电力系统故障分析第八章电力系统故障特征及其应用教案课件

1、第8章 电力系统故障特征及其应用教学目的：掌握不对称故障序分量的关系掌握利用相电流差突变量构成的选相原掌握工频变化量方向元件的工作原理 第一节 短路故障序分量的关系 一、故障线路和非故障线路两侧序电流相位关系 线路一侧序电流的正方向规定由母线指向被保护线路. (a)(b)（a）电力系统接线 （b）负序网络 在负序网络中形成两个分支电流 和 ,当负序网络中各元件具有相同的阻抗角时，则 和 同相位。 对于故障线路PN，显然 ，所以故障线路两侧的负序电流同相位。 对于非故障线路MP， 是穿越电流， ，故非故障线路两侧的负序电流反相位。 可见，比较输电线路两侧负序电流的相位关系，可以检测出故障线路和非

2、故障线路，当然，这是指输电线路两侧存在负序电流时的情况 。 其中 均是正序电流突变量 ，故障线路PN两侧的 同相位；非故障线路MP两侧的 反相位，于是，比较输电线路两侧正序电流突变量的相位关系，同样能检测出故障线路和非故障线路。 对于接地短路时，在中性点直接接地的电力系统中存在零序电流，该零序电流必然存在于零序网络中 ,当故障线路两侧均有中性点接地时，故障线路两侧的零序电流同相位；对非故障线路，如果存在零序电流，该零序电流呈穿越性质，所以非故障线路两侧的零序电流反相位。 二、正向、反向故障时序电流和序电压的相位关系正方向故障 反方向故障 负序电流和负序电压间的相位关系（a）正方向故障 （b）反

3、方向故障（a）（b） 正方向短路时，负序电流超前负序电压的相角为 ，其中 是元件的负序阻抗角。另外，该式也表明了正方向故障时负序电流和负序电压间的相位关系，由保护反方向上的等值负序阻抗角决定. 反方向故障时，负序电流滞后负序电压的相角为 。该式表明了反方向故障时，负序电流和负序电压间的相位关系，由保护正方向上的等值负序阻抗角决定. 当保护安装处的 的相角为 （一般为 ）时，说明短路故障在保护正方向上；当 滞后 的相角为 （一般为 ）时，说明短路故障在保护反方向上。 Note：对于无源的零序网络也有与负序网络相似关系。同样可以通过判别正方向、反方向接地短路时 有不同的相位关系，可判别出接地故障发

4、生在保护的正方向上还是反方向上，从而检测出了接地故障的方向。 三、接地故障时负序电流与零序电流间的相位关系 两相接地时，非故障相故障点电流中负序和零序分量的幅值虽然不同，但是相位相同。 (a) （b） （c） （d)（a）A相接地；（b）B相接地；（c）C相接地；（d）以 为基准时不同相别单相接地时零序电流的相位 单相接地时，故障相故障点电流中正序、负序和零序分量不仅幅值相同，而且相位也相同；C相接地时， 与 间的相位关系为 对应于图（d）中 的 区。Note:利用上述关系可以在单相接地时选择出故障相。A相接地时， 与 间的相位关系为 对应于（d）中的 区。B相接地时， 与 间的相位关系为 对

5、应于图（d）中的 区。a） （b） （c） （d） 不同相别两相接地时 与 间的相位关系（a）BC相接地；（b）CA相接地；（c）AB相接地；（d）以 为基准时不同相别单相接地时零序电流的相位Note：当经过很大过渡电阻接地故障时，会影响 与 的相角关系，上述结论会有偏差。第二节 断线故障序分量的关系一、故障线路和非故障线路两侧序电流相位关系 非全相运行时负序网络 断线故障情况下，全相运行线路PN和非全相运行线路MP中都存在负序电流，且负序电流均是穿越性的，即 、 ，所以非全相运行线路、全相运行线路两侧的负序电流均呈反相关系，类似于输电线路外部发生了不对称短路故障。 Note：由于负序网络与零

