第1章 电力系统故障分析的基本知识

电力系统暂态分析1第一章电力系统故障分析的基本知识第1节什么是电力系统故障？（故障概述）第2节如何使故障计算更简明？（标幺值）第3节最简单的故障分析是什么？——（无限大功率电源供电的三相短路分析）2暂态的概念电力系统：发电机、变压器、输电线路、用电设备（负荷）。分为：电力元件和控制元件。3电阻、电抗、电导、输入阻抗、转移阻抗、变压器变比、时间常数、放大倍数功率、电压、电流、频率、电动势的角位移电力系统的运行状态系统元件参数系统运行参量直接影响定量确定稳态运行暂态运行4稳态和暂态5暂态过程的分类机电暂态过程：转动元件（发电机和电动机），主要是由于机械转矩和电磁转矩之间的不平衡引起的。重点：电力系统受到各种扰动后的机电暂态过程——稳定分析电磁暂态过程：非转动元件（变压器和输电线），并不涉及角位移、角速度等机械量。重点：交流电力系统中发生短路故障后的电磁暂态过程。——故障分析6第1节什么是电力系统故障？（故障概述）短路：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。三相短路两相短路单相短路接地两相短路接地78产生短路的主要原因：电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。（1）架空线路绝缘子受到过电压闪络或者在正常工作条件下发生污闪；（2）载流部分的绝缘材料在运行中损坏；（3）鸟兽跨接在导线上或者杆塔倒塌发生短路；（4）操作违规。短路的危害短路电流增大，热效应和电动力的冲击。电网电压降低，破坏供电。发电机失去同步，破坏系统稳定，大面积停电。不平衡磁通，干扰通信，危及设备和人身。如何减少短路的危害？9将系统与短路部分隔离。发生短路继电保护装置动作重合闸暂时性故障永久性故障10加装电抗器。

短路电流计算的意义是电气设备选择的依据；是网络结构规划、设计的依据（广东电网、上海电网环网运行，短路电流太大，不安全，难以选择断路器）；是电力系统保护配置的依据；是电力系统稳定控制措施制定的依据。课堂花絮——电力系统故障122003年8月14日－美国大停电•美国东部(EDT)时间2003年8月14日16:11开始（北京时间8月15日晨4:11），美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故•纽约:

交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地隧道里、冒酷热步行回家•停电影响美国：俄亥俄州、密歇根州、纽约州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州）加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）•损失负荷：6180万千瓦•5000万居民失去电力供应•恢复需几天时间

-8月14日19：30恢复134万千瓦

-8月14日23：00恢复2130万千瓦

-8月15日11：00恢复4860万千瓦•美国切机20多台（含9台核电机组）美加共计切机百余台•美经济学家估计：美损失：300亿美元/天安大略省损失：50亿美元2003年8月14日－美国大停电停电前后卫星拍到的美国上空照片停电后的曼哈顿16美国电网的运行风险！172003年8月28号伦敦大停电地铁停运25万人被困地铁站下午6点，下班高峰，持续两个多小时18近年的电力系统停电事故2003年9.23瑞典丹麦大停电2003年9.28意大利全国大停电2003年中国21个省拉闸限电2004年7月12日雅典奥运开幕前一月大停电2005年8月18日印尼大停电，1亿多人受灾2005年5月25日莫斯科大停电2005年9月26日中国海南电网由于台风袭击全面瓦解2006年11月4日欧洲大停电事故2008年1月25日中国雪灾导致南方数省电网崩溃19第2节如何使故障计算更简明？（标幺制）20有名制标幺制21电力系统计算时，注意基准值要求统一！！！

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）一、标幺制的定义22计算时，使用四个物理量的基准值：电压、电流、电抗、功率，可以任选两个，一般先选定电压和功率的基准值，则电流和阻抗的基准值分别为：二．基准值的选取基准值的选取有一定的随意性，在电路中，物理量Ｕ，Ｉ，Ｓ，Ｚ间有基本关系：单相

三相单相三相

四个量中去任意两个为基准值，一般选定电压和功率的基准值。

可得标幺值表示

单相三相基准值改变时需要换算标幺值——电抗下标B表示统一基准值及其对应的标幺值下标N表示设备额定值及其对应的标幺值25电气设备如发电机、变压器、电抗器的阻抗参数均是以其本身额定值为基准值的标幺值或百分值给出的；而在进行电力系统计算时，必须统一基准值，即要求将原来的以本身额定值为基准值的阻抗标幺值换算到统一的基准值。发电机：一般给出其额定电压、额定功率以及以额定值为基准值的电抗标幺值。26变压器：一般给出其额定电压、额定功率以及短路电压百分数等。短路电压百分数和电抗标幺值的关系为：转换为统一基准值的电抗标幺值为：2728电抗器：一般给出其额定电压、额定电流和电抗百分数等。29例：如图所示一简单电力系统，由发电机G经电力线路L供电给负荷D。已知发电机的额定容量SGN=25MVA，端电压UG=10.5kV，电力线路L的阻抗为ZL=0.05+j0.2Ω，负载阻抗为

ZD=3.6+j2.3Ω。试用有名值和标幺制两种方法计算负荷的端电压UD和发电机的输出功率SG。30解：取UG为参考相量方法一：用有名制计算得31方法二：用标幺制计算得（1）选取基准值SB=25MVA，UB=10.5kV（2）化为标幺值32（3）计算33（4）还原变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算用有名值计算时，把不同电压等级中各个元件的参数（如电抗）归算到一个电压等级，然后按一般电路计算，最后将计算结果再折算回到各段，即得各段的有名值；用标幺值计算时，先把各元件参数的有名值归算到同一个电压等级后，选定统一的基准值求各元件参数的标幺值。3435（一）准确计算法原则用实际变比适用范围潮流计算（二）近似计算法原则用平均额定电压比适用范围故障分析电网额定电压3

61035110220330500平均额定电压3.156.310.537115230345525例题2计算图示输电系统的等值电路的参数标幺值

ⅡⅠⅢ（a）接线图36解：（１）准确计算法选第Ⅱ为基本段，并取UB2=121kV，SB=100MVA，则电压电流基准值分别为：37各元件的电抗标幺值分别求得如下：发电机变压器T1输电线路变压器T2电抗器电缆线路电源电势38（2）近似计算法仍取SB=100MVA，各段电压电流基准值分别为：39各元件电抗标幺值求得如下：发电机变压器T1

输电线路变压器T2电抗器电缆线路电源电动势第三节无限大功率电源供电的三相短路电流分析41无限大功率电源：电源电压幅值和频率均为恒定电源功率无限大时，外电路发生短路引起的功率改变对电源可认为无影响，因此电源的电压和频率（同步电机的转速）保持恒定。无限大功率电源可看作是由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。实际应用中如果供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，则可认为供