电力系统故障分析

电力系统故障分析第1页，课件共65页，创作于2023年2月（电力系统不对称运行/故障分析方法--对称分量法）出发点：电力系统不对称运行/故障时，采用相分量分析复杂而困难·使用对称分量法将不对称相分量转化未对称的序分量，可利用其对称性简化不对称运行/故障分析电力系统故障分析与短路计算

第2页，课件共65页，创作于2023年2月3

1.对称分量法不对称相量对称分量法正序分量负序分量零序分量对称分量第3页，课件共65页，创作于2023年2月4

负序分量零序分量正序分量第4页，课件共65页，创作于2023年2月引入旋转因子（算子）零序分量正序分量负序分量第5页，课件共65页，创作于2023年2月6

以故障特殊相序分量表示:第6页，课件共65页，创作于2023年2月7

2.对称分量法分析不对称短路a相短路为例特殊相：a相故障网络第7页，课件共65页，创作于2023年2月8

对称分量法短路点阻抗、电压、电流不对称第8页，课件共65页，创作于2023年2月9

正序网负序网零序网电源：三相正序三相正序网、三相负序网三相零序网特点:各序网三相完全对称，可分析单相序网第9页，课件共65页，创作于2023年2月10

各序分量三相对称：大小、相位关系固定三相电路对称——单相各序电路（序网）正序网负序网零序网序网基本方程三个方程，六个变量，需补充三个方程第10页，课件共65页，创作于2023年2月11

边界条件：短路点处电压、电流方程序网基本方程a相短路：b、c两相短路：b、c两相接地短路：用序分量表示第11页，课件共65页，创作于2023年2月2006-5-20电力系统故障分析12

3.电力系统元件的各序参数和等值电路应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首先必须确定系统中各元件的各序参数元件的序阻抗指元件中流过某序电流时元件两端所产生的序电压降与该序电流的比值静止元件无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相与相之间的磁耦合关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零序电抗较为复杂；旋转元件，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序电抗不相同元件的各序参数可查阅相关手册。第12页，课件共65页，创作于2023年2月13

正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同。除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正序网络中正序网络第13页，课件共65页，创作于2023年2月14

发电机不产生负序电势，故所有电源的负序电势为零。负序网络的组成元件与正序网络完全相同。发电机等旋转元件的电抗应以其负序电抗代替，其它静止元件的负序电抗与正序电抗相同。负序网络第14页，课件共65页，创作于2023年2月15

发电机不产生零序电势，故所有电源的零序电势为零。零序电流相同相位，只能通过大地或与地连接的其他导体才能构成通路。变压器中性点接地的数量和位置确定了零序网络的结构。零序网络第15页，课件共65页，创作于2023年2月2006-5-20电力系统故障分析16

第16页，课件共65页，创作于2023年2月2006-5-20电力系统故障分析17

第17页，课件共65页，创作于2023年2月2006-5-20电力系统故障分析18

第18页，课件共65页，创作于2023年2月19

练习：画出图所示系统，在D点发生不对称短路时的正序、负序、零序网络(忽略变压器励磁支路)。各阻抗标注如下：分别采用下标为1、2、0,表示正序、负序、零序阻抗。如线路7,其正序、负序、零序电抗分别为X7.1、X7.2、X7.0

。1

16

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

D

15

第19页，课件共65页，创作于2023年2月20

解：（1）正序网络

1

16

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

D

15

第20页，课件共65页，创作于2023年2月21

（2）负序网络

1

16

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

D

15

第21页，课件共65页，创作于2023年2月22

（3）零序网络

1

16

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

D

15

第22页，课件共65页，创作于2023年2月4.

电力系统不对称故障分析

横向不对称故障不接地故障：两相短路接地故障：单相接地，两相接地短路纵向不对称故障

断线或非全相运行:

手动合闸或自动重合闸非同期第23页，课件共65页，创作于2023年2月基本分析方法：

1.确定故障特殊相，列写故障边界条件(相分量表示）2.利用相分量——序分量变换关系，确定故障边界条件(以故障特殊相的序分量表示）3.画出正、负、零序网络图4.按照序分量表示的故障边界条件，连接正、负、零序网络，构成复合序网图5.求出短路点的各序电流和各序电压6.根据各序电流和电压计算各相电流和电压第24页，课件共65页，创作于2023年2月横向不对称故障（1）——金属性短路

不接地故障：两相短路接地故障：单相接地，两相接地短路第25页，课件共65页，创作于2023年2月26

单相接地短路

ka(1)故障边界条件（相分量）故障边界条件（序分量）Ia1=Ia2=Ia0=Ia/3Ua=0Ib=0,Ic=0故障特殊相:A相Ua=Ua1+Ua2+Ua0=0画出正、负、零序网络后，按以上关系进行连接，构成复合序网。利用相—序分量变换关系，将相分量表示的故障边界条件用序分量表示：第26页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网计算序电流/电压:Ia1=Ia2=Ia0=E

