不对称故障的分析计算
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不对称故障的情况，称为复杂故障。
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
三 .故障分析中的基本假设
1、 假定同步发电机的转速维持不变：由于电磁暂态过 程的时间很短，系统中旋转电机的机械运动变化非常 微小（有惯性）；
2、各发电机内电势间的相位角―相对功率角变； 3、异步电动机的转差率保持不变。
不考虑机电的相互作用！
网运行，短路电流太大，不安全，难以选择断路器）
✓是电力系统保护配置的依据
✓是电力系统稳定控制措施制定的依据
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
二.断线 断线也称纵向故障，例如一相断线使系统发生
两相运行的非全相运行情况。 一相断线或两相断线故障也属于不对称故障，
其分析计算方法与பைடு நூலகம்对称短路故障类似。 在电力系统中的不同地点(两处以上)同时发生
U* I*Z*
S* U*I*
《电力系统分析》
U* I*Z*
S* U*I*
2020年3月24日星期二
三．不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算
用标幺值计算时，把各元件参数的有名值归算到同一个电压 等级后，在此基础上选定统一的基准值求各参数元件的标幺 值。常用准确计算法和近似计算法。
（一）准确计算法
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
例题1
故障计算时标么值用近似计算。
U B() 220kV
220 121kV
110kV U B()
设变压器容量120MVA , SB 100 MVA
U B U av 1.05U N
U B() 230 kV U B( ) 115 kV
《电力系统分析》
单相
三相
U B P Z BP I B P SB P U BP I B P UBP 3ZBPIBP SBP 3UBPIBP
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
可得标幺值表示
单相
三相
U P IZ P SP U P I
UP 3IZP
SP 3U P I
U BP I B Z BP SBP U BP I B U B P 3IBZBP SBP 3U BPIB
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
短路的后果举例
2003年8月14日－美国大停电
•美国东部(EDT)时间2003年8月14日16:11开始 （北京时间8月15日晨4:11），美国东北部和加拿大东 部联合电网发生了大面积停电事故 •纽约:
交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地 隧道里、冒酷热步行回家 •停电影响 美国： 俄亥俄州、密歇根州、纽约州、
马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、 宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州） 加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
2003年8月14日－美国大停电
•损失负荷：6180万千瓦 •5000万居民失去电力供应 •恢复需几天时间
-8月14日19：30 恢复134万千瓦 - 8月14日23：00 恢复2130万千瓦 - 8月15日11：00 恢复4860万千瓦 •美国切机20多台（含9台核电机组）
标幺值无量纲，无单位！
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
二． 基准值的选取
基准值的选取有一定的随意性，在电路中，物理量Ｕ， Ｉ，Ｓ，Ｚ间有基本关系：
单相
三相
UP ZPIP SP UPIP
U P 3Z P I P SP 3U P I P
四个量中去任意两个为基准值，一般选定电压和功率的
基准值。
原则
用实际变比
适用范围
潮流计算
（二）近似计算法
原则
用平均额定电压比
适用范围
《电力系统分析》
故障分析
2020年3月24日星期二
我国电网额定电压的平均额定电压值
平均额定电压值
单位：ＫＶ
电网额定电压 3 6 10 35 平均额定电压 3.15 6.3 10.5 37
110 220 330 500 115 230 345 525
2020年3月24日星期二
可得
xT
U
k
%
U
2 N
100 SN
近似计算 时，
U k % 2202
xT
xT ZB
100 120 2302
100
假设 220=330 即,U N=U B
得
xT
Uk % 100
SB SN
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
例题2 计算图示输电系统的等值电路的参数标幺值
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
短路后的不同时段
短路后的瞬间
短 路 发 生 时 刻
《电力系统分析》
短路后进入稳态
t
2020年3月24日星期二
第二节 标幺值 一 ． 标幺值
标幺值的一般数学表达式为：
标幺值（相对值）
有名值（有单位的物理 量） 基准值（与有名值同单 位的物理量）
对于任意物理量均可用标幺值表示。
美加共计切机百余台 •美经济学家估计：美损失：300亿美元/天
安大略省损失：50亿美元
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
停电前后卫星拍到的美国上空照片
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
➢ 短路电流计算的意义
✓是电气设备选择的依据 ✓是网络结构规划、设计的依据（广东电网、上海电网环
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
四.短路故障的基本分析方法
短路后的瞬间：
电气量剧烈变化，采用微分方程分析，即：建 立系统的微分方程模型（暂态模型），根据短 路条件求解微分方程组。（以发电机机端三相 短路为例进行分析）
短路后进入稳态：
各电气量幅值、相位、频率均不再变化，采用 相量 分析（类似于稳态计算），求解代数方 程组。（对称分量法）
一.短路
第一节 故障概述
➢ 短路的概念
短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与 地之间的连接。短路也称纵向故障。
➢ 短路的原因
１．绝缘损坏
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或 相对地绝缘被损坏。
２．误操作
运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作。
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
➢ 短路的类型
短路类型 三相短路
符号
f (3)
两相短路 f (2)
单相接地 短路
两相接地 短路
f (1) f (1,1)
示意图
特点 对称 故障
非对称 故障
非对称 故障
非对称 故障
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
➢ 短路的危害
１大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）； ２烧毁设备（热稳定）； ３电网大面积电压下降； ４破坏电力系统的稳定； ５影响电力系统通讯。
