电子课件 电子教案 电力系统故障分析故障分析第八章教案

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。
I&N2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 U&2 、I&2 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
U&P2 I&P2 (ZPN2 ZN2 ) U&M2 I&M2ZM2
为 80o ~ 70）o 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U&0和I&0 有不同的相位关系，可判别出接地 故障发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
I FA2
I FB0
C C
I FC0
（d)
（a）A相接地；（b）B相接地；（c）C相接地；（d）以 I&FA2 为基准时不同相别 单相接地时零序电流的相位
A相接地时，I&0 与 I&A2 间的相位关系为
60o
arg
I&0 I&A2
180o
对应于（d）中的 A 区。
B相接地时， I&0 与 I&A2 间的相位关系为
二、故障相的判别
计算 ΔIAB 、ΔIBC 、ΔICA
ΔIAB ΔIBC ΔICA
Y 三相短路
N
比较 ΔIAB 、ΔIBC 、ΔICA
ΔIAB 最小 ΔI BC
ΔIBC 最小 ΔICA 最小
ΔI CA
N
Y
ΔI BC
ΔI AB
N
比较 ΔIAB 、ΔIBC 、ΔICA
ΔIAB 最大
ΔIBC 最大
ΔICA 最大
二、正向、反向故障时序电流和序电压的相位关系
M IM2
Z MP2
Z M2
U M2
正方向故障
I
P
2
P IP2
Z PF2
I F2 Z FN2 I N2 N F2
U P2
I
F2
N2
I
F2
I F2
U N2
Z N2
UU&&MP22
I&M2ZM2 I&P2 (ZM2
ZMP2
)
U&N2 I&N2ZN2
反方向故障
对于故障线路PN，显然 I&P2＝I&F2、I&N2＝I&F2 ，所以故障线路两侧的负序 电流同相位。
对于非故障线路MP，I&F2 是穿越电流， I&M2 I&F2、I&P2 I&F2 ，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 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 。
Z FN1、Z FN0
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
（二）保护安装处电流计算
I&MA I&MB
I&M A I&M B
I&MA I&MB
I&M A
I&MC
I&M C
I&M C
A相的各序电流为
I&MA1 I&MA2
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；
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。
I FA2
I F 0
I FC2
I FB2
I FA0 A A
I FA2
I FA2
(a)
（b）
I FB2
I FC2
I F 0
I F 0
（c）
B B
Arg
ΔU&12 ΔI&12ZD
ZCOM ——补偿阻抗 ZS / ZL 0.5 取 ZCOM 0
ZCOM 0.5Zset
否则取
二、工频变化量方向元件的工作原理
EM
0
ΔU M
ΔI
F
ΔU F M ΔI
E
N
N
0
1
ZS
1
Z
S
（a）
（b）
ΔF+ 、ΔF 元件原理分析图
（a）正向短路系统图
（b）反向短路系统图
在 ZMF1 ZMF0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。
对实际系统的计算确定单相接地短路的选相条件。
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 .
算法为 正方向元件 ΔF+
反方向元件 ΔF
ZD ——模拟阻抗
Arg
ΔU&12 ΔI&12ZCOM ΔI&12ZD
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
M IM2 1
I
P
2
P
I P2
23
F
I N2 N
4
(a)
M IM2
Z MP2
M IM0
Z M0
U M0
Z MP0
I
P
0
PI P0
Z PF0
I F0 Z FN0 I N0 N F0
U P0
I
F
0
N0
I
F0
I F0
U N0
Z N0
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。
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 I&M2 I&P2 0 、I&P2 I&N2 0 ， 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。
Z M2
U M2
I
P
2
P IP2
Z PF2
I F2 Z FN2 I N2 N F2
U P2
I
F2
N2
I
F2
I F2
U N2
(b)
Z N2
（a）电力系统接线 （b）负序网络
线路一侧序电流的正方向规定由母线指向被保护线路.
