5、电力系统故障分析.pptx

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第一部分电力系统基础主要内容第一章电力系统的基本概念第一章电力系统的基本概念第二章电力网元件参数及等值电路第二章电力网元件参数及等值电路第三章电力系统潮流计算第三章电力系统潮流计算第四章电力系统运行方式的调整和控制第四章电力系统运行方式的调整和控制第五章电力系统故障分析第五章电力系统故障分析第六章电力系统稳定性分析第六章电力系统稳定性分析第五章电力系统故障分析第一节概述第一节概述第二节无穷大容量系统三相短路计算第二节无穷大容量系统三相短路计算第三节有限大容量系统三相短路计算第三节有限大容量系统三相短路计算第四节不对称短路的计算方法第四节不对称短路的计算方法第一节概述l故障故障:

一般指短路和断线一般指短路和断线,分为简单故障和复杂分为简单故障和复杂故障故障l简单故障简单故障:

电力系统中的单一故障电力系统中的单一故障l复杂故障复杂故障:

同时发生两个或两个以上故障同时发生两个或两个以上故障l短路短路:

指一切不正常的相与相之间或相与地之间指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。

（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。

一、短路的类型一、短路的类型短路种类短路种类三相短路三相短路对称短路对称短路两相短路两相短路单相短路接地单相短路接地两相短路接地两相短路接地不不对对称称短短路路示意图示意图代表符号代表符号发生的机率约发生的机率约（%）5106520）3（f）2（f）（f）1,（f绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。

带来的设备缺陷发展成短路。

恶劣天气：

雷击造成的闪络放电或避雷器动作，恶劣天气：

雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。

架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。

人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。

设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。

挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

二、短路的主要原因二、短路的主要原因11、电流剧增：

设备发热增加，若短路持续时间较长，可能、电流剧增：

设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应，导体由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。

间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。

22、电压大幅度下降，对用户影响很大。

、电压大幅度下降，对用户影响很大。

33、当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列、当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。

成大面积停电，这是短路最严重的后果。

44、发生不对称短路时、发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯线三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应出电动势路感应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害

（1）限制短路电流（加电抗器）。

（2）继电保护快切。

（3）结线方式。

（4）设备选择.四、减少短路危害的措施四、减少短路危害的措施五、短路计算的目的五、短路计算的目的短路电流计算结果短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。

据它可以确定限制短路电流的措施。

是以下分析和计算的依据：

是以下分析和计算的依据：

n中性点接地方式的选择、变压器接地点的位置和台数中性点接地方式的选择、变压器接地点的位置和台数n对邻近的通讯系统是否会产生较大的干扰对邻近的通讯系统是否会产生较大的干扰n接地装置的跨步电压、接触电压的计算接地装置的跨步电压、接触电压的计算n电力系统稳定性的计算等。

电力系统稳定性的计算等。

六、计算短路电流的基本假设六、计算短路电流的基本假设1、所有发电机电势的相位均相同、所有发电机电势的相位均相同不考虑短路时各发电机之机的摇摆、振荡现象；不考虑短路时各发电机之机的摇摆、振荡现象；2、短路回路各元件参数只考虑电抗，并认为是常数；、短路回路各元件参数只考虑电抗，并认为是常数；不考虑变压器等元件磁路的饱和；通常不考虑线路的对地不考虑变压器等元件磁路的饱和；通常不考虑线路的对地电容；高压压短路计算不考虑电阻的影响，只考虑电抗。

电容；高压压短路计算不考虑电阻的影响，只考虑电抗。

3、用次暂态电抗和次暂态电势来代表发电机的等值电路、用次暂态电抗和次暂态电势来代表发电机的等值电路若将短路前发电机运行状态看作空载，那么次暂态电势标若将短路前发电机运行状态看作空载，那么次暂态电势标么值也就取为么值也就取为1；4、略去变压器励磁支路，其变比取为平均额定电压之比。

、略去变压器励磁支路，其变比取为平均额定电压之比。

额定电压等级：

（额定电压等级：

（kV）：

）：

3、6、10、20、35、60、110、154、220、330、500、750、1000.平均额定电压：

（平均额定电压：

（kV）：

）：

3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、5255、负荷对短路电流的影响只作近似的考虑或略去不计、负荷对短路电流的影响只作近似的考虑或略去不计短路点附近有大型同步或异步机时除外。