6、序网络都是无源网络，所以，断线时，零序电流的相位关系与负序电流的相位关系相同。 二、输电线路序电流和序电压的相位关系 全相运行线路PN，有P侧的 、 的相位关系相当于反方向上发生了短路故障；N侧的 、 的相位关系相当于正方向上发生了短路故障。可见，全相运行线路两侧 、 的相位关系与区外发生短路故障时的相位关系一样。对于非全相运行线路MP，假设断口一侧的负序电压由母线电压互感器二次侧获得，有 两侧 、 的相位关系与输电线路内部发生短路故障时的相位关系相同当断口一侧的负序电压由线路电压互感器二次测获得时，有 两侧 、 的相位关系与输电线路外部发生短路故障时的相位关系相同。 第三节 复故障分析 复故

7、障：可能两处同时发生短路故障和断线故障 。常见的复故障形式：当线路的一侧附近发生单相接地时，该侧保护动作，断路器断开，而另一侧断路器还没有断开；单相接地故障发生后，两侧保护动作，故障相两侧断路器断开，而这时健全相又发生接地故障一、单相断线接地复故障下电气量的计算（一）复故障的分析方法 A相断线并接地的系统分析图（a）单相断线接地系统图（b）单独断线状态（c）断线接地故障附加状态 叠加定理（a）=（b）+（c）（二）保护安装处电流计算A相的各序电流为 二、线路两侧序电流相位关系的分析 线路上单相接地短路且一侧单相跳闸后，线路两侧正序、负序、零序电流间的相位关系与短路点位置有关。当F点靠近M端时，

8、可能 ，在N侧单相跳闸后，两侧负序电流同相位，而两侧零序电流反相位。 当图（a）中的短路点F点靠近N端时， ，在N侧单相跳闸后，两侧负序电流呈反相位、两侧零序电流呈同相位；三、线路两侧的序电压和序电流的相位关系分析当负序（零序）电压取自于母线上时：M、N母线上的负序（零序）电压滞后负序（零序）电流，相当于正方向上发生了短路故障。即当负序（零序）电压取自于母线上时，序电压与序电流的相位关系不受线路故障类型的影响。 当负序（零序）电压取自于线路电压互感器时 ：M侧相位关系与负序（零序）电压取自于母线电压互感器时相同 ，相当于正方向上发生了短路故障。在 时，N侧A相跳闸后，N侧零序电流超前线路侧零序

9、电压，相当于正方向上发生了短路故障；N侧负序电流滞后线路侧负序电压角，相当于反方向上发生了短路故障。在 情况下，N侧A相跳闸后，情况相反，负序电流超前线路负序电压，零序电流滞后线路侧零序电压角,相当于正方向上发生了短路故障。第四节 相电流差突变量选相元件的构成原理一、选相原理相电流差突变量选相元件是在系统发生故障时利用两相电流差的变化量的幅值特征来区分各种类型故障。 单相接地短路的相电流差突变量的幅值特征是两非故障相电流差等于零 两相短路的相电流差突变量的幅值特征是两故障相电流差值最大 三相短路的相电流差突变量的幅值特征是三个两相电流差故障分量均相等 两相接地短路的相电流差突变量的幅值特征与两

10、相短路相同 附加措施：检察是否有零序电压或零序电流 区分接地故障还是两相短路。二、故障相的判别 三、对相电流差突变量选相元件的评价特点:1、不受负荷电流和过渡电阻影响。3、在 的系统中，单相接地短路时，由于非故障相两相电流差的变化量不等于零，因此，应通过对实际系统的计算确定单相接地短路的选相条件。2、能正确区分出单相接地短路和两相或三相短路。4、在两相接地短路时可能出现的误选相问题。5、该原理的选相元件不能用在弱电侧。第五节 工频变化量方向元件一、工频变化量方向元件的算法 原理是比较电压和电流故障分量的相位 . 正方向元件 反方向元件 算法为模拟阻抗 补偿阻抗 取否则取二、工频变化量方向元件的工作原理（a） （b） 、 元件原理分析图（a）正向短路系统图 （b）反向短路系统图正方向短路：为转换因子，不同的故障类型取不同的值，以提高方向元件的灵敏度。 反向短路时 结论：工频变化量方向元件 、 所测得的相位在