电力系统故障分析ppt
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章电力系统故障分析的基 本知识
一、 教学目的
了解电力系统故障的概念、原因及故障所造成的后 果，掌握电力系统中标幺值的计算，分析简单三相 短路中发生突然三相短路的暂态过程。
二、教学要求
1、了解电力系统故障的概念及其分类； 2、熟练掌握电力系统中标幺值的计算方法；
3、掌握如何分析三相短路的暂态过程三教学重点。
四、短路计算的几个基本假设
1、.磁路的饱和、磁滞忽略不计。
如果考虑磁路的饱和和磁滞，电力系统的电抗就不再 是恒定参数，而是随电流而变化。对于工程计算来说， 即使不考虑饱和和磁滞，计算结果和考虑了以后的精 确值差别也不大，因为系统实际的运行工况一般在线 性区域内（图上），所以我们在工程计算中不考虑磁 滞、饱和，这样的好处是认为各元件的参数都是线性 参数，可以运用迭加原理。（复习概念：线性空间， 迭加原理；区分概念：线性、时变。）。
(c) 教学重点
电力系统中短路的概念，标幺值的计算，突然三相 短路的暂态过程分析。
(d) 教学难点
电力系统中标幺值的计算，突然三相短路的暂态过 程分析。
第一节 故障概况
在电力系统的运行过程中，时常会发生故 障，其中大 多数是短路故障（简称短路）。
一、短路的概念及基本类型
1、短路的概念
所谓短路，是指电力系统正常运行情况 以外的相与相 之间或相与地（或中性线）之间的连接。
2、短路的基本类型
在正常运行时，除中性点外，相与相或者相与地之间 是绝缘的。下表1-1给出了三相系统中短路的基本类型。
表1—1 短路类型
短路类型种类 三相短路 两相短路 单相短路接地 两相短路接地
示意图
f (3)
f (2) f (1) f (1,1)
符号
二、短路产生的原因
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝 缘或者相对地绝缘被损坏。例如架空输电线的绝缘 子可能由于受到过电压（例如由雷击引起）而发生 闪络或由于空气的污染使绝缘子表面在正常工作电 压下放电；其他电气设备，发电机、变压器、电缆 线路等的载流备份绝缘材料在运行中损坏；运行人 员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会 引起短路故障。
3、可能引起并列远行的发电机失去同步
系统中发生短路相当于改变了网络的结构，必然引起 系统中功率分布的变化，发电机输出功率也相应地变 化。因而当发电机的输入功率大于输出功率，发电机 的转速将增大，这就有可能引起并列远行的发电机失 去同步。破坏系统的稳定，引起大片地区停电。这是 短路造成的最严重的后果。
烧坏电气设备。短路电流通过电气设备导体时，其热
效应会引起导体或其绝缘的损坏。另一方面，导体也
受到很大电动力的冲击，致使导体变形甚至损坏。因
此，各种电气设备应有足够的热稳定度和机械稳定度 (或称动稳定度)，使电气设备在通过最大可能的短路电 流时不致损坏。
2、短路会引起网络中电压降低
短路还会引起网络中电压降低，特别是靠近 短 路点 处电压下降很最多，结果可能使部分用户的供电受到 破坏。
U= 3ZI
S= 3UI
（1—4）
wk.baidu.com
式中：U为线电压、I为相电流、S为三相功率、Z为
相阻抗。
如果选定的各量基准值满足下列关系
UB= 3ZBIB
SB= 3UBIB
（1—5）
将式（1—4）除以式（1—5）中的对应项后得
2、除不对称故障处之外，系统中其他各处认为 是三相对称的。
这个假设的好处是在应用对称分量法时，对于每一序 的网络可以用单相等值电路进行分析。
3、各元件电阻的处理。
高压电网R<<X，通常可将电阻忽略不计。如果短路回 路的R/X >(1/3)，需考虑电阻。这种情况一般是因为短 路发生在电缆线路或截面很小的架空输电线上，特别 是钢导线时。计算暂态电路的衰减时间常数时，再小 的电阻值也需要考虑。
一、标幺值
标么值的一级数学表达式为：
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）
（1—1）
对于任何一个物理量均可以用标幺值表示，例如电
阻、电抗的标幺值分别为：
R*=
R ZB
X*=
X ZB
（1—2）