短路点附近有大型同步或异步机时除外。

七、短路时各元件电抗标幺值的计算七、短路时各元件电抗标幺值的计算n11、基准值的选择与计算、基准值的选择与计算n通常选定基准值中的任意两个，另外两个总可以通常选定基准值中的任意两个，另外两个总可以求取，通常优先选取容量基准和电压基准，即求取，通常优先选取容量基准和电压基准，即平均额定电压平均额定电压Uav：

（：

（kV）：

）：

3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525基准值实际值标么值1001000（ddavSUU=MVA）（KV）或23（）3（KA）ddddddddSIUUUZSI=Wn22、标幺值间的关系、标幺值间的关系n通常选定基准值中的任意两个，另外两个总可以通常选定基准值中的任意两个，另外两个总可以求取，通常优先选取容量基准和电压基准，即求取，通常优先选取容量基准和电压基准，即n特别地，当电压标幺值等于特别地，当电压标幺值等于11时，有时，有*SUIUIX=*1SIX=短路计算时电力系统各主要元件的等值电路短路计算时电力系统各主要元件的等值电路设设备备名名称称发发电电机机.变压器变压器双双卷卷三卷或自耦三卷或自耦普通电抗器普通电抗器电抗器电抗器分裂电抗器分裂电抗器线线路路忽略分布电容忽略分布电容.代代表表符符号号.211122.333.x等等值值电电路路.12.xL-xMxMxs+xMxs+xTxIxIIxIIIxrEn33、各元件电抗标幺值的计算、各元件电抗标幺值的计算n

（1）

（1）发电机发电机GG电抗标幺值的计算电抗标幺值的计算n可见，发电机电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

可见，发电机电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

T1T2x4x2x3x5T3x6x1GU1avU2avU3vU4avx1*dx2*dx3*dx4*dx5*dx6*d取U4为基本级有名值标幺值x7x7*d221234112212344*骣=琪琪桫*davavavavddddNdNGNavavavGNavavxxxxSUUUUSSSUUUSUUcosGNGNNPSj=Rn

（2）

（2）变压器变压器T1T1电抗标幺值的计算电抗标幺值的计算n可见，变压器电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

可见，变压器电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

T1T2x4x2x3x5T3x6x1GU1avU2avU3vU4avx1*dx2*dx3*dx4*dx5*dx6*d取U4为基本级有名值标幺值x7x7*d11221234122222344100100骣=琪琪桫*%dkavavavdkddTNavavTNavavSUUUUSUSxxSUUSUURn（3）（3）输电线输电线IIII电抗标幺值的计算电抗标幺值的计算n可见，输电线路电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

可见，输电线路电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

T1T2x4x2x3x5T3x6x1GU1avU2avU3vU4avx1*dx2*dx3*dx4*dx5*dx6*d取U4为基本级有名值标幺值x7x7*d234331122223442骣=琪琪桫*davavdddavavavavavxXxLxLSUUSSUUUUURn（4）（4）电抗器电抗器RR电抗标幺值的计算电抗标幺值的计算n可见，电抗电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

可见，电抗电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。

T1T2x4x2x3x5T3x6x1GU1avU2avU3vU4avx1*dx2*dx3*dx4*dx5*dx6*d取U4为基本级有名值标幺值x7x7*d2435222344310010033骣=琪琪桫*%davddRNRNdNNavavavavXUXUxXIISUSSUUUURn（5）（5）系统电抗标幺值的计算系统电抗标幺值的计算n电力系统通常可等效为一个等值电源和一个电抗，电力系统通常可等效为一个等值电源和一个电抗，其电抗标幺值通常可用系统短路容量（短路电流）其电抗标幺值通常可用系统短路容量（短路电流）或与系统连接的断路器的遮断容量来。

