电网继电保护整定计算故障分析基础课件

1、电力系统故障分析基础电力系统故障分析基础主要内容： 标幺值 对称分量法及应用 各元件序阻抗及等值电路 横向短路故障分析纵向不对称故障分析(*)经变压器后短路故障分析标幺值标么值：各物理量对基准值的相对数值，无单位：在短路故障分析中，常用到的电气物理量有U、I、Z、S，其基准值分别为UB、IB、ZB、SB 标幺值基准值选择：在三相系统中，UB、IB、ZB、SB有如下关系 SB:选取100MVA或1000MVA）UB:在故障分析中，通常选取的是该电压级的平均额定电压Uav 标幺值Ib（kA）9.165 5.4991.5600.5020.251Zb（欧）0.397 1.10313.69132529U

2、N（kV）0.38361035110220330500Uav（kV）0.403.156.310.537115230345525各电压等级平均额定电压及对应基准值标幺值三相系统中标么值计算特点 1：有功功率P、无功功率Q的基准值是SB，而不是PB、QB 三相功率（包括视在功率）标么值等于单相功率标么值 线电压标么值和相电压标么值也相等 标幺值三相系统中标么值计算特点 2：在有名制中 标幺值中：标么值计算中:标么值电气量经过变压器后不变化,但求有名值时，应将求得的标么值电气量乘以该电压级相应基准值。 正序分量零序分量负序分量合成对称分量法及其应用对称分量法及应用每组对称分量间的关系（以A相为基准）

3、：对称分量法及其应用几点说明各相序均逆时钟旋转序分量分解合成，可选不同基准相，一般选A相对称分量法中，正负零序分量并非存在某一相中。序阻抗：对应序电压和序电流的比值发电机正常时不产生负序和零序电势三相量用三序量表示三序量用三相量表示对称分量法及其应用应用叠加原理进行分解对称分量法及其应用正序网对称分量法及其应用负序网对称分量法及其应用零序网对称分量法及其应用对称分量法及其应用对称分量法及其应用几点说明：（1）序网络与短路故障点的相别、类型无关，与短路故障点的位置、系统运行方式有关。（2）正序网络、负序网络、零序网络各自独立，即序分量仅存在于各自的序网络中。（3）负序网络、零序网络是无源网络，仅

4、在故障点作用相应的负序、零序电动势，因而负序电压故障点最高、零序电压故障点最高。对称分量法及其应用几点说明：（4）正序网络中存在原有的负荷分量电流、电压，同时存在正序故障分量电流、电压、故障支路中无负荷电流分量。正序电压故障点最低。（5）序网络中的电流、电压仅是特殊相的一个分量，不是电流、电压的全量。（6）故障支路（横向）各序电流三相均流通，并不仅在短路故障的相别支路中流通。如K点A相接地，B相和C相完好，则K点的B相、C相横向支路中同样有各序电流流通。各元件序阻抗及等值网络发电机各序阻抗。（一）正序等值电路 ：等值电势可用次暂态电势、阻抗可用次暂态电抗（二）负序等值电路：等值电路为发电机的负

5、序电抗（三）零序等值电路：发电机中性点不接地，故零序电流不能流入发电机定子绕组，在零序网络中发电机处开路状态。 各元件序阻抗及等值网络变压器正序阻抗。双绕组：三绕组：一般知道两两之间的短路电压，求出各侧等值短路电压后计算，如果各侧容量不同，注意容量归算。中性点阻抗不计入正序网络变压器负序阻抗：同正序阻抗各元件序阻抗及等值网络变压器零序阻抗。变压器的零序等值电路与变压器绕组接线方式、中性点接地与否及铁芯结构有关。三角形绕组接线、中性点不接地的星形绕组接线，在该侧施加零序电压时零序电流不能流通，相当于开路；只有中性点接地的星形绕组接线，该侧施加零序电压，零序电流才可能流通，因此才有相应的零序等值电

6、路。 各元件序阻抗及等值网络变压器零序阻抗。铁芯结构：零序磁通磁路磁阻很小时，零序励磁阻抗有很大的数值；当零序磁通磁路磁阻较大时，零序励磁阻抗数值相对较小。由于反应在零序等值电路中，因此零序等值电路与铁芯结构有关。当三相变压器为三个单相变压器组成、外铁型三相变压器铁芯结构或三相五柱式铁芯结构时，在短路故障分析中可认为零序励磁阻抗无穷大；当三相变压器为三柱式内铁型结构时，不能视为无穷大。 各元件序阻抗及等值网络双绕组变压器零序阻抗（Yn/）。三角形绕组侧的零序电流仅在三角形绕组内流通，形成环流不流出三角形绕组，三角形绕组外的零序电流为零。 三角形绕组内的零序环流为 各元件序阻抗及等值网络双绕组变

