电力系统故障分析(第三版)第三章
电力系统故障分析第三章 电力系统元件序阻抗和等值电路
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U0
Zn
变压器流过正、负序电流时，三相电流之和为零，中性点电位为0， 接地阻 抗无影响。 变压器流过零序电流时，接地支路流经3倍零序电流，所以，等值 电路应以3倍阻抗来表示。
（二）三绕组变压器
在三绕组变压器中，为了消除三次谐波的影响，使变压器的电动 势接近正弦波，一般总有一个绕组接成三角形，所以可以不计 。
I
0
I
0
I
0
各相磁路独立，正序、 零序磁 通都按相在其本身 的铁芯中形成回路。所以， 各序励磁电抗相等。
3I
0
X
m0
（2）、三相四柱式/三相五柱式 零序磁通可以通过没有 绕组的铁芯部分形成回路。
I
0
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0
I
0
X
m0
（3）、三相三柱式
0
I
I
0
I
0
零序磁通只能通过箱壁构成回 路，所以磁阻较大。
2 2 2 2 2
零序阻抗: 就是当仅有零序电流通过该元件时形成的零序 压降与通过的零序电流之比，设零序电流 I 通 过该元件时形成一相零序电压为 U ，则零序阻 抗 Z U / I 。
0 0 0 0 0
元件各序阻抗的规律:
旋转元件: 如发电机、电动机、同步补偿机等
正序电流通过定子绕组时产生与转子旋转方向相同的旋转磁场； 负序电流通过定子绕组时产生与转子旋转方向相反的旋转磁场； 零序电流通过定子绕组时不产生旋转磁场，只形成各相的漏磁场。 所以旋转元件的正序、负序阻抗和零序阻抗是互不相等的 。
1 1 3 2
jX T1 jX T3 j X T2
(完整word)电力系统分析.(第三版)知识总结,推荐文档
电力系统分析第一章电力系统稳态分析1.电力系统：通常将生产、变换、输送、分配电能的设备（发电机、变压器、输配电力线路等），使用电能的设备（电动机、电炉等），以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体。
2.电力网络：电力系统中，各种电压等级的输配电力线路及升降变压器所组成的部分。
3.动力系统：电力系统又加上动力设备（汽轮机、水轮机、锅炉）。
4.电能生产、输送、分配和使用特点：①电能与国民经济各个部门、国防和日常生活之间的关系都很密切；②电能不能大量储存；③电力系统中的暂态过程十分迅速；④对电能质量的要求比较严格。
电能质量主要指频率、供电电能偏移和电压波形。
5.对电力系统运行的基本要求：①保证系统运行的安全可靠性；②保证良好的电能质量；③保证系统运行的经济性。
6.电力系统的总负荷：是指系统中千万个用电设备消耗功率的总和。
根据负荷对供电可靠性的要求，电用负荷：一级负荷：①中断供电将造成人身伤亡时；②中断供电将在政治、经济上造成重大损失时；③中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
一级负荷为重要负荷，必须有两个或两个以上的独立电源供电。
一级负荷不允许停电。
二级负荷：①中断供电将在政治、经济上造成较大损失时；②中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
二级负荷为较重要负荷，可由两个独立电源或一回专用线路供电。
二级负荷允许短时停电。
三级负荷：不属于一级和二级负荷者应为三级负荷，三级负荷无特殊要求。
一般采用一个电源供电。
7.电力系统负荷曲线：是指某一段时间内负荷随时间变化的规律的曲线。
8.常用的负荷曲线：①有功功率日负荷曲线和无功功率日负荷曲线：是指系统有功功率或无功功率负荷在一天24小时内的变化规律；②有功功率年最大负荷曲线：是指在一年内每个月最大有功功率负荷变化的曲线；③年持续负荷曲线：是由一年中系统负荷按其数值大小及其持续的时间顺序由大到小排列而成。
9.最大负荷利用小时数：如果负荷始终等于最大负荷Pmax，则经过Tmax小时所消耗的电能恰好等于全年电量W。
电力系统分析第三版电力出版社PPT课件
-
7
第一节电力系统的概述
人类为什么选择使用电能？
问
显著优点
洁净 ： 环保
题 的
方便 : 输送、分配、使用
提
节能 : 能耗小，转换效率高
出
电气化
-
8
电能是如何产生的？
大规模电能是由同步发电机产生 同步发电机发电原理？回顾一下电机学知识……..
定子
转子
机械能
电能
-
9
推动转子旋转的能源形式→多种多样，大家说说…..