或与系统连接的断路器的遮断容量来。

n已知系统短路容量已知系统短路容量或与该系统连接的断路器断流容量或与该系统连接的断路器断流容量，则该系统的等效电抗标幺值为：

，则该系统的等效电抗标幺值为：

）kkSI（或短路流knS3*=dddssknavkkSSSxxSUIS=或各元件电抗标幺值计算汇总各元件电抗标幺值计算汇总发电机发电机变压器变压器线路线路电抗器电抗器系统系统%100kdTTNUSXS*=12dLSXxLU*=av*=*dGdNGNxxSS2%1003RNdRRavRNUSxxUI*=创kkdSSS*=cosNNNPSj=*=ddssknkSSxxSS或第五章电力系统故障分析第一节概述第一节概述第二节恒定电势源电路的三相短路第二节恒定电势源电路的三相短路第三节三相短路的计算方法第三节三相短路的计算方法第四节不对称短路的计算方法第四节不对称短路的计算方法第二节无穷大系统三相短路计算无穷大系统（又称恒定电势系统），是指端电压幅值和无穷大系统（又称恒定电势系统），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。

频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。

一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂态过程简单三相电路短路简单三相电路短路短路前电路处于稳态短路前电路处于稳态：

0sin（）sin（）mmeEtiItwawaj=+=+-0222（）（）mmEIRRLLw=+RRLLtg）（1aa相的微分方程式如下：

相的微分方程式如下：

其解就是短路的全电流，它由两部分组成：

其解就是短路的全电流，它由两部分组成：

周期分量和非周期分量。

周期分量和非周期分量。

假定假定tt00时刻发生短路时刻发生短路）sin（tEdtdiLRim/sin（）atTdzadfamiiiItCewaj-=+=+-+短路电流的强制分量短路电流的强制分量,并记为并记为周期分量：

周期分量：

22（）mmEIRLw=+RLtg1sin（）dzamiItwaj=+-dzai非周期电流：

非周期电流：

短路电流的自由分量短路电流的自由分量,记为记为特征方程特征方程的根。

的根。

非周期分量电流衰减的时间常数非周期分量电流衰减的时间常数（CC为由初始条件决定的积分常为由初始条件决定的积分常数）数）atTptdfaiCeCe-=0pLRpLRpaTRLpTa1短路的全电流可表示为短路的全电流可表示为：

短路电流短路电流不突变不突变短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解/sin（）atTdzadfamiiiItCewaj-=+=+-+0sin（）sin（）mmIICajaj-=-+0sin（）sin（）mmCIIajaj=-/0sin（）sin（）sin（）atTmmmiItIIewajajaj-=+-+-0sin（）miItwaj=+-指短路电流可能的最大瞬时值，用表示。

指短路电流可能的最大瞬时值，用表示。

其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。

其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。

一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即，故可近似认为。

据分析，非周期即，故可近似认为。

据分析，非周期电流有最大值的条件（也就是短路冲击电流最大值电流有最大值的条件（也就是短路冲击电流最大值的条件）为：

短路前电路空载（的条件）为：

短路前电路空载（）,）,并且短并且短路发生时，电源电势过零（）。

路发生时，电源电势过零（）。

此时短路电流为：

此时短路电流为：

二、短路全电流最大有效值二、短路全电流最大有效值imi90RL00mI=0a=cosatTdzadfammiiiItIew-=+=-+ITI可见：

无穷大系统发生三相短路时，周期分量不衰减，非可见：

无穷大系统发生三相短路时，周期分量不衰减，非周期分量呈指数规律衰减。

周期分量呈指数规律衰减。

dzaidfaiit2I0.012Ts=icosatTdzadfammiiiItIew-=+=-+aLXTRRw=eimi2I短路发生点短路发生点KKimim推荐值推荐值发电机端发电机端1.901.90发电厂高压侧母线发电厂高压侧母线1.851.85运离发电厂的地点运离发电厂的地点1.801.80为为t=0时刻短路电流周期分量的有效值（称为时刻短路电流周期分量的有效值（称为次暂态短路电流次暂态短路电流）。

）。

短路电流的最大瞬时值（短路冲击电流）在短路发生短路电流的最大瞬时值（短路冲击电流）在短路发生后约半个周期时（即短路后后约半个周期时（即短路后0.01s）出现）出现称为冲击系数称为冲击系数0.010.01

