电力系统故障分析.ppt

1、电力系统故障分析，丛薇，山东大学电气工程学院，2015，420，a，2，个人简介，工程博士，副教授，硕士生导师，山东大学电气工程学院继电保护研究所副所长，1996年考入山东工业大学，2005年12月博士学位毕业，2009年开始自主招生。他的研究方向是承担两个国家电力系统继电保护项目。有2个省级项目，1个国家电网公司重大科技项目和10个以上重点科技项目，一、三、主要内容，故障分析的基本知识，不对称故障的简单分析和计算，一、四、涉及的基本概念：1。什么是短暂的？2.什么是电磁瞬变？3.故障类型4。研究电力系统暂态过程的方法。故障计算的基本假设，a，5，1。什么是短暂的？正常情况下，电力系统处于稳态

2、运行，此时原动机的输入功率和发电机的输出功率平衡，系统的频率和电压稳定。当系统受到干扰时，上述功率平衡被打破，系统的运动状态随之改变。由于系统包含惯性元件，运动状态的变化不能瞬间完成，而必须经过一个瞬态，这就是所谓的瞬态。一，六，二。什么是电磁瞬变？瞬态过程开始时，系统中发电机和其他旋转机械的转速因惯性而来不及改变，瞬态过程主要由各部件的电磁参数决定。这一阶段称为电磁瞬变。故障类型：对电力系统常见和严重的危害包括短路、断相和各种复杂故障。短路故障是电力系统中最严重的故障。短路的概念是指除电力系统正常运行外，所有相之间或相与地之间的“短路”。原因：各种形式的过电压、绝缘材料自然老化、污垢、直接机

3、械损伤等；线路维护后，操作员在不拆除接地线的情况下，带负荷拉闸刀或增加电压；鸟类和动物跨越暴露的载流部分和自然灾害。短路的类型：各种短路的示意图和代表符号，a，9，短路的基本现象：电流急剧增加，电压大幅下降。短路的后果：(1)长期短路电流会使设备过热并损坏设备；(2)电压急剧下降会导致产品报废和设备损坏；(3)可能使并联运行的电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大规模停电；a，10，4。缺相故障和复杂故障：缺相故障是指电力系统一相或两相断开的情况。它属于不对称断层。复杂故障：指电力系统中不同地点(两个或多个地点)同时发生不对称故障的情况。也称为复杂断层。研究电力系统暂态过程的方法：物理仿真方法

4、数学仿真方法：(1)建立数学模型；(2)数学模型求解；(3)结果分析。a，12，6。故障计算的基本假设：(1)忽略磁路的饱和和磁滞；(2)除不对称故障外，系统可视为对称的。(3)省略了每个元件的电阻。(4)短路是金属短路。a，13，故障分析的基本知识，1-1对称分量法，1-2序列阻抗的基本概念，1-3电力系统相序网络的组成，a，14，对称分量法，1。对称分量法将一组不对称三相量视为三个不同对称三相量之和，并根据线性电路中对称三相电路，应用叠加原理求解这三个对称分量。这种方法称为对称分量法。正序分量(b)负序分量(c)零序分量图3-1三组对称分量对应三相不对称相、2。对称分量法在不对称故障计算中

5、的应用，图3-5用对称分量法分析电力系统不对称短路，a，20，正序网络：负序等效网络；(c)零序等值网络图3-6正序、负序和零序等值网络，a，22，对于任何系统，每个序列在其短路点的电压和电流满足下列关系式：解释了各种不对称故障发生时每个序列电流和电压之间的相互关系，并显示了不对称故障的共性。它适用于各种不对称故障。a 23 3。用对称分量法计算电力系统不对称故障的步骤，(1)计算电力系统各分量的序贯阻抗；(2)制定电力系统各序网；(3)按各序网和故障情况列出相应的方程；(4)从联立方程中求解故障点电流和电压的各序分量，并将相应的序分量相加，得到故障点的各相电流和各相电压；(5)计算网络中各序

6、电压和电流的分布，然后计算各指定支路的相电流和各指定节点的相电压。a、24、在制作每一个序网时，我们必须首先了解系统接线、接地中性点的分布以及各元件的序参数和等效电路；然后，从短路点开始，找出网络中顺序电流的循环，以确定每个顺序网络的组成及其具体连接。1-4电力系统a、25、1相序网络的组成。正序网络正序网络是一种常用于计算对称三相短路的网络，流经正序电流的所有元件的阻抗用正序阻抗表示。正序电动势是发电机的电动势。其次，负序网络的元件与正序网络的元件完全相同，每个元件的阻抗应该用负序参数来表示。发电机和各种旋转机械的负序阻抗不同于正序阻抗，其他静止部件的负序阻抗等于正序阻抗。三、零序网络，(1