《电力系统分析》
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三 .故障分析中的基本假设
1、 假定同步发电机的转速维持不变：由于电磁暂态过 程的时间很短，系统中旋转电机的机械运动变化非常 微小（有惯性）；
2、各发电机内电势间的相位角―相对功率角变； 3、异步电动机的转差率保持不变。
不考虑机电的相互作用！
网运行，短路电流太大，不安全，难以选择断路器）
✓是电力系统保护配置的依据
✓是电力系统稳定控制措施制定的依据
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
二.断线 断线也称纵向故障，例如一相断线使系统发生
两相运行的非全相运行情况。 一相断线或两相断线故障也属于不对称故障，
其分析计算方法与பைடு நூலகம்对称短路故障类似。 在电力系统中的不同地点(两处以上)同时发生
U* I*Z*
S* U*I*
《电力系统分析》
U* I*Z*
S* U*I*
2020年3月24日星期二
三．不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算
用标幺值计算时，把各元件参数的有名值归算到同一个电压 等级后，在此基础上选定统一的基准值求各参数元件的标幺 值。常用准确计算法和近似计算法。
（一）准确计算法
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
例题1
故障计算时标么值用近似计算。
U B() 220kV
220 121kV
110kV U B()
设变压器容量120MVA , SB 100 MVA
U B U av 1.05U N
U B() 230 kV U B( ) 115 kV
《电力系统分析》
单相
三相
U B P Z BP I B P SB P U BP I B P UBP 3ZBPIBP SBP 3UBPIBP
《电力系统分析》
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可得标幺值表示
单相
三相
U P IZ P SP U P I
UP 3IZP
SP 3U P I
U BP I B Z BP SBP U BP I B U B P 3IBZBP SBP 3U BPIB
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
短路的后果举例
2003年8月14日－美国大停电
•美国东部(EDT)时间2003年8月14日16:11开始 （北京时间8月15日晨4:11），美国东北部和加拿大东 部联合电网发生了大面积停电事故 •纽约:
交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地 隧道里、冒酷热步行回家 •停电影响 美国： 俄亥俄州、密歇根州、纽约州、
马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、 宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州） 加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
2003年8月14日－美国大停电
•损失负荷：6180万千瓦 •5000万居民失去电力供应 •恢复需几天时间
-8月14日19：30 恢复134万千瓦 - 8月14日23：00 恢复2130万千瓦 - 8月15日11：00 恢复4860万千瓦 •美国切机20多台（含9台核电机组）
标幺值无量纲，无单位！
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
二． 基准值的选取
基准值的选取有一定的随意性，在电路中，物理量Ｕ， Ｉ，Ｓ，Ｚ间有基本关系：
单相
三相
UP ZPIP SP UPIP
U P 3Z P I P SP 3U P I P
四个量中去任意两个为基准值，一般选定电压和功率的
基准值。
原则
用实际变比
适用范围
潮流计算
（二）近似计算法
原则
用平均额定电压比
适用范围
《电力系统分析》
故障分析
2020年3月24日星期二
我国电网额定电压的平均额定电压值
平均额定电压值
单位：ＫＶ
电网额定电压 3 6 10 35 平均额定电压 3.15 6.3 10.5 37
110 220 330 500 115 230 345 525
2020年3月24日星期二
可得
xT
U
k
%
U
2 N
100 SN
近似计算 时，
U k % 2202
xT
xT ZB
100 120 2302
100
假设 220=330 即,U N=U B
得
xT
Uk % 100
SB SN
《电力系统分析》
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例题2 计算图示输电系统的等值电路的参数标幺值
《电力系统分析》
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短路后的不同时段
短路后的瞬间
短 路 发 生 时 刻
《电力系统分析》
短路后进入稳态
t
2020年3月24日星期二
第二节 标幺值 一 ． 标幺值
标幺值的一般数学表达式为：
标幺值（相对值）
有名值（有单位的物理 量） 基准值（与有名值同单 位的物理量）
对于任意物理量均可用标幺值表示。
美加共计切机百余台 •美经济学家估计：美损失：300亿美元/天
安大略省损失：50亿美元
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
停电前后卫星拍到的美国上空照片
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
➢ 短路电流计算的意义
✓是电气设备选择的依据 ✓是网络结构规划、设计的依据（广东电网、上海电网环
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
四.短路故障的基本分析方法
短路后的瞬间：
电气量剧烈变化，采用微分方程分析，即：建 立系统的微分方程模型（暂态模型），根据短 路条件求解微分方程组。（以发电机机端三相 短路为例进行分析）
短路后进入稳态：
各电气量幅值、相位、频率均不再变化，采用 相量 分析（类似于稳态计算），求解代数方 程组。（对称分量法）
一.短路
第一节 故障概述
➢ 短路的概念
短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与 地之间的连接。短路也称纵向故障。
➢ 短路的原因
１．绝缘损坏
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或 相对地绝缘被损坏。
２．误操作
运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作。
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
➢ 短路的类型
短路类型 三相短路
符号
f (3)
两相短路 f (2)
单相接地 短路
两相接地 短路
f (1) f (1,1)
示意图
特点 对称 故障
非对称 故障
非对称 故障
非对称 故障
《电力系统分析》
2020年3月24日星期二
➢ 短路的危害
１大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）； ２烧毁设备（热稳定）； ３电网大面积电压下降； ４破坏电力系统的稳定； ５影响电力系统通讯。