式中：R、X 为电阻、电抗的有名值，；ZB 为阻抗基 准值。
又有有功功率、无功功率、视在功率的标幺值分别为
4、认为短路都是金属性短路。
也就是说，不考虑过渡电阻的影响。
五、预防短路的措施
为了降低发生短路的概率，电力系统采取合理的防雷 措施、降低过电压水平、采用合适的配电装置，以及 加强对运行维护的管理。
第二节 标幺制
在电力系统故障分析计算中，大多应用标么制。特别 是应用于近似计算方法小，标名制中各种物理量都 用标么恢(即相对值)来表示，使运算步骤简单，数值 简明使于分析。
三、短路对电力系统的危害
1、短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危 害
在发生短路时，由于短路对电力系统的正常远行和
电气设备有很大的危害。在发生短路时，由于电源供
电问路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短
路问路中的短路电流值大大增加，可能超过该问路的 额定电流许多倍。短路点距发电机的电气距离愈近(即 阻抗愈小)，短路电流愈人，例如么发电机端发生短路 时，流过发电机定子回路的短路电流最大瞬时值可达 发电机额定电流的10—15倍。在大容量的系统中短路 电流可达几万甚至几十万安培。短路点的电弧有可能
4、造成对通讯系统的干扰
不对称接地短路所引起的不平衡电流，产生不平衡磁 通，会在邻近的平行的通讯线路内感应出相当大的电 势，造成刘通讯系统的干扰，甚至危及设备和人身的 安全。
电力设计院在设计发电厂、变电所时，需要对电气接 线、电气设备和载流导体进行选择，选择的依据之一 就是短路计算的结果，要求设计出的系统在短路情况 下有足够的热稳定度和动稳定度，配置和整定继电保 护也需要进行短路计算。要想计算出系统中某一点发 生短路后各处的电流电压，必须采用一些合理的假设， 以简化计算。
P*= P SB
Q*=
Q SB
S*= S SB
（1—3）
式中：P为有功功率， MW； Q为无功功率， Mvar； S为视在功率，MVA； SB为功率基准值，MVA。
二、 基准值的选取
基准值的选择有一定得任意性，下面仅以三相电路说
明之。在三相电路中物理量U、I、S、Z间有以下两
个基本关系，即
一、 教学目的
了解电力系统故障的概念、原因及故障所造成的后 果，掌握电力系统中标幺值的计算，分析简单三相 短路中发生突然三相短路的暂态过程。
二、教学要求
1、了解电力系统故障的概念及其分类； 2、熟练掌握电力系统中标幺值的计算方法；
3、掌握如何分析三相短路的暂态过程三教学重点。
四、短路计算的几个基本假设
1、.磁路的饱和、磁滞忽略不计。
如果考虑磁路的饱和和磁滞，电力系统的电抗就不再 是恒定参数，而是随电流而变化。对于工程计算来说， 即使不考虑饱和和磁滞，计算结果和考虑了以后的精 确值差别也不大，因为系统实际的运行工况一般在线 性区域内（图上），所以我们在工程计算中不考虑磁 滞、饱和，这样的好处是认为各元件的参数都是线性 参数，可以运用迭加原理。（复习概念：线性空间， 迭加原理；区分概念：线性、时变。）。
(c) 教学重点
电力系统中短路的概念，标幺值的计算，突然三相 短路的暂态过程分析。
(d) 教学难点
电力系统中标幺值的计算，突然三相短路的暂态过 程分析。
第一节 故障概况
在电力系统的运行过程中，时常会发生故 障，其中大 多数是短路故障（简称短路）。
一、短路的概念及基本类型
1、短路的概念
所谓短路，是指电力系统正常运行情况 以外的相与相 之间或相与地（或中性线）之间的连接。
2、短路的基本类型
在正常运行时，除中性点外，相与相或者相与地之间 是绝缘的。下表1-1给出了三相系统中短路的基本类型。
表1—1 短路类型
短路类型种类 三相短路 两相短路 单相短路接地 两相短路接地
示意图
f (3)
f (2) f (1) f (1,1)
符号
二、短路产生的原因
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝 缘或者相对地绝缘被损坏。例如架空输电线的绝缘 子可能由于受到过电压（例如由雷击引起）而发生 闪络或由于空气的污染使绝缘子表面在正常工作电 压下放电；其他电气设备，发电机、变压器、电缆 线路等的载流备份绝缘材料在运行中损坏；运行人 员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会 引起短路故障。
