《电力系统分析理论》课件第8章 三相不对称短路分析

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背景:
•不对称短路属于发生几率比较多的故障类型。 •与三相对称性短路相比,计算方法较复杂。不对称短路 时,各相的电流、电压不相同,不能像三相对称短路那 样取其一相计算。
•三相对称短路,可采用电路分析的方法,如回路法、节 点法等;
•不对称短路时,会碰到某些元件的参数不确定,或某些 元件参数计算困难等问题,不能采用电路分析的方法。
零序网络
零序网络实际上是一个在三相电路中流通的同一 单相电流。他必须经过大地或与地平行的电路(如 地线,电缆包皮)再返回到三相电路中。其路径与 正序或负序网络完全不同。零序电流的流向与变压 器的接线方式有极大关系。
做零序网络时,应先从短路点开始,在短路点 作用一个代替故障条件的不对称电动势源中的零序 分量,从这一点开始,逐一查明零序电流可能通过 的途径。没有流过零序电流的元件应统统舍去。
X1 1.2
异步电机的负序电抗等于它的次暂态电抗
X2X''或 X20.2
以异步电机为主的综合负荷
X2 0.35
异步电机的定子绕组接线方式为三角形或星形不接地接线 因此无零序电流通过,负序电抗为:
X0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
三、变压器的零序电抗及等效电路
变压器的等值电路表征了一相原、副边绕组间的 电磁关系。不论变压器通以哪一序电流,都不会 改变原、副绕组间的电磁关系,因此,变压器的 正序、负序、零序等值电路具有相同的结构:
.
.
.
0 Ia 0(Z G 0 Z L 0) 3Ia 0Z n V a 0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
等值电路:
正序网络 负序网络
零序网络
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
序网方程:
正序网络
E Ia1Z1V a1
负序网络
0Ia2Z2V a2
零序网络
0Ia0Z0V a0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
✓ 零序励磁电抗
对于由三个单相变压 器组成的三相变压器 组,每相的零序主磁 通和正序主磁通一样, 都有独立的铁心磁路。 对于三相四柱式变压 器,零序磁通也能在 铁芯形成回路。因此, 零序电抗很大。
Xm0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
对于三相三柱式变压 器,由于三相零序磁 通大小相等,相位相 同因而不能像正序主 磁通那样,一相主磁 通可以经过另外两相 的铁芯形成回路,它 们被迫经过绝缘介质 和外壳形成回路。
且仅有一组解),解为: 对称分量
UUaa12 Ua0
1 1311
a a2 1
变换矩阵S
aa2U Uba 1Uc
简写为: U120 SUabc 或V120 SVabc 进而有: Vabc S1V120
对称分量法对三相电压和电流同样适用
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
二、序阻抗
Ia a Ib b
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
❖等值电路:正负零序具有相同形状。 ❖等值电阻:正负零序的等值电阻相等。 ❖等值漏抗:正负零序相同。 ❖励磁电抗:负序励磁电抗与正序相同。 ❖ 结论:所有静止元件的正负序等值电路及其参 数完全相同。 ❖零序励磁电抗:与变压器的铁芯结构密切相关。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
将式(8-10)展开,可得:
Va1 Va2
ZZ12IIaa12
Va0
Z0Ia0
(812)
式(8-12)表明:在三相参数对称的线性电路中,各序对称分量 相互独立,因此可对正负零序分量分别进行计算。
所谓元件的序阻抗,是指元件三相参数对称时,元件两端某一序 的电压降与通过该元件同一序电流的比值,即:
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
现在原短路点人为接入一组三相不对称的电势源,电 势源的各相电势与上述各相不对称电压大小相等,方 向相反。这种情况与发生不对称故障是等效的。也就 是说,网络中发生的不对称故障,可以用在故障点接 入一组不对称电势源代替。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
应用对称分量法 将这组不对称电 势源分解成正序、 负序和零序三组 对称分量(各序 具有独立性)。 根据叠加原理。 可以进一步分解 成三个独立的网 络。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
负序网络
