故障分析 基础知识.ppt

1、故障分析的基本知识,1基本概念 2标么制 3对称分量法 4序阻抗的基本概念 5电力系统相序网络的构成,新稳态 电压、频率的偏差 在允许范围内,事故状态 运行参数大大偏离正常值 电能质量严重变坏 正常供电局部或全部 遭到破坏,正常运行状态 稳态 Steady state,故障 Fault,负荷增减 原动机调整,1.1电力系统的运动状态,1 基本概念,1.2 电力系统故障类型,短路故障（横向故障）shunt faults 断相故障（纵向故障）series faults 复杂故障 simultaneous faults 短路故障是电力系统中危害最严重的故障！,1.3 短路故障 shunt fault

2、s short circuit faults,短路的概念：指电力系统正常运行情况以外的一切相与相之间或相与地之间的“短接”。 产生的原因：各种形式的过电压；绝缘材料的自然老化、脏污；直接机械损伤等；人员误操作（运行人员带负荷拉刀闸或线路检修后未拆除地线就加电压等）；自然灾害（极端恶劣天气、地震）等。,1.4 短路的种类：,1.5 短路的基本现象： 电流剧烈增加，电压大幅度下降。,1.6 短路的后果： （1）长时间的短路电流会使设备过热而损坏； （2）电压大幅度下降会造成产品报废及设备损 坏； （3）产生的不平衡电流会对邻近的通信线路等产生干扰，并危机设备和人身的安全； （4）有可能使并列运行的

3、发电厂失去同步，破坏系统稳定，造成大面积停电。,1.7 断相故障 Series Faults open conductor faults,断相故障：指电力系统一相断开或两相断开的情况。属于不对称性故障。 断相种类： 一相断开：one line open (1LO) 二相断开：two lines open (2LO),1.8 复杂故障 simultaneous faults,复杂故障：指在电力系统中的不同地点（两处或两处以上）同时发生不对称故障的情况。又称复故障。,物理模拟法：电力系统动态模拟实验室 发电机，变压器，电流互感器，电压互感器，线路，负荷，控制系统等,1.9 研究电力系统暂态过程的方

4、法：,可模拟电力系统的各种故障，考察继电保护装置的动作情况,数学模拟法： （1) 建立数学模型： 要求: 简单、合理 （2）求解数学模型： 工具：计算器，计算机 （3）结果分析： 从物理上加以讨论和解释，是否符合工程实际情况。,表示电力系统暂态过程的数学方程式,方便解算,符合工程计算的实际要求,MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境.,PSCAD/EMTDC：电力系统电磁暂态仿真程序,EMTDC（Electro-Magnetic Trans

5、ient program for DC）是一个离线的电磁暂态计算程序，是PSCAD/EMTDC仿真的核心。它有精确的交直流元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，是进行交直流系统分析和工程研究的有力工具。,PSCAD（Power system computer Aided Design）作为EMTDC的图形用户界面，完成所要研究系统网络图的构建、仿真运行和结果分析等任务。二者相互关联、交互支持。,主要功能： 可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压 可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便 进行电力系统时域

6、或频域计算仿真 电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算 实现高压直流输电、FACTS控制器的设计,RTDS（Real Time Digital Simulator）,全实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴RTDS公司开发制造，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置 。,在国际上RTDS已经得到广泛应用，逐步替代传统的物理模拟方式。如西门子、ABB等知名企业都有自己的RTDS实验室，将RTDS作为产品功能测试的重要手段；RTDS也在国内得到越来越多的认可，如许继、南瑞、国电南自、北京四方等，以及众多高校。,RTDS由硬件和软件组合而成。RTDS的硬件主要由如GPC、RPC、3PC和TP

7、C等运算板卡和其他相配套的输入输出板卡构成。软件核心为PSCAD/EMTDC。,RTDS仿真装置是一个理想的对保护和控制方案进行设计、研究和试验的工具。当进行闭环试验的时候，应用大量的数学量和模拟量的输入/输出接口，实际的保护和控制装置能与RTDS的仿真装置相连以便与模拟的电力系统相互作用。,数学物理混合模拟：,2 标么制,标么值 (Per Unit Values) 的定义 三相系统基准值 (Base Values) 的选择 不同基准的标么值之间的相互转换 不同电压等级网络中各元件参数标么值的计算。,标么制：各物理量均用标么值来表示的相对单位制。,2.1 标么值的定义 注意：(1) 标么值是一

8、个没有量纲的量。 (2) 标么值具有相对性（相对于基准值）。,2.2 三相系统基准值的选择 一般说来，基准值是可以任意选择的。 为了计算方便 通常要求各电气量基准值之间的关系与三相对称时各电气量实际有名值之间的关系相同。,实际分析计算中，通常首选基准功率和基准电压。基准功率通常取100MVA或1000MVA，基准电压可选为网络的各级额定电压或平均额定电压。,已知标么值，可根据基准值求出有名值,各电气量的标么值计算公式：,2.3 三相系统中标么值计算特点:,（1）,（2）,（3）,（4） 标么值电气量经变压器后不变化。,第一步：先将以额定值为基准值的标么值换算为有 名值； 第二步：将有名值换算成

9、以统一基准值为基准的标么值。,2.4 不同基准的标么值之间的相互转换,问题的提出：,电力系统中各种电气设备的铭牌参数通常是以本身的额定条件为基准的标么值或百分值给出的。而进行电力系统计算时，必须取统一的基准值。因此必须把以额定值为基准的标么值换算成统一基准下的标么值。,（1）发电机,通常给定,通常给定,短路电压百分数,（2）变压器,短路电压:二次绕组短路，逐渐升高一次测绕组所加电压，当一次侧电流达到额定值时，一次侧绕组所加的电压,通常给定,电抗百分数,（3）电抗器,2.5 有变压器联系的不同电压等级网络中 各元件参数标么值的计算,问题的提出：,精确计算法 近似计算法,（1） 精确计算法 选择任