/(X1

+X2

+X0

)Ua1=E

-Ia1X1

Ua2=-Ia2X2

Ua0=-Ia0X0

计算相电流/电压:第27页，课件共65页，创作于2023年2月电压向量图(按纯电感电路简化，实际应具体计算)电流向量图第28页，课件共65页，创作于2023年2月单相接地短路基本特点：(1)短路故障处各序电流大小相等，方向相同;(2)故障相中的电流Ia1=Ia2=Ia0＝Ia/3，两个非故障相电流为零。(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X

＝X2

+X0

而发生三相短路的电流相等第29页，课件共65页，创作于2023年2月30

两相短路kbc(2)故障边界条件（相分量）Ub=UcIb=-Ic，Ia=0故障特殊相:A相Ia1=(

-

2)Ib/3Ua1=Ua2=[Ua+(

+

2)Ub]/3故障边界条件（序分量）Ia2=(

2

-

)Ib/3=-Ia1Ia0=0Ua0=-

Ia0X0

=0按此关系连接复合序网：第30页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网计算序电流/电压:Ia1=Ia2=E

/(X1

+X2

)Ua1=E

-Ia1X1

Ua2=-Ia2X2

计算相电流/电压:第31页，课件共65页，创作于2023年2月电压向量图电流向量图第32页，课件共65页，创作于2023年2月两相短路基本特点：(1)短路电流及电压中不存在零序分量。(2)两故障相中的短路电流的绝对值相等，而方向相反，数值上为正序电流的

3倍。(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X

而发生三相短路的电流相等。附加阻抗X

为：X

＝X2

(4)短路处两故障相电压总是大小相等，数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位相同，与非故障相电压方向相反。第33页，课件共65页，创作于2023年2月34

两相接地短路kbc(1,1)故障边界条件（相分量）Ub=Uc=0Ia=0故障特殊相:A相故障边界条件（序分量）Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3按此关系连接复合序网：第34页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网计算序电流/电压:Ia1=E

/[X1

+(X2

//X0

)]=E

/[X1

+X2

X0

/(X2

+X0

)]Ia2=Ia1(X2

//X0

)/X2

=Ia1X0

/(X2

+X0

)Ia0=Ia1(X2

//X0

)/X0

=Ia1X2

/(X2

+X0

)Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2

//X0

)=Ia1X2

X0

/(X2

+X0

)第35页，课件共65页，创作于2023年2月电压向量图电流向量图第36页，课件共65页，创作于2023年2月两相接地短路基本特点：(1)在假定Z0

和Z2

的阻抗角相等的情况下，两故障相电流的幅值相等。(2)两个故障相电压为零。(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X

而发生三相短路的电流相等。附加阻抗X

为：X

＝X2

//

X0＝X2

X0

/(X2

+X0

)第37页，课件共65页，创作于2023年2月38

不对称短路电流计算：正序等效定则不对称短路的情况下，短路点的正序分量电流，与在短路点每一相中接入附加电抗X

(n)

后发生三相短路的电流相等：

短路电流绝对值与其正序电流的绝对值成正比：其中，(n)表示故障类型。第38页，课件共65页，创作于2023年2月短路类型K(n)X

(n)m(n)K(3)01K(2)X2

3K(1)X2

+X0

3K(1,1)X2

//X0

3*(1-X2

//X0

)

正序等效定则中X

(n)、m(n)取值表

第39页，课件共65页，创作于2023年2月横向不对称故障（2）——经过渡电阻短路

不接地故障：两相短路接地故障：单相接地，两相接地短路第40页，课件共65页，创作于2023年2月41

经过渡阻抗单相接地短路

故障边界条件（相分量）故障边界条件（序分量）Ia1=Ia2=Ia0=Ia/3Ua=Ua1+Ua2+Ua0Ua1+Ua2+Ua0=3ZfI0Ua=ZfIaIb=0,Ic=0按此关系连接复合序网：第41页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网计算序电流/电压:Ia1=Ia2=Ia0=E

/(X1

+X2

+X0

+3Zf)Ua1=E

-Ia1X1

Ua2=-Ia2X2

Ua0=-Ia0X0

计算相电流/电压:第42页，课件共65页，创作于2023年2月43

经过渡阻抗两相短路将以上相分量以a相序分量表示，化简后有：Ub-

Uc=ZfIbIb=-Ic,Ia=0故障边界条件（相分量）Ua1-

Ua2=ZfIa1Ia1=-Ia2或Ua1-ZfIa1/2

=Ua2–ZfIa2/2

即：Ua1’

=Ua2’按此关系连接复合序网：第43页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网计算序电流/电压:Ia1=-Ia2=E