一、电力系统的基本概念
电力系统
生产
变换
输送和分配 消费
（发电机）（变压器、整流器、逆变器）（电力传输线、配电网） （负荷）
发电机--变压器--输电线路--用电设备（负荷）网络 通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。
-
19
锅
G
炉
G
水 库
G
核 堆
G
动力系统 电力系统 电力网络
110KV 220KV
电力系统分析
任课教师 张俐
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1
本课程的主要内容及特点
主要内容
电力系统的分析与计算
稳态分析 电力系统的平衡与调整
电力系统
暂态分析
电力系统的经济运行 同步电机的数学模型 电力系统故障分析
电力系统稳定性分析
-
简单
复杂
有功
无功
静态稳定
暂态稳定
2
课程安排
◆ 课堂教学：60学时 ◆ 实验课： 8学时 ◆ 教材：于永源，《电力系统分析》
苏维埃＋电气化＝共产主义（^_^）
-
12
美加2003年“8.14”大停电事故
电力系统暂态分析电力系统(第三版)习题解答
电力系统暂态分析(第三版） 李光琦 习题解答第一章 电力系统分析基础知识1-2-1 对例1-2，取kV 1102=B U ，MVA S B 30=,用准确和近似计算法计算参数标幺值。
解：①准确计算法：选取第二段为基本段，取kV 1102=B U ，MVA S B 30=，则其余两段的电压基准值分别为：9.5kV kV 1101215.10211=⨯==B B U k U kV 6.66.6110110223===k U U B B 电流基准值：kA U S I B B B 8.15.9330311=⨯==kA U S I B B B 16.0110330322=⨯==各元件的电抗标幺值分别为：发电机：32.05.930305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：222121300.1050.12111031.5x *=⨯⨯= 输电线路：079.011030804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01103015110105.02224=⨯⨯=*x 电抗器：4.03.062.26.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：14.06.6305.208.026=⨯⨯=*x 电源电动势标幺值：16.15.911==*E ②近似算法：取MVA S B 30=，各段电压电流基准值分别为：kV U B 5.101=，kA I B 65.15.103301=⨯=kV U B 1152=，kA I B 15.01153301=⨯=kV U B 3.63=，kA I B 75.23.63301=⨯=各元件电抗标幺值：发电机：26.05.1030305.1026.0221=⨯⨯=*x 变压器1T ：11.05.3130115121105.0222=⨯⨯=*x 输电线路：073.011530804.023=⨯⨯=*x 变压器2T ：21.01530115115105.0224=⨯⨯=*x 电抗器：44.03.075.23.6605.05=⨯⨯=*x 电缆线路：151.03.6305.208.026=⨯⨯=*x电源电动势标幺值：05.15.1011==*E1-3-1 在例1-4中，若6.3kV 母线的三相电压为： )cos(3.62αω+⨯=t U s a)120cos(3.62ο-+⨯=αωt U s a)120cos(3.62ο++⨯=αωt U s a在空载情况下f 点突然三相短路，设突然三相短路时ο30=α。
电力系统故障分析课件
复杂故障:指在电力系统中的不同地点 (两处或两处以上)同时发生不对称故障 的情况.又称复故障.
A B C
5. 研究电力系统暂态过程的方法:
物理模拟法 动态模拟实验室 数学模拟法: (1) 建立数学模型: 要求: 简单,合理 (2)求解数学模型: 工具:计算器,计算机 (3)结果分析: 从物理上加以讨论和解释,是否符合工程实际情况. 符合工程计算 的实际要求 方便解算 表示电力系统暂态 过程的数学方程式
绪本课程研究的内容:论 Nhomakorabea主要研究电力系统中由于故障所引 起的电磁暂态过程,搞清楚暂态发生的 原因,发展过程及后果,从而为预防及 消除电力系统的故障准备必要的理论知 识. 故障过程中各种电气量的变化特 征,计算方法,结果分析等等.
绪
涉及的基本概念:
1.电力系统运动状态 2.电力系统暂态过程 3.电力系统的故障类型
断相故障 Series Faults open conductor faults 断相故障:指电力系统一相断开或两相 断开的情况.属于不对称性故障. 断相种类: 一相断开:one line open (1LO) 二相断开:two lines open (2LO)
复杂故障
simultaneous faults
电力系统故障分析
Power System Fault Analysis
课程要求
★ 按时上课 ,认真听讲,完成作业; ★ 了解背景,掌握概念 ★ 培养科研素养: 问题 建模 方法 结果 结论
★ 加强能力:自学,分析,计算,综合 ★ 积极思考,融会贯通.