（1）2aaTTmmmimmimiIIeeIkIkI-=+=+=im2mII=0.011aTimke-=+指短路全电流可能的最大有效值，用表示。

指短路全电流可能的最大有效值，用表示。

常用于校验某些电气设备的断流能力。

常用于校验某些电气设备的断流能力。

三、短路全电流最大有效值三、短路全电流最大有效值为了简化计算，通常假定：

为了简化计算，通常假定：

非周期电流在以时间非周期电流在以时间tt为中心的一个周期内恒定不变，为中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间因而它在时间tt的有效值就等于它的瞬时值。

的有效值就等于它的瞬时值。

周期电流在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等周期电流在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的于由周期电流包络线所确定的tt时刻的幅值。

时刻的幅值。

imI2/2/22/2/211（）+-=+蝌tTtTttdztdfttTtTIidtiidtTT短路电流有效值的确定短路电流有效值的确定根据上述假定条件：

根据上述假定条件：

短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：

短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：

t=0.01s，故，故短路电流的最大有效值短路电流的最大有效值：

22=+tdzdftIII0.01222

（2）12

（1）aTimimIIIeIk-=+=+-0.011aTimke-=+短路发生点短路发生点KKimim推荐值推荐值发电机端发电机端1.901.90发电厂高压侧母线发电厂高压侧母线1.851.85运离发电厂的地点运离发电厂的地点1.801.80Iim1.62I1.56I1.52I短路容量也称为短路功率，它等于短路电流周期短路容量也称为短路功率，它等于短路电流周期分量分量t=0s时刻的有效值同短路处的正常工作电压时刻的有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积，即（一般用平均额定电压）的乘积，即用标幺值表示时用标幺值表示时短路容量主要用来校验开关的切断能力。

短路容量主要用来校验开关的切断能力。

四、短路容量四、短路容量3kavSUI=33kavkddavdSUIISISIUI*=五、短路回路总阻抗求取五、短路回路总阻抗求取11、绘制计算电路图、绘制计算电路图用单相节线图表示计算电路图标明各元件额定参数各元件均按顺序编号1234566.3KV37KV0.4/km15km27.5MVAUk%=7.5215MVA6KV400AXR%=4125.0xN*d）3（1d）3（2d22、短路计算点和系统运行方式确定、短路计算点和系统运行方式确定短路点按选择电气设备整定继电保护高、低压母线电气设备接线端处运行方式最大：

选择电气设备和继电保护整定值计算最小：

校验继电保护并列运行处理电源按最大容量处理分裂运行处理12100012508315=*.BdNGNxSxxS223461000872100100633304=*%.RNBNBxUSxIU24575100110010075=*%.kBTNuSxxS22662100041504437=创*.BSxxU33、绘制等值电路图、绘制等值电路图对应每一个短路点作出一个等值电路图任一短路点对应等值电路中，只要求表示该点短路时，短路电流通过的元件电抗分子为顺序号，分母为该元件的电抗标幺值83.0183.0283.03d）3（1G1G283.0183.0244.06d）3（2G1G2141544、等值电路图归并与简化、等值电路图归并与简化串联并联YiXX=11iXX=x12x23x13x1x2x3123131211223131223212231313233122313XXXXXXXXXXXXXXXXXX=+=+=+121212323232311313132XXXXXXXXXXXXXXXXXX=+=+=+利用网络的对称性对称性网络的结构相同电源一样电抗参数相等短路电流流向一致（11）等电位可以连起来）等电位可以连起来（22）等电位间的电抗可以去掉）等电位间的电抗可以去掉GGGLLTTT110KV35KV.（a）2K（3）1K（3）XT1XT2XT3XLXGXT1XT2XT1XT33333110KV35KVE123456（b）（3）K1（3）K2（3）K2（3）K1例：

d1，d2发生短路时，计算短路回路的总电抗标幺值d）3（14.19Gd）3（283.0183.0215G1G21444.06d）3（15.08415.07G44.0683.0183.02872.03d）3（1G1G2d）3（1872.03415.07Gd）3（1287.18G网络中间节点消去法（Y法）1211122221111nffnfnYxxxxxxxYxxxYxxxY+=LL的转移电抗：

的转移电抗：

的转移电抗：

1x2x3xnx1fx2fx3fxnfxxff分布系数法n当求出了短路点总短路电流后，求取各电源向短路点提供当求出了短路点总短路电流后，求取各电源向短路点提供的短路电流，常采用分布系数法。