7、压器零序阻抗。中性点经电抗串联接地时，等值电路如下 各元件序阻抗及等值网络双绕组变压器零序阻抗（Yn/y）。 各元件序阻抗及等值网络三个单相绕组构成的三绕组变压器零序（Yn/yn/d）XT1,2,3是各绕组的自感抗和互感抗的组合电抗，即等值漏抗，而不是各绕组的实际漏抗， 各元件序阻抗及等值网络三相三柱式内铁型三绕组变压器零序阻抗变压器的外壳可看作是假想的一个三角形绕组，该三角形绕组可作为零序励磁回路对待 经过化简后得到图b 各元件序阻抗及等值网络自耦变压器零序阻抗（中性点经过小电抗接地）。 各元件序阻抗及等值网络输电线路正序阻抗：在平行双回线路中，互不影响另一回线路的正序阻抗 输电线路负序阻抗

8、：同正序阻抗当输电线路的值不能正确提供时，可取下列数值： 6220KV架空线路 35KV三芯电缆 610KV三芯电缆 各元件序阻抗及等值网络输电线路零序阻抗：与线路结构，是否有互感、架空地线等有关，应采用实测值。当无实测值时，对无架空地线的单回输电线路，零序阻抗可取正序阻抗的3.5倍；当有架空地线时，零序阻抗可取正序阻抗的2倍。架空地线的存在使输电线路的零序阻抗减小。 各元件序阻抗及等值网络平行双回线路零序阻抗应考虑各种情况下零序互感的影响。平行双回线路外部接地时的零序等值电路 两回线路靠得愈近，线路的零序阻抗愈大。 各元件序阻抗及等值网络平行双回线路内部接地时的零序等值电路 各元件序阻抗及等

9、值网络平行双回线路内部接地一侧三跳时的零序等值电路 各元件序阻抗及等值网络平行双回线路一回停电检修时的零序等值电路 零序阻抗减小了 ，接地故障时会使通过的零序电流增大，为保证继电保护的选择性，在进行接地保护整定计算时应考虑这种运行方式 各元件序阻抗及等值网络平行双回线路两侧分列运行时的零序等值电路 各元件序阻抗及等值网络双回线路一侧分列运行的零序等值电路 各元件序阻抗及等值网络电缆线路的序阻抗：精确计算困难，一般采用实测值。电缆芯线间距离较小，所以电缆线路的正序（负序）电抗比架空线路的要小得多。电缆平均电抗值： 元件名称（/km）（/km）元件名称（/km）（/km）1kV三芯电缆0.060.

10、21610kV三芯电缆0.081kV四芯电缆0.0660.1735kV三芯电缆0.12各元件序阻抗及等值网络电抗器：正序阻抗，负序阻抗，零序阻抗三者是相等的 分裂电抗器：各元件序阻抗及等值网络异步电动机正序阻抗：异步电动机的输入正序阻抗与转差率s密切相关，即与机械负载大小有关 稳态正序等值电路图各元件序阻抗及等值网络异步电动机正序阻抗：启动时，S=1,等值阻抗数值较小，故起动电流较大，通常可达58倍额定电流。 电动机机端外部三相短路故障时，在12个周波时间内，因转子电流尚未衰减完，所以电动机变成临时电源向外供出短路电流（也称反馈电流），供出的三相短路电流可达4.5倍额定电流。外部短路故障切除，

11、处于制动状态的电动机因电压突然恢复而自起动，自起动电流当然大于额定电流，但一般不会超过5倍额定电流。各元件序阻抗及等值网络异步电动机负序阻抗：异步电动机的输入正序阻抗与转差率s密切相关，即与机械负载大小有关 电动机的负序阻抗近似等于起动阻抗 。较小的负序电压就可产生较大的负序电流，可达1.4。 电力系统横向短路故障分析三相短路：复合序网就是正序网络 三相对称短路没有负序电流和零序电流，也没有负序电压和零序电压 故障分量网络电力系统横向短路故障分析三相短路-序电压分布故障点离M母线愈近，M母线上的电压（正序电压）愈低，当故障点在M母线处时，正序电压降到零值；M、N母线上的突变量电压当故障点靠近母

