21220113311331133abbabbabbIaIaIIa IaIIII0120aaaIII 20电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压问:两问:两相短接相短接短路故短路故

14、障有零障有零序电流序电流吗?吗?212201 11 31 1 1aaabacUUaaUaaUUU12aaUU21220111333111333111333aabcaabcaabcUUaUa UUUa UaUUUUUbcUU21220111333111333111333aabbaabbaabbUUaUa UUUa UaUUUUU21电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压22u两相短路(两相短路(b b、c c两相短路)边界条件两相短路)边界条件0abcbcIIIUU 012120aaaaaIIIUU u 复合序网:复合

15、序网: 1111222000jjjaaaaaaUEIXUIXUIX 联立联立电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压23211222jjaaaaUUIXIX F短路点的各序分量电压:短路点的各序分量电压: F短路点的故障相电流为:短路点的故障相电流为: 22120111()j 3j 3baaaaacbaIa IaIIaa IIIII u 所以:所以:F短路点的各序分量电流为:短路点的各序分量电流为: 11212j)aaEIIXX (电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称

16、短路时故障处的短路电流和电压24F短路点各相对地电压为:短路点各相对地电压为:1120122j2aaaaaaUUUUUIX在远离发电机的地方发生两相短路时,可认为,在远离发电机的地方发生两相短路时,可认为,则两相短路电流为:则两相短路电流为:21XX(2)(3)1112133322kkEEIIXXXF两相短路电流两相短路电流: 上式表明,两相短路电流为同一地点三相短路电流的上式表明,两相短路电流为同一地点三相短路电流的 倍。倍。 2321201bcaaaaUUa UaUUU (2)111233bckaEIIIIXX电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各

17、种不对称短路时故障处的短路电流和电压25u 相量图:相量图:两相短路时短路点的电压电流相量图两相短路时短路点的电压电流相量图a)电压相量图)电压相量图 b)电流相量图)电流相量图电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压26两相经阻抗短路(两相经阻抗短路(b、c两相短路)两相短路) u 边界条件边界条件0abcbbcfIIIUUI Z 电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压0121120aaaaaafIIIUUIZ 例:如下图所示的简单电力系统

18、中,已知参数如下:例:如下图所示的简单电力系统中,已知参数如下:发电机发电机G:11.10 0 0.12 200 cos0.85dNNEXPMW变压器变压器T:250 %10.5 10.5/242 NkSMVA Uk线路线路l:10160 0.4/ 3.5lkm Xkm XX试计算试计算k点点发生发生b、c相直接短路时的短路电流及非故障相的电压相直接短路时的短路电流及非故障相的电压有名值有名值27电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压正序网:正序网:负序网:负序网:零序网:零序网:28电力系统暂态分析电力系统暂态分析

19、5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压*1000.1050.042250BTNTNSXXS解:解:选取基准容量SB=100MVA,基准电压UB=Uav,则各元件的标幺值分别为:变压器变压器T:线路线路L1: 1 *221000.4 600.0454230BlavSXXU1*/cos1000.120.051200/0.85BBGGNGNNNNSSXXXSP发电机发电机G:29 0 *1 *3.50.159llXX电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压1 *0.051 0.0

20、420.04540.138X计算序计算序电抗电抗:302*1 *0.138XX0*0.0420.1590.201X11121.1=3.986j01380.138aEIjXXj 计算序计算序电流电流:213.986aaIIj 00aI电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压31F短路点的故障相电流为:短路点的故障相电流为: 2120136.96.9 180baaaaIIIIjI 21006.91.7323230kIkAF短路点的各序分量电压为:短路点的各序分量电压为: 11220.55aaaUUjXI6.96.9 0cb

21、II 00aU电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压32F短路点的非故障相对地电压为短路点的非故障相对地电压为:121.1 1.1 0aaUU10.550.55 180bcaUUU F短路点的非故障相对地电压的有名值为短路点的非故障相对地电压的有名值为:2301.1146.073aUkV2300.5573.043bcUUkV电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压333两相接地短路两相接地短路u 边界条件边界条件00abcIUU1201200

22、aaaaaaIIIUUU两相接地短路两相接地短路右图表示右图表示b、c两相接地短路两相接地短路 。电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压34两相接地短路的复合序网两相接地短路的复合序网u 复合序网:复合序网:1201200aaaaaaIIIUUUu 联立方程求解:联立方程求解:1111222000jjjaaaaaaUEIXUIXUIX 与与电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压3511120j/)aEIXXX(20112020aaaaXXU

23、UUj IXXF短路点的各序电压为:短路点的各序电压为:F短路点的各序分量电流为:短路点的各序分量电流为: 02120aaXIIXX 20120aaXIIXX 电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压36F短路点故障相的电流为:短路点故障相的电流为:2220120120()baaaaXaXIa IaIIIaXXF流入地中的电流为(或者是流经变压器中性线的电流):流入地中的电流为(或者是流经变压器中性线的电流): gbcIII2220120120()caaaaXa XIaIa IIIaXX222020112020=()+