/(X1

+X2

+Zf)Ua1=Ua2

+

Ia1Zf

Ua2=-Ia2X2

=Ia1X2

按变换关系，可以计算相电流/电压。得：Ua1=Ia1(X2

+

Zf

)第44页，课件共65页，创作于2023年2月45

经过渡阻抗两相接地短路以序分量表示：Ub=

Uc=Zf(Ib+Ib)Ia=0故障边界条件（相分量）Ub-

Uc=0，即：(

2Ua1+

Ua2+Ua0)-(

Ua1+

2Ua2

+Ua0)=0得：Ua1=Ua2得：Ua1=Ua2=Ua0-3I0Zg按此关系连接复合序网：Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0又：Ub=(

2Ua1+

Ua2+Ua0)=-Ua1+Ua0=3I0Zg第45页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网计算序电流/电压:Ia1=E

/[X1

+X2

//(X0

+3Zg)]按变换关系计算相电流/电压；Ia2=-Ia1[X2

//(X0

+3Zg)]/X2

Ua1=Ua2=Ia1[X2

//(X0

+3Zg)]Ia0=-Ia1[X2

//(X0

+3Zg)]/(Z0

+3Zg)Ua0=-Ia0

X0

=Ia1[X2

X0

/(X2

+X0

+3Zg)]第46页，课件共65页，创作于2023年2月单相断线或两相断线的电力系统非全相运行纵向不对称故障单相重合闸非全相过程手动或自动重合闸非同期第47页，课件共65页，创作于2023年2月48

一相断开（同两相接地短路）故障边界条件（相分量）

Ub=

Uc=0Ia=0故障特殊相:A相故障边界条件（序分量）Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0

Ua1=

Ua2=

Ua0=

Ua/3第48页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网E

=EM-EN第49页，课件共65页，创作于2023年2月计算序电流/电压:Ia1=Ia2=Ia0=

E

/(X1

+X2

+X0

)

Ua1=

E

-Ia1X1

Ua2=-Ia2X2

Ua0=-Ia0X0

计算相电流/电压:第50页，课件共65页，创作于2023年2月51

两相断开（同单相接地短路）故障边界条件（相分量）

Ua=0Ib=Ic=0故障特殊相:A相故障边界条件（序分量）Ia1＝Ia2＝Ia0=Ia/3

Ua

=

Ua1+

Ua2+

Ua0第51页，课件共65页，创作于2023年2月复合序网E

=EM-EN第52页，课件共65页，创作于2023年2月计算序电流/电压:计算相电流/电压:Ia1=

E

/[X1

+(X2

//X0

)]=

E

/[X1

+X2

X0

/(X2

+X0

)]Ia2=Ia1(X2

//X0

)/X2

=Ia1X0

/(X2

+X0

)Ia0=Ia1(X2

//X0

)/X0

=Ia1X2

/(X2

+X0

)Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2

//X0

)=Ia1X2

X0

/(X2

+X0

)第53页，课件共65页，创作于2023年2月不同断线情况下E

=EM-EN的计算单相或两相断线的电力系统非全相运行：断线前负荷电流Ifh，则E

=Ifh.X1

在振荡状态下，忽略负荷电流时,假定E=EM=EN，有E

=2E.Sin(/2)

计算振荡时最大序分量电流时，取δ=180°两侧电源并列时开关三相不同时合闸计算：

E

=2E.Sin(/2)

非同期合闸，取最大值δ=180°检查同期合闸则按实际整定角度代入计算第54页，课件共65页，创作于2023年2月5.

电网故障短路电流、电压分布第55页，课件共65页，创作于2023年2月56

①求出短路点的各序电流和各序电压；②依据正序网络求出电流和电压正序分量的分布；③依据负序（零序）网络求出电流和电压负序（零序）分量的分布；④将同一支路或节点的电流或电压各序分量叠加，即为所求支路或节点的三相电流或电压。电网故障短路电流、电压分布第56页，课件共65页，创作于2023年2月电网不对称故障电压分布第57页，课件共65页，创作于2023年2月总结：网络简单或电源容量较小

可采用以上分析方法进行故障分析和短路电流计算；网络复杂或电源容量较大宜采用专用故障计算软件进行故障分析和短路电流计算；相关研究进展介绍：

继电保护综合计算专家系统

第58页，课件共65页，创作于2023年2月继电保护综合计算专家系统基本功能介绍

网络参数数据库管理系统

正、负、零序网拓扑信息、线路及元件参数以及保护安装信息的集成管理保护定值整定所用的网络参数数据库建库、扩建、查询、管理以及数据的安全共享简单方便

第59页，课件共65页，创作于2023年2月

保护定值数据库管理系统

负责各种故障计算选项、计算结果、计算原则等存储管理

可按线路名、厂站名、保护序号、开关号等多种条件，顺序查询、随机查询、综合汇总

各种保护定值计算和灵敏度校验结果以报表形式打印输出第60页