电力工程基础-电力系统的对称故障课件

鞠平主编ELECTRICPOWERENGINEERING电力工程第十章电力系统的对称故障鞠平主编ELECTRICPOWERENGINEE第十章电力系统的对称故障10.1电力系统故障概述10.2无穷大电源供电系统的三相短路10.3同步发电机的突然三相短路第十章电力系统的对称故障10.1电力系统故障概述10.10.1电力系统故障概述

电力系统故障是指电力系统发生结构性的变化，是一种大的扰动。

故障类型：短路故障，断线故障，复杂故障短路故障类型和统计结果短路类型示意图符号比例(N/mm)三相短路3.1两相短路0.5两相接地短路7.8单相接地短路瞬时性：53.4永久性：35.210.1电力系统故障概述电力系统故障是指电力系统发10.1电力系统故障概述产生故障的主要原因：绝缘介质损坏、自然因素（如雷击造成短路）、人为因素（如操作后忘记取下接地线）。故障引起的后果：短路电流值大大增加，引起电网中电压降低，使部分用户的供电受到破坏引起不平衡系统，对通信等产生干扰可能引发系统性事故，造成大面积停电10.1电力系统故障概述产生故障的主要原因：绝缘介质损坏、10.2

无穷大电源供电系统的三相短路10.2.1定性分析10.2.2冲击电流和最大有效值电流10.2无穷大电源供电系统的三相短路10.2.1定性分析10.2.1

定性分析无穷大电源：一个“理想电源”，能够维持电压、频率恒定，电源内部阻抗为零。近似于无穷大电源的条件：电源功率很大，大于系统其他部分功率的10倍以上；电源的内阻抗很小，小于系统其他部分阻抗的1/10以下；一般电源的稳态特性可近似认为是无穷大电源串联一个内阻抗。10.2.1定性分析无穷大电源：一个“理想电源”，能够维持10.2.1

定性分析短路前，系统处于稳态为电压源的初始相角；为Z的阻抗角无穷大电源供电系统三相电路短路10.2.1定性分析无穷大电源供电系统三相电路短路10.2.1

定性分析假设在t=0（s）时发生三相短路短路点左则短路点右侧对于左侧电路：特解：通解：左侧电路方程的解为：10.2.1定性分析假设在t=0（s）时发生三相短路10.2.1

定性分析根据；楞次定理，电感中电流不能突变则因此10.2.1定性分析根据；楞次定理，电感中电流不能突变10.2.1

定性分析b、c两相电流为10.2.1定性分析b、c两相电流为10.2.1

定性分析稳态短路电流三相幅值恒定且相等，相位相差120°。直流分量最终衰减至零，三相不相等。直流分量为全电流的对称轴。10.2.1定性分析稳态短路电流三相幅值恒定且相等，相位相10.2.2

冲击电流和最大有效值电流冲击电流：暂态过程中电流的最大瞬时值。

用于校验电气设备的动稳定度。最大有效值电流：暂态过程中电流有效值的最大值。用于校验电气设备的热稳定度。1、最大直流分量短路前有载时初始状态电流相量图10.2.2冲击电流和最大有效值电流冲击电流：暂态过程中电10.2.2

冲击电流和最大有效值电流当系统满足以下条件时，直流分量最大：，短路前空载；，短路瞬间的电压初始相角满足关系。此时，最大直流分量为短路前有载时初始状态电流相量图10.2.2冲击电流和最大有效值电流短路前有载时初始状态电10.2.2

冲击电流和最大有效值电流短路瞬时三相电流相量图10.2.2冲击电流和最大有效值电流短路瞬时三相电流相量图10.2.2

冲击电流和最大有效值电流2、冲击电流对于一般高压电力线路，均满足，故

当时，电流为直流分量最大时短路电流波形图10.2.2冲击电流和最大有效值电流2、冲击电流直流分量最10.2.2

冲击电流和最大有效值电流在近似半个周期处KM——冲击系数，工程上一般取1.8或1.910.2.2冲击电流和最大有效值电流在近似半个周期处10.2.2

冲击电流和最大有效值电流3、最大有效值电流一周期内的电流有效值近似认为在该周期不变，等于半个周期处的值。10.2.2冲击电流和最大有效值电流3、最大有效值电流10.2.2

冲击电流和最大有效值电流例：系统中，比较电抗器左侧、右侧分别发生三相短路时的iM及IM，取KM=1.8。解：（1）左侧发生三相短路时10.2.2冲击电流和最大有效值电流例：系统中，比较电抗器10.2.2

冲击电流和最大有效值电流右侧发生三相短路时10.2.2冲击电流和最大有效值电流10.3

同步发电机的突然三相短路10.3.1定性分析10.3.2各分量的初瞬值10.3.3同步发电机的突然三相短路10.3.4各分量的时间常数10.3.5合成转换10.3同步发电机的突然三相短路10.3.1定性分析10.3.1

定性分析

同步发电机端口突然发生三相短路时，发电机定子绕组及转子绕组中的电流分量：由转子中直流分量产生，包括转子中直流分量和定子中基频分量，成为有源分量；由定子中直流分量产生，包括定子中直流分量、转子中基频分量以及定子中倍频分量，称为无源分量或自由分量，最终衰减为零。10.3.1定性分析同步发电机端口突然发生三相10.3.2

各分量的初瞬值1、中的直流分量三相短路，次暂态条件下的电压方程10.3.2各分量的初瞬值1、中的直流分量10.3.2

各分量的初瞬值2、中的交流分量交流分量对应于定子中三相对称直流，滞后电压90°，短路瞬间功角不突变。

总量不变，所以10.3.2各分量的初瞬值2、中的交流分量10.3.2

各分量的初瞬值因此同理，有10.3.2各分量的初瞬值因此10.3.3

各分量的终值短路进入稳态后，，令励磁不变10.3.3各分量的终值短路进入稳态后，10.3.4各分量的时间常数同步发电机电磁暂态过程分两个阶段：次暂态阶段，短路最初的毫秒级暂态过程，此阶段，励磁绕组f对应的变量几乎不变，近似的视为短路，暂态过程主要取决于阻尼绕组D、Q的动态时间常数。暂态阶段，次暂态结束后的暂态过程，此阶段，阻尼绕组D、Q的电流几乎衰减为零，近似的认为开路，暂态过程主要取决于励磁绕组f的动态时间。10.3.4各分量的时间常数同步发电机电磁暂态过程分两个阶10.3.4各分量的时间常数1、d轴直流分量的时间常数次暂态阶段，直轴阻尼绕组的时间常数为暂态阶段，励磁绕组时间常数为d轴直流分量衰减时间常数等效电路10.3.4各分量的时间常数1、d轴直流分量的时间常数d轴10.3.4各分量的时间常数2、q轴直流分量的时间常数由交轴阻尼绕组决定3、定子直流分量的时间常数q轴直流分量衰减时间常数等效电路10.3.4各分量的时间常数2、q轴直流分量的时间常数q轴10.3.5合成转换直轴直流分量变化10.3.5合成转换直轴直流分量变化10.3.5合成转换根据短路前稳态电压方程，忽略定子电阻时，有以时间常数从衰减倒零10.3.5合成转换根据短路前稳态电压方程，忽略定子电阻时10.3.5合成转换将直流分量和交流分量相加经推