24、()aaXaXXa XIaIaXXXX21203aXIXX 03aI电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压37F短路点非故障相电压为:短路点非故障相电压为: 20112033aaaXXUUj IXXF两相接地短路电流为两相接地短路电流为 :22(11)220202011202022202201122020201220()()3393332242()3 1baakaacaXaXa Xa XXaXIIIaIXXXXjXjXXXXIIXXXXXXIIXX ,()电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处

25、的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压38两相接地短路时短路点的电压电流相量图两相接地短路时短路点的电压电流相量图a)电压相量图)电压相量图 b)电流相量图)电流相量图u 相量图:相量图:电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压例:如下图所示的简单电力系统中,已知参数如下:例:如下图所示的简单电力系统中,已知参数如下:发电机发电机G:11.10 0 0.12 200 cos0.85dNNEXPMW变压器变压器T:250 %10.5 10.5/242 NkSMVA Uk线路线路l:10160 0.4/ 3

26、.5lkm Xkm XX试计算试计算k点点发生发生b、c相接地短路时的短路电流及非故障相的电压相接地短路时的短路电流及非故障相的电压有名值。有名值。39电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压正序网:正序网:负序网:负序网:零序网:零序网:40电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压*1000.1050.042250BTNTNSXXS解:解:选取基准容量SB=100MVA,基准电压UB=Uav,则各元件的标幺值分别为:变压器变压器T:线路线路L

27、1: 1 *221000.4 600.0454230BlavSXXU1*/cos1000.120.051200/0.85BBGGNGNNNNSSXXXSP发电机发电机G:41 0 *1 *3.50.159llXX电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压1 *0.051 0.0420.04540.138X计算序计算序电抗电抗:422*1 *0.138XX0*0.0420.1590.201X11120j/1.1=5.00.138 0.20101380.1380.201aEIXXXjj 计算序计算序电流电流:电力系统暂态分析

28、电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压43021200.2015.02.9650.1380.201aaXIIjjXX 201200.1385.02.0350.1380.201aaXIIjjXX F短路点的故障相电流为:短路点的故障相电流为: 212025.02.9652.0357.55 156.13baaaIIIIj 电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压441,11007.551.93230bckIIIkA212025.02.9652.0357.55 2

29、3.87caaaIIIIj 6.116.11 90gbcIIIj1006.111.533230gIkA电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压45F短路点的非故障相对地电压为短路点的非故障相对地电压为:F短路点的各序分量电压为:短路点的各序分量电压为: 012002.0350.2010.409aaaaUUUj IXj j131.2271.227 0aaUUF短路点的非故障相对地电压有名值为短路点的非故障相对地电压有名值为:1.227 230/3162.94aUkV电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时

30、故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压46正序等效定则正序等效定则u 故障相正序电流绝对值故障相正序电流绝对值 可以表示为:可以表示为: )(1naI( )11( )1nanEIXX该式表明,发生不对称短路时,短路电流的正序分该式表明,发生不对称短路时,短路电流的正序分量,与在短路点每一相中接入附加电抗量,与在短路点每一相中接入附加电抗 而发生而发生三相短路的电流相等。因此又称为三相短路的电流相等。因此又称为正序等效定则正序等效定则。 )(nX11120jaEIXXX单相接地:单相接地:1112jaEIXX两相短接:两相短接:11120j/aEIXXX两相接地:两相接地:

31、电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压47u 各种不对称故障时短路电流的绝对值:各种不对称故障时短路电流的绝对值:)(1)()(nannkImI短路类型短路类型 三相短路三相短路 两相短路两相短路 单相接地短路单相接地短路 两相接地短路两相接地短路 )(nX)(nm2X302XX0202XXXX2020213XXXX各种短路时的各种短路时的 和和 值值 ( )nX)(nm(1)13kaaIII(2)13kaII(11)2012203 1kaXXIIXX,()u 各种不对称故障时短路电流的绝对值可表示为:各种不对称故障

32、时短路电流的绝对值可表示为:电力系统暂态分析电力系统暂态分析5.1 各种不对称短路时故障处的短路电流和电压各种不对称短路时故障处的短路电流和电压例:如下图所示的简单电力系统中,发电机例:如下图所示的简单电力系统中,发电机G G、变压器、变压器T T、线路线路l l参数都已知。试计算参数都已知。试计算k k点发生点发生b b、c c相直接短路时母线相直接短路时母线B B上残留的电压以及流向短路点的短路电流。上残留的电压以及流向短路点的短路电流。一、非短路点参数计算一、非短路点参数计算485.2 非故障处电流、电压的计算非故障处电流、电压的计算电力系统暂态分析电力系统暂态分析 电力系统设计运行中,除需要知道故障点的短路电力系统设计运行中,除需要知道故障点的短路电流和电压外,有时还需要知道网络中某些支路电电流和电压外,有时还需要知道网络中某些支路电流和节点电压。流和节点电压。k k495.2 非故障处电流、电压的计算非故障处电流、电压的计算电力系统暂态分析电力系统暂态分析基本思路:基本思路:先求出电流电压先求出电流电压的各序分量在网络中的分布,的各序分量在网络中的分布,然后将相应的各序分量进行然后将相应的各序分

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