电力系统故障分析的基本知识

1§1电力系统故障分析的基本知识主要内容：1、电力系统故障的基本概念2、三相短路的暂态过程分析3、短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算§1.1故障概述1故障分类故障，事故：正常运行情况以外的相与相之间、相与地之间的连接或相的断开。断线故障（纵向故障、非全相运行）简单故障对称故障短路故障（横向故障）复杂故障不对称故障名称图示符号概率⑴三相短路f（3）5%⑵二相短路f（2）10%⑶单相短路f（1）65%⑷两相短路接地f（1。1）20%⑸一相断线⑹二相断线2短路原因(1)相间绝缘或相对地绝缘损坏；(2)误操作。3短路危害(1)大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）；(2)烧毁设备（热稳定）；(3)电网大面积电压下降；(4)破坏电力系统的稳定；(5)影响电力系统通讯。24减少短路危害的措施(1)采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。(2)通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备行。(3)架空线路普遍采用自动重合闸装置。(4)装设限流电抗器。(5)选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。5短路计算目的(1)合理的配置继电保护及自动装置整定与校验。(2)选择最佳的主接线方案及电气设备，确定限流措施。(3)进行电力系统暂态稳定的计算。(4)确定电力线路对邻近通信线路的干扰等，短路故障又称横向故障，断线故障又称纵向故障。§1.3无限大功率电源供电的三相短路分析1无限大功率电源的概念(1)无限大电源：UG=常数、xG=0、ω=常数(2)无限大功率电源是个相对概念。(若电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可以认为电源为无限大电源。)2暂态过程分析(1)符号约定|0|：故障前瞬间，相当“电路”中的0-0：故障后瞬间，相当“电路”中的0+p或ω：周期分量（period）、ω：频率为ω的分量α：非周期分量m：模值（mode）M：最大值（maximum）∞：稳态值（t→∞）(2)暂态过程分析(对称短路可仅取一相分析，其他两相有模相同、相位差120°的结果。)3单相等值电路：短路前：sin()amuUt,)sin(00tIima式中2220)()(LLRRUImm；)()(0RRLLarctgt＝0s时短路短路后右半部：零输入响应，'100sin()atTamiIe，'''aLTR逐渐衰减至零。左半部：零状态响应+零输入响应。00sin()sin()sin()tTaammpaaamiItIIeii,aLTR式中222mmUIRL；LarctgRipa：交流分量、强制分量、周期分量；Iaa：直流分量、非强制分量、非周期分量。00sin(120)sin(120)sin(120)tTabmmmiItIIe00sin(120)sin(120)sin(120)tTacmmmiItIIe几个结论：1)直流分量曲线是短路电流曲线的对称轴（可用于求直流分量）；2)直流分量起始值越大，短路电流瞬时值越大；（与两个因素有关）ua=Umsin(ωt+α)RL1.R’L’ia43)三相电流中总有一相最大，一相最小；4)短路前为空载，90，a相电流直流分量起始值达到最大值（稳态短路短路的幅值）。负载下突然短路，初始状态的相量图空载下突然短路：3几个概念(1)短路冲击电流短路冲击电流：在最恶劣短路情况下的短路电流的最大瞬时值。5一般情况下：xR，90。所以最恶劣的情况为：Im|0|=0,α=0o（或180o），即空载运行，电压过零瞬间，则有aTtmmaeItIicos冲击电流iM出现在短路发生后1/2周期（f=50Hz,t=0.01s）则有0.010.01(1)aaTTMmmmMmiIIeeIkI冲击系数：aTMek01.01，冲击电流对周期电流幅值的倍数（1kM2）关于KM：1)对纯电阻电路，Ta=0这时KM=12）对纯感性电路，Ta=∞这时KM=23）对实际电网，xR，比较接近纯感性电路，当短路发生在发动机机端时，KM=1.9当短路发生在发电厂高压母线时，KM=1.85当短路发生在一般线路时，KM=1.84）要准确计算KM，应首先计算出短路点的等效电阻和等效电抗，求出Ta的准确值，然后带入aTMek01.01计算。●冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体在短路电流下的受力是否超过容许值，即其动稳定度。tiiMT/2ia0ip06(2)最大有效值电流t时刻短路电流有效值(设该时刻前后一个周期内非周期分量近似不变的电流)：/2/22222/2/211()()2tTtTmtpaaaatTtTIIidtiidtiTT最大有效值电流：短路后半个周期时,2222)01.0(2)1(212)()2(}2(MmmMmstmMkIIiIiIIKM=1.9时，1.622mMII；KM=1.85时，1.562mMII；KM=1.8时，1.522mMII。●IM用于热稳定校验。(4)短路功率(短路容量)短路功率等于短路电流有效值与短路处正常工作电压（常取平均额定电压）的乘积。t时刻的短路功率为：3tavtSUI；标么值：**33avtttBBUISIUIIt常取短路周期分量的有效值。(把短率功率定义为短路电流和平均电压的乘积，这是因为断路器要切断这样大的短路电流；另一方面，在断路器断流时，其动，静触头应该承受工作电压的作用。在实际中，用周期分量电流计算短路功率。)●短路功率主要校验断路器的切断能力。例：在如图所示的网络中，当线路末端发生三相短路接地故障时，试求短路电流周期分量有效值、冲击电流(有名值)及短路功率。(取冲击系数为1.8)解：取SB＝100MVA，UB=Uav70%10.5200.021100100100kTNTuSXS，1221000.38200.55537BlavSXxlu0.0210.5550.576TlXXX*111.7360.576mIX，1001.56kA3337BBavSIu短路电流周期分量有效值：*1.7361.562.71kAmmBIII短路冲击电流：221.82.716.895kAMmmIKI短路功率：**1.736100173.6MVAttBmBSSSIS考核要求1.了解电力系统故障的基本概念2.理解三相短路的暂态过程3.掌握短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算(Im)例题：一、简答题1.无限大容量电源的含义是什么?(无限大容量电源的含义是指容量相对较大，内阻抗相对较小和端电压恒定的等值电源或等值系统。)2.如何计算转移电抗？(转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，以得到对应于各发电机容量的计算电抗，即),2,1(ni)3..无穷大系统三相短路电流中都包含哪些分量？各有什么特点？(暂态分量和稳态分量。)二、计算题NijsiiknSXXS81.如图110kV等效系统x=1.73、E″=1(标幺值)，求起始次暂态电流及冲击电流有名值(取冲击系数为1.8，Sn=100MVA，Un=Uav)1.起始次暂态电流标幺值为起始次暂态电流有名值为I″=I*″In=0.578×0.502=0.29kA冲击电流有名值为iimp=1.8I″=1.8×0.29=0.522kA2.在如图所示的网络中，当线路末端发生三相短路接地故障时，试求短路电流周期分量有效值、冲击电流(有名值)及短路功率。(取冲击系数为1.8)取S0＝100MVA，U0=Uav0%10.5200.021100100100kTNTuSXS，00221000.38200.55537lavSXxlu0.0210.5550.576TlXXX*111.7360.576IX，001001.56kA3337avSIu短路电流周期分量有效值：*01.7361.562.71kAIII''10.5781.73EIX1000.502.33115nnnSIkAU9短路冲击电流：221.82.716.895kAMmIKI短路功率：*0*01.736100173.6MVAkSSSIS