组成负序网络的元件与正序网络相同。注意 几点: (1)将正序网中各元件用负序参数表示 (静止元件相同) (2)所有电势源为零 (3)短路点引入代替故障条件的不对称电 势 源的负序分量 (4)等值为无源等值网络,如图8-16(f)
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
3Xn XI XII
Xm0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
自耦变压器的零序阻抗及其等值电路
(1)中性点直接接地 其参数和等值电路,与外电路的联接,Xm0 ——与
普通变压器相同 中性点的入地电流为:
In3(II0II0 I)
图7-11
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
(2) 中性点经电抗接地
➢ 汽轮发电机及有阻尼绕组水轮发电机
X2 1.22Xd
➢ 无阻尼绕组同步发电机 X2 1.45Xd
零序电抗:机端零序电压的基频分量与流入定子 的电流零序分量的比值。
X0(0.15 ~0.6)Xd "
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
二、异步电动机的各序电抗
异步电机的正序参数常用恒定阻抗表示
Z10.8j0.6 或
XI XI 3Xn(1k12) XII XII 3Xnk12(k121)
XIII XIII 3Xnk12
中性点电压
V n3(II0II0 I)X n
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
四、线路的序电抗
线路的负序电抗等于正序电抗,只讨论零序电抗:
当线路通过零序电流时,因三相电流的大小和相位完全相同, 各相间的互感磁通是互相加强的,因此,零序电抗要大于正 序电抗。
Z0I0
V 0V 0Z0I0Z0 I0 V 0 V 0Z0 I0 Z0 I0
Z0I0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
V 0(Z 0Z 0 )I0Z 0 (I0I0 ) V 0(Z 0 Z 0 )I0 Z 0 (I0I0 )
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
➢ 架空地线对输电线零序阻抗的影响
元件结构参数完全 对称时:
ZaaZbbZccZs ZabZbcZcaZm
ZscSZS1
1 a 131 a2
aa2ZZm s
Zm Zs
Zm1 Zma2
1 1 a 1
1 1 1Zm Zm Zsa a2 1
ZsZm 0 0 ZsZm
0 Z1 0 0 0 0 Z2 0
0 0 Zs2Zm 0 0 Z0
称为序阻抗矩阵
Z1 Z2
Va1 Va2
//IIaa12
Z0 Va0 / Ia0
(813)
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
三、对称分量法在不对称短路计算中的应用
举一个简单的电力系统的例子:
假如a相发生单相接地短路
V a0 ,V b0 ,V c0
此时,故障点以外的其余部 分的参数仍然是对称的,应 设法把故障点的不对称化成 对称,使被短路破坏了的三 相电路转化为对称电路,然 后就可按单相电路计算
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
❖ 第一节 对称分量法 ❖ 第二节 元件的序参数和各序等值电路 ❖ 第三节 简单不对称短路的计算 ❖ 第四节 不对称短路时电流,电压的计算 ❖ 第五节 非全相断线的分析计算
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
第一节 对称分量法
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
➢ 电缆线路的零序阻抗一般是通过实测确定, 近似计算中可取下列数值
r0 10r1
x0(3.5~4.6)x1
➢ 电抗器因相间互感很小,其零序电抗与正 序电抗相等。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
五、电力系统各序网络
正序网络
通常用于计算三相短路的网络就是正序网络。注 意几点: (1)正序网中没有以下元件:
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
一、对称分量法
对称分量法的基本原理: 三相系统中,任意一组三相不对称的量(电势、电压或
电流)都能且只能分解为三组对称量之和的形式,这三组 对称的量就称为对称分量,分别称正序分量、负序分量和 零序分量。
对于每一个相序分量来说,都能独立地满足电路的欧 姆定律和基尔霍夫定律,从而把不对称的计算问题转化成 各个相序下的对称电路的计算问题。(类似于高中物理力 的分解)