3、可能引起并列远行的发电机失去同步
系统中发生短路相当于改变了网络的结构，必然引起 系统中功率分布的变化，发电机输出功率也相应地变 化。因而当发电机的输入功率大于输出功率，发电机 的转速将增大，这就有可能引起并列远行的发电机失 去同步。破坏系统的稳定，引起大片地区停电。这是 短路造成的最严重的后果。
烧坏电气设备。短路电流通过电气设备导体时，其热
效应会引起导体或其绝缘的损坏。另一方面，导体也
受到很大电动力的冲击，致使导体变形甚至损坏。因
此，各种电气设备应有足够的热稳定度和机械稳定度 (或称动稳定度)，使电气设备在通过最大可能的短路电 流时不致损坏。
2、短路会引起网络中电压降低
短路还会引起网络中电压降低，特别是靠近 短 路点 处电压下降很最多，结果可能使部分用户的供电受到 破坏。
U= 3ZI
S= 3UI
（1—4）
wk.baidu.com
式中：U为线电压、I为相电流、S为三相功率、Z为
相阻抗。
如果选定的各量基准值满足下列关系
UB= 3ZBIB
SB= 3UBIB
（1—5）
将式（1—4）除以式（1—5）中的对应项后得
2、除不对称故障处之外，系统中其他各处认为 是三相对称的。
这个假设的好处是在应用对称分量法时，对于每一序 的网络可以用单相等值电路进行分析。
3、各元件电阻的处理。
高压电网R<<X，通常可将电阻忽略不计。如果短路回 路的R/X >(1/3)，需考虑电阻。这种情况一般是因为短 路发生在电缆线路或截面很小的架空输电线上，特别 是钢导线时。计算暂态电路的衰减时间常数时，再小 的电阻值也需要考虑。
一、标幺值
标么值的一级数学表达式为：
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）
（1—1）
对于任何一个物理量均可以用标幺值表示，例如电
阻、电抗的标幺值分别为：
R*=
R ZB
X*=
X ZB
（1—2）
式中：R、X 为电阻、电抗的有名值，；ZB 为阻抗基 准值。
又有有功功率、无功功率、视在功率的标幺值分别为
4、认为短路都是金属性短路。
也就是说，不考虑过渡电阻的影响。
五、预防短路的措施
为了降低发生短路的概率，电力系统采取合理的防雷 措施、降低过电压水平、采用合适的配电装置，以及 加强对运行维护的管理。
第二节 标幺制
在电力系统故障分析计算中，大多应用标么制。特别 是应用于近似计算方法小，标名制中各种物理量都 用标么恢(即相对值)来表示，使运算步骤简单，数值 简明使于分析。
三、短路对电力系统的危害
1、短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危 害
在发生短路时，由于短路对电力系统的正常远行和
电气设备有很大的危害。在发生短路时，由于电源供
电问路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短
路问路中的短路电流值大大增加，可能超过该问路的 额定电流许多倍。短路点距发电机的电气距离愈近(即 阻抗愈小)，短路电流愈人，例如么发电机端发生短路 时，流过发电机定子回路的短路电流最大瞬时值可达 发电机额定电流的10—15倍。在大容量的系统中短路 电流可达几万甚至几十万安培。短路点的电弧有可能
4、造成对通讯系统的干扰
不对称接地短路所引起的不平衡电流，产生不平衡磁 通，会在邻近的平行的通讯线路内感应出相当大的电 势，造成刘通讯系统的干扰，甚至危及设备和人身的 安全。
电力设计院在设计发电厂、变电所时，需要对电气接 线、电气设备和载流导体进行选择，选择的依据之一 就是短路计算的结果，要求设计出的系统在短路情况 下有足够的热稳定度和动稳定度，配置和整定继电保 护也需要进行短路计算。要想计算出系统中某一点发 生短路后各处的电流电压，必须采用一些合理的假设， 以简化计算。
P*= P SB
Q*=
Q SB
S*= S SB
（1—3）
式中：P为有功功率， MW； Q为无功功率， Mvar； S为视在功率，MVA； SB为功率基准值，MVA。
二、 基准值的选取
基准值的选择有一定得任意性，下面仅以三相电路说
明之。在三相电路中物理量U、I、S、Z间有以下两
个基本关系，即