主要内容
绪论 故障分析的基本知识(第一章) 电力系统元件的各序参数和等值电路(第三章) 简单不对称故障的分析计算(第四章) 不对称故障时电力系统中各电气量值的分布计算 (第五章) 用计算机计算电力系统故障的方法(第六章)
电力系统分析第三章答案
电⼒系统分析第三章答案3 简单电⼒系统潮流计算3．1 思考题、习题1）电⼒线路阻抗中的功率损耗表达式是什么？电⼒线路始、末端的电容功率表达式是什么？上述表达式均是以单相形式推导的，是否适合于三相形式？为什么？2）电⼒线路阻抗中电压降落的纵分量和横分量的表达式是什么？其电压降落的计算公式是以相电压推导的，是否适合于线电压？为什么？3）什么叫电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整及输电效率？4）什么叫运算功率？什么叫运算负荷？⼀个变电所的运算负荷如何计算？5）对简单开式⽹络、变电所较多的开式⽹络和环形⽹络潮流计算的内容及步骤是什么？6）变压器在额定状况下，其功率损耗的简单表达式是什么？7）求环形⽹络中功率分布的⼒矩法计算公式是什么？⽤⼒矩法求出的功率分布是否考虑了⽹络中的功率损耗和电压降落？8）⼒矩法计算公式在什么情况下可以简化？如何简化？9）为什么要对电⼒⽹络的潮流进⾏调整控制？调整控制潮流的⼿段主要有哪些？10）欲改变电⼒⽹络的有功功率和⽆功功率分布，分别需要调整⽹络的什么参数？11）超⾼压远距离交流输电的作⽤和特点分别是什么？12）什么是传播常数、衰减常数、相位常数、波阻抗、波长、相位速度？13）什么是⾃然功率？当远距离交流输电线路输送⾃然功率时，会有什么有趣的现象？14）何为半波长电⼒线路、全波长电⼒线路？半波长电⼒线路的运⾏会有什么缺点？15）怎样提⾼远距离交流输电线路的功率极限，改善其运⾏特性？原理是什么？16）110双回架空线路，长度为150kM，导线型号为120，导线计算外径为15.2，三相导线⼏何平均距离为5m。
已知电⼒线路末端负荷为3015，末端电压为106，求始端电压、功率，并作出电压向量图。
17）220单回架空线路，长度为200kM，导线型号为300，导线计算外径为24.2，三相导线⼏何平均距离为7.5m。
已知电⼒线路始端输⼊功率为12050，始端电压为240，求末端电压、功率，并作出电压向量图。
电力系统暂态分析第三版
本节在实测的短路电流波形的基础上，应用同步发电机的双反应原理和超导回路的磁链守恒原理，对短路后的物理过程和短路电流的表达式作近似分析。
一、空载情况下三相短路的电流波形
实测波形： 同步发电机在转子有励磁而定子回路开路即空载运行情况下，定子三相绕组端突然三相短路后的电流波形。
实测短路电流波形分析： 短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量； 交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化的。 励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量，说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。
同步发电机三相短路电流
实际电机绕组中都存在电阻，因此所有绕组的磁链都随时间变化，形成电磁暂态过程。 周期分量，其幅值将从起始次暂态电流逐渐衰减至稳态值； 非周期分量和倍频周期分量，它们将逐渐衰减至零。 短路电流计算一般指起始次暂态电流或稳态短路电流计算；而其它任意时刻短路电流工频周期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法。
t
i
iM
T/2
ia0
ip0
对于G、T、L： x>>R，φ≈900， 最恶劣的情况为：Im|0|=0,α=0 即空载运行，电压过零瞬间
冲击电流iM出现在短路发生后1/2周期，f=50Hz, t=0.01s，即有：
冲击系数：
冲击电流对周期电流幅值的倍数（1<kM<2）
t
i
iM
T/2
ia0
ip0
实用中，kM=1.8 对变压器高压侧短路； kM=1.9 对机端短路。
（二） 近似计算法 平均额定电压Uav=1.05UN, 若取SB=100MVA，UB=Uav
550
电力系统暂态分析第三章课后答案
电力系统暂态分析第三章课后答案1、什么是动力系统、电力系统、电力网？答:通常把发电企业的动力设施、设备和发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能热能生产、输送、分配、使用的统一整体称为动力系统；把由发电、输电、变电、配电、用电设备及相应的辅助系统组成的电能生产、输送、分配、使用的统一整体称为电力系统；把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网。
2、现代电网有哪些特点?答:1、由较强的超高压系统构成主网架。
