第六章 电力系统故障分析的基本知识

第六章电力系统故障分析的基本知识第1页，共30页，2023年，2月20日，星期三目录第一节故障概述第二节标么制第三节无限大功率电源供电的三相短路电流分析第2页，共30页，2023年，2月20日，星期三第一节故障概述故障一般指短路故障所谓短路，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。在正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间短路的基本类型第3页，共30页，2023年，2月20日，星期三产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。如：例如架空输电线的绝缘子，电气设备载流部分的绝缘材料在运行中损坏，运行人员在线路检修后末拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障

电力系统的短路故障大多数发生在架空线路部分短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害：1、短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电气设备，短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏。2、导体也会受到很大的电动力的冲击，致使导体变形，甚至损坏。3、短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏。第4页，共30页，2023年，2月20日，星期三第5页，共30页，2023年，2月20日，星期三4、破坏系统的稳定，引起大片地区停电5、不对称接地短路所引起的不平衡电流产生不平衡磁通为了减少短路对电力系统的危害，可以采取限制短路电流的措施：如加电抗器。短路问题是电力技术方面的基本问题之一。掌握短路发生以后的物理过程以及计算短路时各种运行参量(电流、电压等)的计算方法是非常必要的横向故障与纵向故障简单故障与复杂故障第6页，共30页，2023年，2月20日，星期三第二节标么制一、标么值二、基准值的选取第7页，共30页，2023年，2月20日，星期三三、基准值改变时标幺值的换算进行电力系统计算时，必须取统一的基准值若电抗X对应不同的基准值的标么值分别为：第8页，共30页，2023年，2月20日，星期三第9页，共30页，2023年，2月20日，星期三四、变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的计算用标么值计算时，也就是在各元件参数的有名值归算到同一个电压等级后，在此基础上选定统一的基准值求各元件参数的标么值的。下面分别介绍准确计算法和一种近似计算法。短路电流计算一般采用近似计算法。第10页，共30页，2023年，2月20日，星期三(一)准确计算法假设在图1—2中己选定第1段作为基本段，其它各段的参数均向这一段归算，然后选择功率基准值相电压基淮值分别为SB和UB。各元件的电抗标么值计算如下。第11页，共30页，2023年，2月20日，星期三第12页，共30页，2023年，2月20日，星期三第13页，共30页，2023年，2月20日，星期三(二)近似计算法上面介绍的准确计算法是按变压器实际变比计算的。在近似汁算中可不按实际变比，而假定变压器的变比为各电压等级的额定电压的平均值之比，各段的电压基准值就是各自的平均额定电压值，则发电机、变压器的电抗标么值就不需按电压归算了第14页，共30页，2023年，2月20日，星期三第15页，共30页，2023年，2月20日，星期三第16页，共30页，2023年，2月20日，星期三第17页，共30页，2023年，2月20日，星期三第18页，共30页，2023年，2月20日，星期三第19页，共30页，2023年，2月20日，星期三第三节无限大功率电源供电的三相短路电流分析本节将分析图l—4所不的简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程。在此电路中假设电源电压幅值和频率均为恒定。这种电源称为无限大功率电源。这个名称从概念上是不难理解的：（1）电源功华为无限大时，外电路发生短路(—种扰动)引起的功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压和频率(对应于同步电机的转速)保持恒定；（2)无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功率电源并联而成，因而其内阻抗为零，电源电压保持恒定。第20页，共30页，2023年，2月20日，星期三往往是以供电电源的内阻抗于[短路回路总阻抗的相对大小来判断电源能否作为无限大功率电源。若供电

电源的内阻抗小于短路回路总阻抗曲10%时，则可认为供电电源为无限大功率电源。一、暂态过程分析对于图1—4所不的三相电路，短路发生前，电路处于稳态,其a相的电流表达式为：第21页，共30页，2023年，2月20日，星期三当在f点突然发生三相短路时,其a相的电流表达式：短路暂态过程的分析与计算就是针对左边回路的。假定短路住t＝0s时发生，由于电路仍为对称．可以只研究其中的一相．例如a相电流的瞬时值应满足如下微分方程：第22页，共30页，2023年，2月20日，星期三第23页，共30页，2023年，2月20日，星期三讨论：1、由上可见。短路至稳态时，三相中的稳态短路电流为三个幅值相等、相角相差1200的交流电流，其幅值大小取决于电源电压幅值和短路回路的总阻抗。从短路发生至稳态之间的暂态过程中，每相电流还包含有逐渐衰减的直流电流，它们出现的物理原因是电感中电流在突然短路瞬时的前后不能突变；很明显。三相的直流电流是不相等的。第24页，共30页，2023年，2月20日，星期三三相短路电流波形由于有了直流分量，短路电流曲线便不与时间轴对称，而直流分量曲线本身就是短路电流曲线的对称轴。因此，当已知—短路电流曲线时，可以应用这个性质把直流分量从短路电流曲线中分离出来，即将短路电流曲线的两根包络线间的垂直线等分第25页，共30页，2023年，2月20日，星期三3、直流分量起始值越大．短路电流瞬时值越大。第26页，共30页，2023年，2月20日，星期三4、三相中直流电流起始值不可能同时最大或同时为零在任意—个初相角下。总有一相(图l-7中为a相、的直流电流起始值较大、而有一相较小(图中为b相)。由于短路瞬时是任意的．因此必须考虑有一相(例如a相)的直流分量起始值为最大值。根据前面的分析可以得出这样的结论：当短路发生任电感电路中、短路前为空载的情况下直流分组电流最大，若初始相角满足α-φ=900，则一相(a相)短路电流的直流分量起始值的绝对值达到最大值．即等于稳态短路电流的幅值。第27页，共30页，2023年，2月20日，星期三二、短路冲击电流和最大有效值电流

(一)短路冲击电