电力系统故障分析基本知识

一、无限大容量电源
概念
电源距短路点的电气距离较远时，由短路而 引起的电源送出功率的变化 远小于电源的 容量 ，这时可设 ，则该电源为无限大 容量电源。
重要 特性
电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中 保持不变
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
二、ຫໍສະໝຸດ Baidu态过程分析
|0| ：故障前瞬间，相当“电路”中的0-; 0 ：故障后瞬间，相当“电路”中的0+; p或ω：周期分量（period）、ω：频率为ω的分量; α ：非周期分量; m ：模值（mode）; M ：最大值 （maximum）; ∞ ：稳态值 （t→∞）;
1.2 标幺制
标幺值(P.U.)
有名值 标幺值= 基准值
为什么采用标幺值？
1.2标幺制—基准值的选取
工程中一般选择惯用值（SB=100MVA、 SB=1000MVA、UB=UN）
电流、阻抗基准值为多少？
线电压UB，三相功率SB，相电流IB和相阻抗ZB之间间的关系为：
U
B
3I B Z B
电力系统故障分析的基本知识
1.0 绪论
Transient Analysis：暂态分析，瞬变、过 渡、暂时。
暂态过程包括电磁暂态和机电暂态过程。 物理特点：由一个状态（初始状态）变化到
另一状态（终止状态）的过程分析。 数学特点：用微分方程描述的过程分析。 应用：电力系统设计、规划、控制等。
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
二、单相等值电路
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
短路前:
ia I m 0 sin(t 0 )
短路发生:
L dia dt
Ria
U m sin(t )
解=
特解
+
通解
t
ia I m sin(t ) I m 0 sin( 0 ) I m sin( ) e Ta
G T1
~
I
50MVA 60MVA
10.5kV
X
'' d
0.15
10.5/121kV
Uk % 10.5
l
II
0.4 / km 100km
T2
III
30MVA 110/6.6kV
Uk % 10.5
课后作业及思考题 （一）
2.故障计算中的标幺值与潮流计算中的标幺 值有何不同？
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
特点：当f=fN=50Hz时，可有 x*=L* ψ*=I*x* E*=ψ* sinωt=sint*
课后作业及思考题（一）
1. 有一电力网，各元件参数已在图中注明，要求：
（1）准确计算各元件电抗的标幺值（采用变压器实际 变比）基本段取I段， UB1 10.5kV 。
（2）近似计算各元件电抗的标幺值（采用变压器平均 额定变比）。
周期分量：ipa
非周期分量： ia
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
二相短路，符号f（2）
两相短路示意图
1.1故障概述—故障类型
故障类型：
单相接地短路，符号f（1）
单相短路接地示意图
1.1故障概述—故障类型
故障类型：
两相短路接地，符号f（1，1）
两相短路接地示意图
1.1故障概述—故障类型
故障类型：
单相断线
两相断线
1.1故障概述—短路故障的危害
短路电流剧增； 电压大幅度下降； 可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏； 不对称短路时系统中将流过不平衡电流。
1.1故障概述—短路故障的危害
发电厂 ~
U
配电所 L-1
f2
降压变压器所 L-2
f1
1
2 3
01
l
正常运行和短路故障时各点的电压
1.1故障概述—短路计算的目的
短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少 的基本计算；
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
对称故障：三相短路f（3）
电力系统故障
简单故障 （单重故障）
不对称故障
单相短路f（1） 两相短路f（2） 两相接地短路f（1，1） 单相断线O（1）
两相断线O（2）
复杂故障（单重故障）
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
三相短路，符号f（3）
三相短路示意图
1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中
元件参数标幺值的计算
精确算法：
1）阻抗归算法； 2）就地处理法；
在就地处理中，取定各段的基准电压 。
1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中
元件参数标幺值的计算
近似算法： 假定变压器的变比均为平均额定电压的变比，且 取各段基准电压均为相应段的平均额定电压，此 时的参数计算称为近似计算法 。
1.1 故障概述—故障的定义及产生原因
故障，事故：
凡造成电力系统运行不正常的任何连接或情况。
短路：
正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的 连接。
短路产生的原因？
1.1 故障概述—故障的定义及产生原因
短路产生的原因？ (1) 元件损坏； (2) 气象条件恶化； (3) 违规操作； (4) 其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接。
平均额定电压值
UN 6 10 35 110 220 500
Uav 6.3 10.5 37 115 230 550
1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中
元件参数标幺值的计算
例子（P9，例1-2）
I
II
~
10.5/121
III 110/6.6
1.2标幺制—频率、角速度和时间的基准值
f、ω、t的基准值 fB=fN=50Hz (f*=1) ωB=2ωfB=100π
选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设 备，必须以短路电流为依据；
为了合理地配置各种继电保护和自动装置并 正确整定其参数；
1.1故障概述—短路计算的目的
进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用 户工作的影响；
确定输电线路发生短路故障对临近通讯线路 的干扰，必须进行短路计算；
在设计和选择电气主接线时，依据短路计算 结果确定是否需要采取限制短路电流的措施 等，造价评估，选择最佳接线方案；
SB 3U B I B
1.2标幺制—基准值改变时标幺值的换算
已知以设备本身额定值为基准值的标幺值，求以系 统基准值SB、UB为基准时的标幺值
1）发电机： 已知额定电压、额定功率以及以额定值为基准值的电抗标幺值，计 算对应统一基准值的电抗标幺值。 2）变压器 已知其额定电压、额定功率以及短路电压百分数，计算变压器转换 为统一基准值的电抗标幺值。 3）电抗器 已知额定电压、额定电流和电抗百分数，计算为统一基准值的标幺 值。