在负序网络中形成两个分支电流 I&F2 和 I&F2 ,当负序网络中各元件具有 相同的阻抗角时，则 I&F2和 I&F2 同相位。
Y
A相单相接地
接地？
接地？
N
N
接地？
N
AB短路 Y BC短路 Y CA短路 Y
AB接地短路 BC 接地短路 CA 接地短路
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。 2、能正确区分出单相接地短路和两相或三相短路。
3故、障在相两ZΣ相1 电ZΣ流2 的差系的统变中化，量单不相等接于地零短，路因时此，，由应于通非过
60o
arg
I&0 I&A2
60o
对应于图（d）中的 B 区。
C相接地时， I&0 与 I&A2 间的相位关系为
180o
arg
I&0 I&A2
300o
对应于图（d）中 的 C 区。
Note:利用上述关系可以在 单相接地时选择出故障相。
I F 0 I FB2
I FA2
I FA2
I F 0
I FA2
MΔI M1
Z MP1
Δ
I
P1
ΔI P1 Z PF1
Δ
I
F1Z
FN
Δ
1
I
N 1N
F1
Z M1
Z N1
Δ
I
F1
N1
Δ
I
F1
Δ I F1
其中 ΔI&F1 ΔI&F1 ΔI&M1、ΔI&P1、ΔI&P1、ΔI&N1、均是正序电流突变量 ，故障线路PN两侧 的 ΔI&M1、ΔI&P1 同相位；非故障线路MP两侧的 ΔI&P1、ΔI&N1 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。
I FC2
I FC2 I F 0
I FA0 BC A
I FA2
I FB2
CA B I FB0
C AB
I 百度文库C0
a）
（b）
（c）
（d）
不同相别两相接地时 I&FA2 与 I&F0 间的相位关系
（a）BC相接地；（b）CA相接地；（c）AB相接地；（d）以 I&FA2为
基准时不同相别单相接地时零序电流的相位
I&M A1 I&M A2
I&MA1 I&MA2
I&MA0
I&M A0
I&M A0
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。
当图（a）中的短路点F点靠近N端时，ZMF1 ZMF0 ，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；
第三节 复故障分析
复故障：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
正方向短路： ΔU&1 ΔI&1ZS；ΔU&2 ΔI&2ZS
ΔU&12 ΔU&1 MΔU&2 (ΔI&1 MΔI&2)ZS ΔI&12ZS
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 ZMF1 ZMF0 时，N侧A相跳闸后，N侧零序电流超前线路侧零 序电压，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。
二、输电线路序电流和序电压的相位关系
M IM2 ΔU 2
Z MP2
I
P
2
P
I P2
Z PN2
I N2 N
Z M2
X2 U M2
Y2
U
M
2
U P2
U N2
Z N2
全相运行线路PN，有
U&P2 I&P2 (ZPN2 ZN2 )
U&N2 I&N2ZN2
P侧的 U&P2 、I&P2 的相位关系相当于反方向上发生了短路故障；N侧的U&N2、
Z M1 Z M0 M
F(1)
Z M1 Z M0 N
(a)
叠 加 定
C BA
Z M1 Z M0
M I M C
A BC Z M1 Z M0
N
理 （
a=b+c
I M B I M A
(b)
C BA
_U FA[0]
A BC
） （
M I M C
N
I M B
I M A
(c)
C BA
U FA[0]
A BC
Z MF1、Z MF0
当F点靠近M端时，可能 ZMF1 ZMF0，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。
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。
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 2 。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 I&2超前U&2的相角为 180o 2（一般为 100o ~ 110o）时， 说明短路故障在保护正方向上；当 I&2 滞后 U&2 的相角为 （2 一般
U&P2 I&P2 (ZM2 ZMP2 )
2 I&2
180o 2 U&2
（a）
U&2
2 I&2
（b）
负序电流和负序电压间的相位关系 （a）正方向故障 （b）反方向故障
正方向短路时，负序电流超前负序电压的相角为180o 2 ，其中 2
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
两侧 U&2 、I&2 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
U&P2 I&P2 (ZPN2 ZN2 ) U&M 2 I&M2 (ZMP2 ZPN2 ZN2 )
两侧 U&2 、I&2 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
Note：当经过很大过渡电阻接地故障时，会影响
I&FA2
与
I&F
的相
0
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
M IM2 ΔU 2
Z MP2
I
P2
P
I P2
Z PN2
IN2 N
Z M2
X2 U M2
Y2
U
M
2
U P2
U N2
Z N2
非全相运行时负序网络