零序电流是通过大地形成回路的,因此,线路的零序电抗与 土壤的导电性能有关。
当线路装有架空地线时,零序电流的一部分通过架空地线和 大地形成回路,由于架空地线中的零序电流与输电线路上的 零序电流方向相反,其互感磁通是相互抵消的,将导致零序 电抗的减小。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
双回线路的零序阻抗和等值电路
Ic c
VVba Vc
Zaa Zab
Zac
Zab Zbb Zbc
Va
a
Zaa Zab
Vb Zac Zbb Zbc
b
Vc
c
Zcc
ZZZbaccccIIIbac
或写 为 Vab : cZaIbc
V120SVabcSZIabc S Z 1 I12 S Z 0sI c 120(8 1)0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
第二节 元件的序参数和各序等值电路
一、同步电机的各序电抗 电机的参数就是正序参数 负序电抗:发电机负序端电压的基频分量与负序 电流基频分量的比值。 根据比较精确的数学分析可知,同一发电机不同 的短路其负序电抗不同。实用计算中可认为与短 路类型无关。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
➢ 无阻尼绕组的凸极机 X2 XdXq
在正序网络中,由于
Ia1a2Ia1aIa10
因此有:
E a Ia 1 (Z G 1 Z L 1 ) V a 1
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
负序网络:
.
.
0Ia2(ZG2ZL2)Va2
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
零序网络:
对于零序网络,由于
Ia0Ib0Ic03Ia0
因此在中性点将流 过三倍的零序电流, 产生电压降。电压 方程为:
–中性点接地阻抗 –不计导纳时的空载线路 –不计励磁电流时的空载变压器
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
(2)正序网络的电源: ✓ 所有同步发电机和调相机 ✓ 个别必须用等值电源支路表示的综合负荷
(3)短路点引入代替故障条件的不对称电 势源 的正序分量 图8Biblioteka Baidu16
(4)得出正序网的戴维宁等值电路 如图8-16(e)所示
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
因为发电机只产生正序电势, 所以在负序和零序网络中, 只有故障点的负序和零序电 势在作用,网络中也只有同 一序的电流,元件也呈现同 一序的阻抗。
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
三个序网的电压方程
正序网络:
E a I a 1 ( Z G 1 Z L 1 ) ( I a 1 a 2 I a 1 a I a 1 ) Z n V a 1
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
其中:
ej12 0 0co 1s 0 2 j0 si1n 0 2 0 1 j 3 22
2 ej20 4 0 co 20 s 4 j0 si2 n0 4 0 1 j 3 22 则 120 根据克莱姆法则(系数行列式不等于零,则方程组有
比正序励磁电抗小得多,在 短路计算中,应视为有限值
Xm00.3~1.0
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
变压器零序等值电路与外电路的连接
取决于零序电流的流通路径,与变压器三相绕组 连接形式及中性点是否接地有关。
Y0/
X0XXX XX m m 00XX
Y0/Y
X0XXm0
Y0/Y0 (X0XX)
架空地线零序电流方向与输电线零序电流方向相反, 使输电线路的等值零序电抗减小
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
输电线路等值零序电抗的近似取值
输电线路每一回路单位长度的一相 等值零序电抗:
无架空地线的单回线路 无架空地线的双回线路 有架空地线的单回线路 有架空地线的双回线路
x0 3.5x1 5.5x1 (2~3)x1 (3~4.7)x1
非三相三柱 式,且外电 路有接地中
性点时
变压器绕组接法开关位置绕组端点与外电路的联接
Y
1 与外电路断开
Y0
2 与外电路接通
Δ
与外电路断开, 3 但与励磁支路并联
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
中性点有接地阻抗时的零序等值电路
I
II
3I0
Xn
3Xn XT
第8章 电力系统不对称故障的分析计算
3I0 Xn 3I0 Xn
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