12、线时，数值愈高。 电力系统横向短路故障分析三相短路-序电流及突变量电流分布M侧正序电流：M侧突变量电流：M侧相电流差突变量电流：三个相电流差突变量数值相同且很大注：C1M为M侧正序分支系数电力系统横向短路故障分析三相短路-保护安装处突变量电压与电流关系正方向上三相短路故障：相位关系仅决定于保护反方向上的正序阻抗角，与故障点的状况无关，即与故障点是否存在过渡电阻无关。 反方向上三相短路故障 ：突变量电压超前电流相差角度约70到80度，超前的角度决定于保护方向上的正序阻抗角，同样与故障点是否存在过渡电阻无关。 电力系统横向短路故障分析两相短路-复合序网及故障分量网络两相短路故障时没有零序电流、电压

13、；零序网络开路 电力系统横向短路故障分析两相短路故障点电流电压电流：电压：电压电流相量关系图电力系统横向短路故障分析两相短路序电压和故障分量电压分布正序电压：故障点的正序电压最低，逐渐向电源升高，到电源点就是电源电动势。 负序电压：故障点的负序电压最高，逐渐向各电源中性点降落，中性点处为零。 故障分量电压：故障点的故障分量电压最高，逐渐向各电源中性点降落，中性点处为零。 电力系统横向短路故障分析两相短路保护安装处电流与电压M侧三相电流 （不计负荷电流）M侧三相电压安装处相量关系：电力系统横向短路故障分析两相短路保护安装处相电流差突变量相电流突变量相电流差突变量电力系统横向短路故障分析两相短路保

14、护安装处负序电压、电流间的相位关系 正方向短路：反方向短路：故障点的负序电压最高，故负序方向元件不存在电压死区 电力系统横向短路故障分析两相短路保护安装处突变量电压、电流间相位关系正序突变量电压电流关系同三相短路正方向：反方向：故障点愈靠近保护安装处，突变量电压愈高，故方向元件不存在电压死区问题 突变量可以反应三相短路故障的方向，并不存在电压死区 电力系统横向短路故障分析单相接地复合序网和故障分量网络电力系统横向短路故障分析单相接地故障点电流电压电流：电压：略电力系统横向短路故障分析单相接地序电压和故障分量电压分布正序、负序、故障分量电压：同两相短路。 零序电压：故障点的零序电压最高，逐渐向接

15、地中性点降落 ，不能传变到三角形绕组外 电力系统横向短路故障分析单相接地保护安装处电流与电压M侧三相电流 （不计负荷电流）电力系统横向短路故障分析单相接地保护安装处相电流差突变量相电流突变量相电流差突变量负荷侧：三个相电流差突变量均为零 电力系统横向短路故障分析单相接地保护安装处序电压、序电流间的相位关系 负序电流电压：同两相短路零序电流电压：类似负序电流和电压的关系。单相接地保护安装处突变量电压、电流间的相位关系 正序电流电压突变量：同两相短路突变量电压与电流正向：方向：电力系统横向短路故障分析不接地系统单相接地示意图电力系统横向短路故障分析不接地系统单相接地复合序网特点综合零序阻抗远大于综

16、合正序、负序阻抗；接地电流不大，正序电流、负序电流在综合正序、负序阻抗上的压降远小于零序电流在综合零序阻抗上的压降；零序电流在线路零序阻抗上的压降远小于零序电流在线路对地电容上的压降。在单相接地的复合序网中，完全可令正序和负序综合阻抗为0，并不计线路元件的零序阻抗 电力系统横向短路故障分析不接地系统单相接地复合序网电力系统横向短路故障分析不接地系统单相接地各序电压和相电压中性点不接地电网发生单相接地时，正序电压保持原有数值，可以继续供电给用户非故障相电压升高 倍，等于线电压值，为避免不同名相再次接地，不允许长期运行，一般最长时间不超过2h。中性点不接地电网发生单相接地时不存在负序电压分量，零序

17、电压等于-EA。 开口三角电压： 电力系统横向短路故障分析不接地系统单相接地接地电流单相接地电流接地电流为电容电流，超前接地相该相电动势相角，接地电流为该电网所有设备对地电容电流之和。当该电网中具有较多电缆线路时，接地电流就增大。 电力系统横向短路故障分析不接地系统单相接地故障线路、非故障线路零序电流 非故障线路：非故障线路的零序电流由本线路对地电容产生，零序电流超前零序电压的相角是90度； 故障线路：故障线路的零序电流由其他非故障线路（包括其他设备）对地总电容产生，零序电流滞后零序电压的相角是90度。 线路出线愈多时，故障线路与非故障线路零序电流间差值愈多。 电力系统横向短路故障分析不接地系

