电力系统故障分析课件

电力系统故障分析主讲人:江月新学好本课程的重要性一、为继电保护课程学习打基础二、为今后的事业发展打基础本课程究竟学些什么？电力系统运行过程中,最常见、最危险的短路故障的分析和计算电力系统故障52008中国大暴雪遭人为破坏的电力设施2003年美加“8.14“大停电事故起因“8.14”大停电概述2003年8月14日,美国东部时间16:11分(北京时间15日4:11分),美国东北部和加拿大东部联合电网发生了一连串的相继开断事故，最终导致系统失稳，酿成了有史以来最大规模的停电灾难（“8.14”大停电）。此次停电波及9300km2，受影响的地区包括美国密歇根州、俄亥俄州、纽约市、新泽西北部、马萨诸塞州、康涅狄格州和加拿大安大略省、魁北克省在内的十多个地区。图1美加大停电地理区域“8.14”大停电的后果1：“8.14”大停电造成美国东北部和加拿大东部机场瘫痪、公共交通瘫痪、航班延迟、成千上万的人被困在地铁、电梯、火车和高速公路上，超过5000万人的失去电力供应，停电时间29h后才完全恢复电力；2：“8.14”大停电给美国经济带来严重影响，据美国经济专家预测，此次美国历史规模最大的停电事故，所造成的经济损失可能多达300亿美元/d，而据纽约市政厅估计，此次停电造成纽约市财政减收7.5亿美元，税收减少4000万美元；而加拿大方面，其经济损失也高达23亿加元；3：“8.14”大停电中共损失6180kw负荷，263座电厂531台发电机停运（包括10座核电站19台核电机组），几十条高压输电线停运。纽约交通陷入一片混乱旅客在肯尼迪机场熬了一夜全美国卫星图片大停电前卫星图片大停电后卫星图片臺軍研發石墨炸彈意圖戰時癱瘓大陸電網石墨炸弹（号称“电力开关”）导电纤维炸弹美军BLU-114型碳纤维炸弹台军石墨炸弹大停电事故＝人类灾难！1101001,00010,000一年十遇一年一遇十年一遇百年一遇每个事件的损失（百万美元）（美国）地震洪水飓风停电华北南方东北台湾陕北煤电1、2陕北蒙西煤电3石家庄北京东华中济南豫北420280240470340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电362280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电130无锡南阳283170329150上海北164华东杭北芜湖290400长沙荆门恩施乐山360330川西水电蒙西煤电4天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电1宁夏煤电2蒙西煤电2晋中煤电驻马店武汉沿海核电260270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480沿海核电280210300晋中重庆450晋东南煤电沿海核电沿海核电金沙江II期铁岭地下电站上海西蒙西锡盟图例500千伏交流±500千伏跨国直流1000千伏交流750千伏交流雅安西安东靖边蒙西煤电6400400400280260100晋东南煤电300俄罗斯滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170西藏水电×360温州280蒙古绵阳万县±800千伏直流宝清×440250150260榆林锡盟煤电III430200蒙西煤电5宁夏煤电1俄罗斯晋东南煤电阜新本溪宝清哈尔滨吉林450260240300260220西北准东安西永登拉西瓦白银西宁官亭张掖银川东哈密新厂平凉乾县渭北羊曲班多宝鸡兰州东天水榆林延安哈密电厂哈密变奇台变吐鲁番变西山变东郊变乌北变玛纳斯奎屯变皇宫变霍城变库尔勒变400霍林河4509017022014080901001801403601501003901201201801502203201001801602302781411891707915025712021541645234440230中俄背靠背渭南彬长至冯屯10012070230503