10、意段作为基本段，并取其功率、电压作为 系统的统一基准值，将其它各段的参数向基本段归算。,其他各段参数折算到基本段：,选第一段作为基本段：,简便方法：根据变压器变比，确定其它段的基准电压:,（2) 近似计算法,问题的提出：同一电压等级的升压变压器绕组的额定电压与降压变压器绕组的额定电压有所不同。,平均额定电压：同一电压等级中的最高额定电压与最低额定电压的的算数平均值。,设取第一段为基准段，且 ，,元件的额定电压就是系统的基准电压,近似的含义：假定同一电压等级中各元件的额定电压等于网络的平均额定电压，变压器的实际变比修正为变压器两侧的平均额定电压之比。,主要元件标么值计算公式如下：,3.1 不对称

11、三相系统中对称分量法的应用,一组不对称的三相量可以分解成三组不同的对称三相量（正序分量 负序分量 零序分量）之和。,3 电力系统元件的各序参数和等值电路,一、 对称分量 (Symmetrical Components),“1” 正序分量；,“2” 负序分量；,“0” 零序分量；,大小相等，相位互差120，相序与正常运行方式下的相序相同。,大小相等，相位互差120，相序与正常运行方式下的相序相反。,大小相等，相位相同。,（a）正序分量,（b）负序分量,（c）零序分量,positive sequence component,negative sequence component,zero sequ

12、ence component,零序分量：,若三相量之和为零，则该不对称相量组中不包含零序分量。,三相系统中，线电压中有没有零序分量？,在有中线的星形接法中，中线电流中有没有零序分量？大小如何？,零序电流，必须以中线（包括以地代中线）作为通路，且中线流过的电流等于一相零序电流的三倍。,三角形接法，线电流中有没有零序分量？,三相参数对称电路中，某一序的对称分量电流，只产生同一序分量的电压降。反之，某一序的对称分量电压，也只产生同一序的对称分量电流。独立性！,3.2 对称分量法在不对称故障计算中的应用,在线性对称电路(三相参数对称)中，应用叠加原理，对这三组对称分量分别按对称三相电路去解，然后将其结

13、果叠加起来，就是不对称三相电路的解。这种方法称为对称分量法。,正序网络,负序网络,零序网络,正序网络：,负序网络：,零序网络：,归纳：对任意网络，短路点各序电压和电流满足,表明了各种不对称故障时故障点出现的各序电流和电压之间的相互关系；表示了不对称故障的共性， 与故障类型无关。,4 序阻抗的基本概念,正序阻抗：指仅有正序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的正序电压降与此正序电流之比。,负序阻抗：指仅有负序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的负序电压降与此负序电流之比。,零序阻抗：指仅有零序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的零序电压降与此零序电流之比。,对称三相网络：,对于旋转元件

14、（发电机，电动机），各序电流分别通过时，将会引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转方向相同的旋转磁场；负序电流产生与转子旋转方向相反的旋转磁场；零序电流产生的磁场与转子位置无关。因此，旋转元件的正序、负序、零序阻抗互不相等。,结论： 对静止元件（架空输电线、电缆、变压器、电抗器等），正序阻抗与负序阻抗相等，零序阻抗与正、负序阻抗不同。,变压器的阻抗:,变压器正序电抗与负序电抗相等，等于一、二次绕组漏抗之和。其标么值即为短路电压,变压器的零序阻抗:,变压器零序电抗与变压器的结构（单相、三相及铁心的结构形式）、连接方式以及中性点是否接地有关。,双绕组变压器：,对由三个单相变压器组成的变压器组及

15、三相五柱式或壳式变压器，因磁导大，零序励磁电流很小，所以零序励磁电抗可视为接近无穷大：,对三相三柱式变压器：,当零序电压施加在绕组接成三角形或中性点不接地的星形那一侧时，不管变压器另一侧绕组如何连接，其各绕组中都没有零序电流通过。,负荷的阻抗：,异步电动机占系统总负荷的50以上，可近似地取异步电动机的各序阻抗作为负荷阻抗。,正序阻抗：,正常运行时：,计算稳态短路电流时：,计算次暂态电流时：,负序阻抗：,或,零序阻抗：,电动机一般中性点不接地，不考虑其零序阻抗。,输电线路和电缆的阻抗：,架空输电线、电缆的正序电抗与负序电抗相等。架空线的零序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性能有关

16、。电缆的零序电抗与电缆的外包皮的接地情况有关。,5 电力系统相序网络的构成,在制定各序网络时，首先了解系统的接线、接地中性点的分布状况以及各元件的各序参数和等值电路；然后再分别各序，由短路点开始，查明序电流在网络中的流通情况，以确定各序网络的组成元件及其网络的具体连接。,序网络：由同一序的相应的电动势和阻抗根据电力系统的接线所构成的单相等值电路。,组成负序网络的元件与组成正序网络的元件完全相同。各元件的阻抗要用负序参数表示。发电机及各种旋转电机的负序阻抗与正序阻抗不同，其他静止元件的负序阻抗等于正序阻抗。发电机的负序电动势为零。,正序网络:,正序网络就是通常用以计算对称三相短路时的网络。流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。正序电动势就是发