2、各电网之间联系较强,电压等级相对简化。
3、具有足够的调峰、调频、调压容量,能够实现自动发电控制,有较高的供电可靠性。
4、具有相应的安全稳定控制系统,高度自动化的监控系统和高度现代化的通信系统。
5、具有适应电力市场运营的技术支持系统,有利于合理利用能源。
3、区域电网互联的意义与作用是什么?答：1、可以合理利用能源,加强环境保护,有利于电力工业的可持续发展。
2、可安装大容量、高效能火电机组、水电机组和核电机组,有利于降低造价,节约能源,加快电力建设速度。
3、可以利用时差、温差,错开用电高峰,利用各地区用电的非同时性进行负荷调整,减少备用容量和装机容量。
4、可以在各地区之间互供电力、互通有无、互为备用,可减少事故备用容量,增强抵御事故能力,提高电网安全水平和供电可靠性。
5、能承受较大的冲击负荷,有利于改善电能质量。
6、可以跨流域调节水电,并在更大范围内进行水火电经济调度,取得更大的经济效益。
4、电网无功补偿的原则是什么?答:电网无功补偿的原则是电网无功补偿应基本上按分层分区和就地平衡原则考虑,并应能随负荷或电压进行调整,保证系统各枢纽点的电压在正常和事故后均能满足规定的要求,避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率。
5、简述电力系统电压特性与频率特性的区别是什么?答：电力系统的频率特性取决于负荷的频率特性和发电机的频率特性(负荷随频率的变化而变化的特性叫负荷的频率特性。
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ZN
& + U a0
-
& U a0
-
& 2U a2
+ +
& U a1
& + I c
+ +
2
正序网络
- + & Z 2E Z a - + G1 L1 & Z E Z a - + G1 L1 I& ZN
& E a
负序网络
ZG2 ZG2 ZG2 ZL2 ZL2 ZL2 &a 2 I ZN + &b 2 I + &c 2 I +
j120
F a F a1 F a 2 F a 0
.
.
.
.
F b F b1 F b 2 F b 0 a F a1 aF a 2 F a 0 . . . . . . . 2 F c F c1 F c 2 F c 0 a F a1 a F a 2 F a 0
I I I 3I I N a b c 0
3、三相参数对称电路中，某一序的对称分量电流，只产生同一 序分量的电压降。反之，某一序的对称分量电压，也只产生同 一序的对称分量电流。独立性！ a I Z I Z I Z Zs Z U Z Zm Z a a s b m c m m b I Z I Z I Z U b a m b s c m Zs Zm Z I Z I Z I Z c U
.
.
+
& I a2
零序网络：
ZG0 ZG0 ZG0 ZN ZL0 ZL0 ZL0 & I a0 &a 0 U + & I b0 + & I c0 +
ZG0 3Z N
.
Z L0
& I a0 & U a0 .
& b0 U & c0 U -
I a 0 z0 U a 0
. . .
I a0 ( zG 0 z L0 ) ( I a0 I b0 I c0 ) z N U a0
, xq xd
, xq xd
负序电抗：负序端电压的基频分量对流入定子绕 组的负 序电流的基频分量之比。 实用计算中： 气轮发电机或有阻尼绕组的凸极电机：x2
1.22xd
1.45xd 零序电抗： x0 (0.15 ~ 0.6) xd
无阻尼绕组的凸极电机： x2
n
Zs
Uabc ZI abc
AU012 ZAI 012
Z 2Z U 0 s m 0 U1 U 0 2
U012 A1ZAI012
反之，三相参数不同的不对称电路中，各序对称分量不具备这 种独立性！
二、对称分量法在不对称故障计算中的应用
& F a0
（a）正序分量
positive sequence component
& F b1
（b）负序分量
negative sequence component
（c）零序分量
zero sequence component
大小相等，相位互差120˚， 大小相等，相位互差120˚， 相序与正常运行方式下的 相序与正常运行方式下的相 相序相同(顺时针） 序相反（逆时针）
a b c n Zs Zs Zs
Z Z Zm Z m
m m
Zm Z
m
Za1 (Zs Zm )
Zb1 (Zs Zm )
Zc1 (Zs Zm )
Za 2 Zb 2 Zc 2 (Zs Zm ) Za 0 Zb0 Zc 0 (Zs 2Zm )
结论：对静止元件（架空输电线、电缆、变压器、 电抗器等），正序阻抗与负序阻抗相等，零序阻抗 与正、负序阻抗不同。
. . . .
E a I a1 ( zG1 zL1 ) ( I a1 I b1 I c1 ) z N U a1
.
.
E a I a1 ( zG1 zL1 ) U a1
.
.
.