060120呼盟5呼盟4呼盟3呼盟2伊敏鄂温克新左旗满洲里200呼盟1海拉尔150哈密460350350连云港盐城酒泉西藏350敦煌华北南方东北台湾陕北煤电1、2陕北蒙西煤电3石家庄北京东华中济南豫北420280240470340100360晋东南徐州淮南煤电徐州煤电362280雅龙江梯级金沙江I期金华川西水电130无锡南阳283170329150上海北164华东杭北芜湖290400长沙荆门恩施乐山360330川西水电蒙西煤电4天津南昌唐山青岛120300250300450福州400南京200240300沿海核电沿海电源150蒙西煤电1宁夏煤电2蒙西煤电2晋中煤电驻马店武汉沿海核电260270300300锡盟煤电I锡盟煤电II480480沿海核电280210300晋中重庆450晋东南煤电沿海核电沿海核电金沙江II期铁岭地下电站上海西蒙西锡盟图例500千伏交流±500千伏跨国直流1000千伏交流750千伏交流雅安西安东靖边蒙西煤电6400400400280260100晋东南煤电300俄罗斯滁州泰州14045017027070270130150赣州泉州380410170西藏水电×360温州280蒙古绵阳万县±800千伏直流宝清×440250150260榆林锡盟煤电III430200蒙西煤电5宁夏煤电1俄罗斯晋东南煤电阜新本溪宝清哈尔滨吉林450260240300260220西北准东安西永登拉西瓦白银西宁官亭张掖银川东哈密新厂平凉乾县渭北羊曲班多宝鸡兰州东天水榆林延安哈密电厂哈密变奇台变吐鲁番变西山变东郊变乌北变玛纳斯奎屯变皇宫变霍城变库尔勒变400霍林河4509017022014080901001801403601501003901201201801502203201001801602302781411891707915025712021541645234440230中俄背靠背渭南彬长至冯屯10012070230503060120呼盟5呼盟4呼盟3呼盟2伊敏鄂温克新左旗满洲里200呼盟1海拉尔150哈密460350350连云港盐城酒泉西藏350敦煌中国电网将成为世界上最复杂的交直流互联大电网，如何保障其安全运行是非常有挑战性的课题！绪论第一节电力系统的基本概念一、电力系统接线图电能是一种输送和取用都很方便的能量,被广泛地应用于现代工农业生产和人民生活的各个方面。一、什么是电力系统？电力系统接线图电力系统：这些生产、输送、分配和消耗电能的各种电气设备连接在一起组成的整体。发电机：机械能转化为电能；变压器、电力线路：变换、输送、分配电能的作用；电动机、电炉、电灯等用电设备：消耗电能，这些用电设备把电能转换成用户所需要的各种能量,如机械能、热能、光能等。联络线：连接于两个电力系统之间的输电线，许多发电厂用电力网连接起来并联工作，提高供电的可靠性和经济性。联合电力系统或互联系统：两个或两个以上的电力系统用联络线连接。系统之间的联络线的任务是按照经济调度要求交换功率及在事故情况下增加系统运行可靠性。电力系统及电力网：火力发电厂、水力发电厂、电力网及负荷用户等。电力网：指电力系统中除发电机和用电设备外的一部分,包括输电系统和配电系统。图0-2电力系统及电力网示意图1变压器;2一负荷F;3一电动机;4一电灯输电系统将强大的电能从发电厂输送到负荷中心。较高电压等级：我国己投入运行的输电线路电压110~75OKV,100OKV特高压晋东南一南阳一荆门输电线路即将投运。配电系统：一般分高压配电网和低压配电网两级。高压配电电压一般为6、10、35kV,有些大城市已采用220、11OKV。低压配电网的电压是380、220V的三相四线制。二、电力系统的额定电压和额定频率设备的额定电压和额定频率：电气设备都是按照指定的电压和频率来进行制造的,当电气设备在此电压和频率下运行时,将具有最好的技术性能和经济效果。我国制定的标准额定电压分为三类:第一类为100V以下：适用于蓄电池和安全照明用具等。第二类为100~100OV：适用于一般工业和民用电气设备。