7、)不含电源的电动势。每个组件的阻抗应由零序参数表示；(2)绘制等值网络时，只能包括有零序电流的元件，但不应包括无零序电流的元件；(3)只有当网络中至少有一个中性点直接连接到短路点时，才能形成零序回路。如果网络中有几个接地中性点直接连接到短路点，则有几个零序电流并联支路。(4)变压器绕组的连接对零序电流的路径有很大影响。(5)连接到发电机或变压器中性点的元件的阻抗值扩大到三倍；(6)并联线路应考虑零序互感的影响。a，27，a，28，简单不对称故障的分析和计算，a，29，4-1概述，简单不对称故障：只在一个地方有短路或断线故障。可分为两类：(1)横向不对称故障：两相短路、单相接地短路和两相接地短路

8、；其特征在于系统网络中的某一点(节点)和公共参考点(接地点)构成故障端口。(2)纵向不对称故障：单相断线和两相断线；其特征在于，在电网中的两个高电位点之间形成故障端口。分析方法：(1)分析方法：三阶网络方程和故障边界条件方程的联立求解；(2)借助复合序列网络。a、30、4-2横向不对称故障的分析和计算，图41系统接线图，a、31、42正、负序和零序等效网络图，a、32单相和两相短路(bc两相短路)，图4-3两相短路发生时的系统接线图，(I)故障边界条件：(2)求解方法(1)用解析法同时求解两组方程(1)和(2)，可以得出故障点电流和电压的序分量为：短路点的序复功率为：故障点的相电流电压为：当故

9、障点远离发电机时，此时可以认为，(2)复合序网法，(3)故障点的电流和电压矢量图：图45两相短路时短路的电压和电流相量图；(4)两相短路的基本特征：(1)短路电压和电流中没有零序分量；(2)两故障相短路电流的绝对值相等，方向相反，为正序电流的倍数；(3)当两相短路发生在远离发电机的地方时，两相短路的电流可以通过计算序网的三相短路来近似计算；(4)两相短路时的正序电流等于三相短路时的电流，此时短路点增加一个附加阻抗，形成一个增强的正序网络。也就是说，(5)短路点处的两个故障相的电压在大小上总是相等的，这是非故障相的电压值的一半，并且两个故障相的电压在相位上总是相同的，但是方向与非故障相的方向相反

10、。图4-6单相接地短路(a相)系统接线图。(一)故障边界条件：转换为对称分量：注：a相被选为a相短路的参考相，b相被选为b相短路的参考相，c相被选为c相短路的参考相。(2)短路时各序的功率为：短路点各相的电流电压为：(3)矢量图： (假设阻抗为纯电抗)，图48单相接地短路时的电压和电流相量图，(4)基本特性：(1)短路点各序的电流大小相等，方向相同。(2)短路点处的正序电流等于当短路点处的原正序网络增加一个附加阻抗时发生三相短路时的电流。(3)短路点的故障相电压等于零。(4)如果两个非故障相的电压幅度始终相等，相位差的大小取决于。当存在，三相和两相接地短路(bc接地)时，图49两相接地短路时的

11、系统接线图，(1)故障边界条件：转换为对称分量，是，注意：当bc接地短路故障时，A相为参考相；如果ca和地之间发生短路故障，则b相为参考相；在ab和地之间短路故障的情况下，相位C是参考相位。故障点各相的电量为：当为纯电抗时，两个故障的相电流为：代入上述公式，作为绝对值。完成后，我们可以得到：当两相短路时，流入地的电流为，故障点各相的电压为，(3)矢量图：(2)短路时两个故障相的电压等于零；(3)在阻抗角相等的假设下，两个故障相电流的幅值总是相等的，并且它们的夹角是相互变化的。(4)流入地面的电流等于两个故障电流之和。4。几个结论1。正序等值规则：不对称短路故障时，故障支路的正序分量电流等于故障

12、点每相增加一个附加阻抗后的三相短路电流。其中故障前故障点的参考相的工作相电压；与短路点故障类型相关的阻抗：短路故障中参考相的选择，特殊相选择一个特殊相作为参考相后，当同一类型的短路故障发生在不同的相时，参考相的序分量条件不会改变，所以复合序网络的形式不会改变，计算公式和结论也不会改变，只有表达式中的脚符号会改变。例如，B相对地短路，B相是特殊相。如果选择B相作为参考相，则边界条件为：如果仍然选择A相作为参考相，则边界条件为：这使得计算公式和复合序列网络之间的连接变得复杂。关于复合序网(1)电力系统故障点的正序网、负序网和零序网属于基本序网，与故障类型和相位无关。然而，由各种序列网络组成的复合序列网络与短路故障的类型和相位有关。(2)串联故障：其复合序列网络由三个独立的序列网络串联而成。如单相接地短路。并联故障：其复合序列网络由三个独立的序列网络并联而成。如两相接地短路故障(两相短路故障只有两个序网)。例4-1某系统的接线如图所示。当点K