+
ZG1
ZL1
Z L1 & I
a1
负序网络：
ZG2 ZG2 ZG2 ZN ZL2 ZL2 ZL2 &a 2 I &a 2 U + &b 2 I + &c 2 I
3-2 序阻抗的基本概念
正序阻抗：指仅有正序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的正序电压降与此正序电流之比。 U 1 Z1 I 1 负序阻抗：指仅有负序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的负序电压降与此负序电流之比。 U 2 Z2 I 2 零序阻抗：指仅有零序电流流过该元件（三相对称）时，所
正序分量；
F b F b1 F b 2 F b 0
F c F c1 F c 2 F c 0
.
.
.
.
.
“ 2” “ 0”
负序分量； 零序分量；
.
.
.
& F c1
120°
120°
& F a1
120°
& F a2
120° 120°
120°
& F b2
& F c0 & F c2
& F b0
. . 1 . 2 F a1 ( F a a F b a F c ) 3
几点说明： 1、若三相量之和为零，则该不对称相量组中不包含零序分量。
零序分量：
F a0
.
. . 1 . (F a F b F c ) 3
三相系统，线电压中有没有零序分量？ 三角形接法，线电流中有没有零序分量？ 没有中线的星形接法，线电流中有没有零序分量？ 2、在有中线的星形接法中，流过中线的电流等于一相零序 电流的3倍：
ZG 2 Z L 2
& U a2 +
I a 2 z2 U a 2
.
.
&a& - 2 U -U 2 a2
I a 2 ( zG 2 z L 2 ) ( I a 2 I b 2 I c 2 ) z N U a 2
.
.
.
.
.
I a 2 ( zG 2 z L 2 ) U a 2
3-4 负荷的阻抗
异步电动机占系统总负荷的50％以上，可近似地 取异步电动机的各序阻抗作为负荷阻抗。 正序阻抗： 正常运行时：
Z1* 0.8 j0.6
计算稳态短路电流时： X1* 1.2
0.8 ~ 0.9 计算次暂态电流时： E*
0.2 ~ 0.35 X1*
负序阻抗： Z2* 0.4 j 0.2 或
Z0
K2
& I ka 2
& U ka 2
N2
Z U I a 0 0 a0
K0
& I ka 0
& U ka 0
N0
表明了各种不对称故障时故障点出现的各序电流和电压之间的 相互关系；表示了不对称故障的共性， 与故障类型无关。
三、 应用对称分量法计算电力系统不对称故障的 步骤
（1）计算电力系统各元件的各序阻抗； （2）制定电力系统的各序网络； （3）由各序网络和故障条件列出对应方程； （4）解出故障点电流和电压的各序分量，将相应 的各序分量相加，以求得故障点的各相电流和各相 电压； （5）计算各序电压和各序电流在网络中的分布， 进而求出各指定支路的各相电流和指定节点的各相 电压。
m m m
c
a
m
b
m
c
s
Z U a s U b Z m Z U c m
Zm Zs Zm
Zm I a Zm Ib Zs I b
0 Zs Zm 0 0 I 0 0 I 1 Zs Zm I 2
第三章 电力系统元件的各序参数和等值电路
3-1 不对称三相系统中对称分量法的应用
一、 对称分量 (Symmetrical Components)
一组不对称的三相量可以分解成三组不同的对称三 相量（正序分量 负序分量 零序分量）之和。
F a F a1 F a 2 F a 0
.
.
.
.
“ 1”
大小相等，相 位相同。
F b1 a F a1 , F c1 a F a1
2
.
.
.
.
F b2 a F a2 , F c2 a F a2
2
.
.
.
.
F a0 F b0 F c0
.
.
.
1 3 ae j 2 2 1 3 2 j 240 a e j 2 2 1 a a 2 0, a 3 1
产生的零序电压降与此零序电流之比。 U 0 Z0 I 0
对称三相网络：
Z 2Z U 0 s m 0 U1 U 0 2 0 Zs Zm 0 I 0 0 I1 Zs Zm I 2 0
X 2* 0.2
零序阻抗： 电动机一般中性点不接地，不考虑其零序阻抗。
3-5 变压器的阻抗
变压器的电阻一般较小，故障计算中常忽略不计。 变压器正序电抗与负序电抗相等。 变压器零序电抗与变压器的结构（单相、三相及铁心的结构 形式）、连接方式以及中性点是否接地有关。 一、双绕组变压器 当零序电压施加在绕组接成三角形或中性点不接地的星形那 一侧时，不管变压器另一侧绕组如何连接，其各绕组中都没 有零序电流通过。