第三类为1000V以上：用电设备额定电压交流发电机额定线电压变压器额定线电压(KV)(KV)(kV)一次绕组二次绕组33.153,3.153.15,3.366.36,6.36.3,6.61010.510,10.510.5,1115.7515.75353538.5(60)(60)(66)110110121(154)(154)(169)220220242330330363500500525,550同一个电压级别下,各种电气设备的额定电压并不完全相等。发电机额定电压：接在线路始端，线路额定电压的105%。变压器一次侧接电源：用电设备的额定电压。变压器二次侧额定电压：较线路额定电压高10%。线路额定电压：线路的平均电压(Ua+Ub)/2。用电设备的额定电压：线路的额定电压相等的值。图O-3电力网络中的电压分布三、电力系统中性点的运行方式电力系统中性点：星形连接的变压器或发电机的中性点。关系到绝缘水平、通信干扰、接地保护方式、电压等级、系统接线等很多方面。中性点运行方式主要分两类,即直接接地和不接地。直接接地系统：供电可靠性低,因这种系统一相接地时,出现了除中性点外的另一个接地点,构成了短路回路,接地相电流很大直接接地系统又称为大接地电流系统。为了防止损坏设备,单相接地时,必须迅速切除接地相甚至于切除三相。不接地系统：供电可靠性高,但对绝缘水平的要求也高,这种系统中一相接地时,不构成短路回路,接地相电流不大,不必切除接地相,但这时非接地相的对地电压将升高为相电压的1.732倍。属于中性点不接地方式的还有中性点经消弧线圈接地方式。中性点不接地系统又称为小接地电流系统。三、电力系统的运行状态电力系统的运行状态由运行参量来描述、运行参量定量地确定系统的运行状态。运行参量：功率、电压、电流、频率及电动势相量间的角位移等。系统元件参数：系统元件的物理性质决定并代表元件的特性,如电阻、电抗、电导、变压器变比、时间常数和放大倍数等。系统元件参数直接影响到运行参量的大小。电力系统中的运行状态：即稳态和暂态。当电力系统处于稳态时,其运行参量不是常量,而是持续地变化,但这种变化是围绕某一平均值附近的变化,幅度很小,因而实际中可以认为运行参量是常量。电力系统常常受到各种突然的挠动,这些挠动使电力系统处于暂态过程之中,这时运行参量可能发生较大的变化。暂态过程中运行参量变化可能对系统造成危害断路器操作引起的过电压可能危及设备的绝缘短路故障引起较正常电流大得多的短路电流,其电动力和热效应也可能损坏设备短路故障改变了网络结构,因而改变了各发电机的输出功率,造成各发电机输入机械功率和输出的电磁功率不平衡,有可能引起发电机组之间失去同步第二节电力系统故障分析的基本知识一、故障概述短路：电力系统正常运行情况以外的一切相与相之间或相与地(对于中性点接地的系统)之间发生短接的情况。短路故障：在电力系统正常运行时,除中性点外相与相之间或相与地之间是绝缘的,某种原因使其绝缘破坏而构成了通路。短路故障的原因外界雷击鸟害污染人害内部绝缘损坏老化等误操作短路的类型短路种类示意图代表符号三相短路f(3)两相短路接地f(1,1)两相短路f(2)单相短路f(1)对称短路不对称短路2005年东北电网人工三相短路实验单相接地短路发生的次数占大多数,约为65%发生两相短路次数较少,三相短路的机会最少,但这两种短路后果较严重,应给予足够重视。短路危险后果(1)电动力效应的破坏作用：短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流,由于短路电流的电动力效应,导体间将产生很大的机械应力。(2)热效应的破坏作用：短路电流流过设备使其发热增加,持续时间较长时,设备可能过热以致损坏。(3)电压下降的危害：短路时系统电压大幅度下降,对用户影响很大。异步电动机。当电压大幅度下降时,可能导致电动机停转,造成产品报废、设备损坏等严重后果。(4)发电机失步，破坏系统稳定：当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时,并列运行发电机的可能失去同步，破坏系统稳定运行，造成大