18、统单相接地电容电流补偿线路对本线路对地电容进行补偿时，即各线路零序电流减去本线路对地电容产生的零序电流（各线路对地电容可实测出或计算出）则故障线路与非故障线路零序电流间差值拉大，容易检出故障线路 电力系统横向短路故障分析经消弧线圈接地系统单相接地当接地电容电流超过规定值时，需装设消弧线圈补偿由接地点流向电网的消弧线圈电流为由电网流入接地点的接地电流 接地总电流减小，装设消弧线圈一般采用过补偿,此时补偿电网的脱谐度 电力系统横向短路故障分析经消弧线圈接地系统单相接地复合序网在零序网络的中性点N经3ZL阻抗接地 非故障线路的零序电流：消弧线圈的接入不影响非故障线路零序电流的大小以及与零序电压间的相

19、位关系 故障支路零序电流1）故障线路的零序电流减小较大，在过补偿方式运行时，与非故障线路的零序电流接近同相位 2）流过消弧线圈的有功电流经故障线路构成回路，过补偿方式工作时，3I0超前3U0的相角大于90而小于180，检测线路的零序功率可检测出故障线路 电力系统横向短路故障分析两相接地复合序网和故障分量网络电力系统横向短路故障分析两相接地故障点电流电压在 情况下， ；在 情况下，单相接地和两相接地时非故障相电压均要升高。在实际电力系统中，均以单相接地情况来校核单相短路电流是否大于三相短路电流，校核非故障相电压升高情况。电力系统横向短路故障分析两相接地序电压和故障分量电压分布正负零序电压：同单相

20、接地。 故障分量电压：同单相接地电力系统横向短路故障分析两相接地保护安装处电流与电压电力系统横向短路故障分析两相接地保护安装处相电流差突变量相电流突变量相电流差突变量电力系统横向短路故障分析两相接地保护安装处序电压、序电流间的相位关系 正负零序电流电压：同单相接地突变量电压与电流：同单相接地电力系统横向短路故障分析正序等效原则：故障支路的正序电流分量可用如下通式表示 不同故障类型其附加阻抗不同。两相接地为负序和零序综合阻抗并联、单相接地为串联故障点故障相电流的绝对值与故障支路的正序分量电流成正比： 电力系统纵向短路故障分析概述纵向故障：一相断开或两相断开的非全相运行状态。输电线路一相或两相断线

21、、分相检修线路或断路器设备一相或两相断路器误跳、断路器合闸过程中三相触头不同时接通、线路单相接地短路后故障相断路器跳闸等会造成非全相运行。分析纵向不对称故障，通常采用对称分量法，应用复合序网分析。 电力系统纵向短路故障分析单相断线分析-复合序网电力系统纵向短路故障分析单相断线分析断线处序分量当两侧等值电动势夹角变化时，断相处的负序电流、零序电流作相应变化。 断相处的负序和零序电流是纵向流动，从非全相运行线路的一端流入，从另一端流出 ；全相运行线路中的负序零序电流小于非全相运行线路中的负序零序电流 电力系统纵向短路故障分析单相断线分析断线处电流和断口处电压电力系统纵向短路故障分析单相断线分析断线

22、处电流和断口处电压相量图电力系统纵向短路故障分析单相断线分析序电压与序电流间的相位关系 对保护1和2：正对保护3，4：反电力系统纵向短路故障分析单相断线分析序电压分布(零序为例） 电力系统纵向短路故障分析单相断线分析按照给定负荷电流分析各序电流及断口处电压： 电力系统纵向短路故障分析单相断线分析按照给定负荷电流分析各相电流：当Z00Z11时，非故障相电流减小；当Z00=Z11时，非故障相电流不变；当Z00Zk;ZcZK相间测量阻抗: ZABZK; ZBCZK; ZCAZK单相阻抗能反应低压侧相间短路阻抗;相间0度接线不能反应低压侧相间短路阻抗Yn侧单相接地短路Yn侧单相接地电流相量图 d侧各相电流分布与yn侧接地相有关，d侧滞后于yn侧接地相的电流为0，其它两相大小相同，相位相反，数值为故障电流的