的短路电流，常采用分布系数法。

六、无限大容量系统三相短路计算方法总结六、无限大容量系统三相短路计算方法总结

（一）基本概念

（一）基本概念1.哪那种故障短路电流最大中性点接地：

三相或单相中性点不接地：

三相2.短路电流计算值次暂态短路电流：

周期分量起始（t=0）的有效值用途：

保护整定计算及校验断路器的额定断流容量短路全电流的最大有效值用途：

校验电气设备的动稳定和断路器的额定断流量三相短路冲击电流用途：

校验电气设备的动稳定三相短路电流稳态有效值用途：

校验电气设备和载流体的热稳定性在无限大容量,IimIimiItdzIIII=

（二）标幺值法计算三相短路电流

（二）标幺值法计算三相短路电流适用于适用于:

多电压等级、接线复杂的高压系统多电压等级、接线复杂的高压系统取基准值计算短路电流周期分量标幺值计算三相短路容量的标幺值计算有名值*313avdddzdzdddddUxxIIUIZxZ邋*=3dddSIU=*313kavdzdzkdzdddddSUIISISIxUI*=*dddkddISISXxS邋=1001000ddavSMVAUU=或，例题：

例题：

如图所示电路发生三相短路，试分别用有名制法和标幺制法计算解：

3115KV1X=02S=100km0.4/km220MVAUk%=10.510.5KVd（3）用用标幺制法：

取S=100MVA,U=Uavd（3）U*=1等值电路dzimimkIiIS、和。

1*1221000.41000.303115BBSXXU=创2*3*%10.51000.52510010020kBTNUSXXS=303.01525.02525.03回路总阻抗标幺值周期分量有效值冲击电流全电流最大有效值短路容量标幺值有名值566.02/525.0303.02/*2*1*XXXd767.1566.011*ddXI（）221.89.7224.79imimdikIKA=创（）1.521.529.7214.77MdIIKA=（）*1.767100176.7kdzdSISMVA=（）*1001.7679.72310.5dddIIIKA邋=第三节有限大容量系统三相短路计算由于多电源复杂系统中，不能将所有电源均视为无限大功率电源，精确计算出三相短路电流比较困难，故工程上采用一些简化计算。

发电机参数用次暂态参数表示忽略较小的负荷忽略线路对地电容和变压器的励磁支路变压器的变比用平均电压之比短路电流的计算主要是求短路电流周期分量的起始值，即次暂态电流计算方法主要有等值法叠加原理法运算曲线法转移阻抗法高压电网忽略电阻的影响I同步发电机突然三相短路电流波形图同步发电机突然三相短路电流波形图（强励装置不起作用时）强励装置不起作用时）一、有限大容量系统三相短路电流曲线一、有限大容量系统三相短路电流曲线IIII短路电流周期分量短路电流周期分量暂态短路电流包罗线暂态短路电流包罗线次暂态短路电流包罗线次暂态短路电流包罗线短路电流非周期分量短路电流非周期分量pI22Tfi正常状态正常状态0暂态过程暂态过程稳态过程稳态过程2IimitIII构同步发电机突然三相短路电流波形图同步发电机突然三相短路电流波形图（强励装置起作用时）强励装置起作用时）ttII短路电流周期分量短路电流周期分量暂态短路电流包罗线暂态短路电流包罗线次暂态短路电流包罗线次暂态短路电流包罗线短路电流非周期分量短路电流非周期分量imimiiffii正常状态正常状态iiaperaperttMIi00暂态过程暂态过程稳态过程稳态过程I2perMtItIII构二、运算曲线二、运算曲线在工程计算中，常利用在工程计算中，常利用运算曲线运算曲线来确定短路后任意指定时刻来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期分量，也称运算曲线法。

短路电流的周期分量，也称运算曲线法。

运算曲线表示了短路过程中，不同时刻的短路电流周期分量运算曲线表示了短路过程中，不同时刻的短路电流周期分量与短路回路计算电抗之间的函数关系。

与短路回路计算电抗之间的函数关系。

三相短路后三相短路后tt时刻时刻时发电机提供的短路电流时发电机提供的短路电流周期分量的标幺值周期分量的标幺值。

（以（以发电机额定容量作为容量基准发电