華東交大電力系統(tǒng)7第七章電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算

1、2024/2/28,1,第七章電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算,對稱分量法對稱分量法在不對稱故障分析計算中的應(yīng)用電力系統(tǒng)元件序參數(shù)及系統(tǒng)的序網(wǎng)圖簡單不對稱故障的分析計算,1、什么是對稱分量法？2、為什么要引入對稱分量法？,分析過程是什么？,1、各元件的序參數(shù)是怎樣的？2、如何繪制電力系統(tǒng)的序網(wǎng)圖？,如何利用對稱分量法對簡單不對稱故障進(jìn)行分析與計算？,2024/2/28,2,7.1 對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用,一、對稱

2、分量法：將一組不對稱的三相量分解為三組三相對稱的相量；或由三組三相對稱的相量合成為一組不對稱的三相量的方法。,2024/2/28,3,一、對稱分量法,正序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運行相序相同。負(fù)序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運行相序相反。零序分量：三相量大小相等，相位一致。,,,2024/2/28,4,三相量（不對稱）用三序量（已知）合成,,對稱分量變換矩陣S的逆矩陣,運算因子：,2024

3、/2/28,5,2024/2/28,6,例1: 三相負(fù)載三角形聯(lián)接，若c相斷開，流過a、b兩相的電流為10A。以a端線電流為參考相量，計算線電流的各對稱分量。,解：根據(jù)題目給定條件可設(shè),則,由公式： 可得：,2024/2/28,7,其它的各序分量為：,2024/2/28,8,二、序(正序、負(fù)序、零序)阻抗的概念,靜止的三相電路元件序阻抗,,,,,,,稱為序阻抗

4、矩陣,2024/2/28,9,當(dāng)元件參數(shù)完全對稱時,,,,,結(jié)論：在三相參數(shù)對稱的線性電路中，各序?qū)ΨQ分量具有獨立性。就是說當(dāng)電路通以某序?qū)ΨQ分量的電流時，只產(chǎn)生同一序?qū)ΨQ分量的電壓降；反之，當(dāng)電路施加某序?qū)ΨQ分量的電壓時，電路中也只產(chǎn)生同一序?qū)ΨQ分量的電流。因此，可以對正序、負(fù)序、零序分量分別進(jìn)行計算。,2024/2/28,10,序阻抗概念：當(dāng)元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件的同一序電流的比值。,,電力系統(tǒng)每個元

5、件的正、負(fù)、零序阻抗可能相同，也可能不同，視元件結(jié)構(gòu)而定。靜止元件：正序阻抗等于負(fù)序阻抗，不等于零序阻抗。如：變壓器、輸電線路等。旋轉(zhuǎn)元件：各序阻抗均不相同。如：發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等元件。,2024/2/28,11,三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用（以簡單電力系統(tǒng)為例說明）,一臺發(fā)電機(jī)接于空載線路，發(fā)電機(jī)中性點經(jīng)阻抗Zn接地。a相發(fā)生單相接地,2024/2/28,12,a相接地的模擬,,2024/2/28,13,三、對稱分

6、量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用,,將不對稱部分用三序分量表示,2024/2/28,14,,應(yīng)用疊加原理進(jìn)行分解,2024/2/28,15,三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用,正序網(wǎng),,,2024/2/28,16,三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用,負(fù)序網(wǎng),,同理即可認(rèn)為負(fù)序電流不流經(jīng)中性點,,2024/2/28,17,三、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用,零序網(wǎng),,,2024/2/28,18,,在零序網(wǎng)絡(luò)中，中性點接地阻抗必須增

7、大三倍。,2024/2/28,19,7.2 電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò),靜止元件：正序阻抗等于負(fù)序阻抗，不等于零序阻抗。如：變壓器、輸電線路等。旋轉(zhuǎn)元件：各序阻抗均不相同。如：發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等元件。,2024/2/28,20,一、同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗,1 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，因而在不同的位置會遇到不同的磁阻（因轉(zhuǎn)子不是任意對稱的），負(fù)序電抗會發(fā)生周期性變化。,2024/2/28,21,1 同步發(fā)電機(jī)的

8、負(fù)序電抗,實用計算中發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗計算 有阻尼繞組 無阻尼繞組發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗近似估算值有阻尼繞組 無阻尼繞組無確切數(shù)值，可取典型值,,,2024/2/28,22,2.同步發(fā)電機(jī)的零序電抗,三相零序電流在氣隙中產(chǎn)生的合成磁勢為零，因此其零序電抗僅由定子線圈的漏磁通確定。同步發(fā)電機(jī)零序電抗在數(shù)值上相差很大（繞組結(jié)構(gòu)形式不同）：

9、零序電抗典型值,2024/2/28,23,二、異步電動機(jī)和綜合負(fù)荷的序阻抗,異步電機(jī)和綜合負(fù)荷的正序阻抗： Z1=0.8+j0.6或X1=1.2；異步電機(jī)負(fù)序阻抗：X2=0.2；綜合負(fù)荷負(fù)序阻抗：X2=0.35；異步電機(jī)和綜合負(fù)荷的零序電抗：X0=∞。,2024/2/28,24,三、變壓器的零序電抗及其等值電路,普通變壓器的零序阻抗及其等值電路正序、負(fù)序和零序等值電路結(jié)構(gòu)相同。,2024/2/28,25,1 .普通變壓

10、器的零序阻抗及其等值電路,漏磁通的路徑與所通電流的序別無關(guān)，因此變壓器的各序(正序、負(fù)序、零序)等值漏抗相等。勵磁電抗取決于主磁通路徑，正序與負(fù)序電流的主磁通路徑相同，負(fù)序勵磁電抗與正序勵磁電抗相等。綜合上述兩種情況有：變壓器的正、負(fù)序等值電路參數(shù)完全相同。 但是要強(qiáng)調(diào)的是：變壓器的零序勵磁電抗與變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)相關(guān)。,2024/2/28,26,零序勵磁電抗等于正序勵磁電抗，此時Xm0=∞,零序勵磁電抗等于正序勵磁電抗

11、,此時Xm0=∞,零序勵磁電抗比正序勵磁電(無窮大)小得多：Xm0=0.3~1.0,2024/2/28,27,2.變壓器的零序等值電路與外電路的連接,基本原理 a) 變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接取決于零序電流的流通路徑，因此，與變壓器三相繞組聯(lián)結(jié)形式及中性點是否接地有關(guān)。 b)不對稱短路時，零序電壓施加于相線與大地之間。,2024/2/28,28,考慮三個方面：（1）當(dāng)外電路向變壓器某側(cè)施加零序電壓時，如果能在該

12、側(cè)產(chǎn)生零序電流，則等值電路中該側(cè)繞組端點與外電路接通；反之，則斷開。根據(jù)這個原則：只有中性點接地的星形接法繞組才能與外電路接通。（2）當(dāng)變壓器繞組具有零序電勢（由另一側(cè)感應(yīng)過來）時，如果它能將零序電勢施加到外電路并能提供零序電流的通路，則等值電路中該側(cè)繞組端點與外電路接通，否則斷開。據(jù)此：只有中性點接地星形接法繞組才能與外電路接通。（3）三角形接法的繞組中，繞組的零序電勢雖然不能作用到外電路中，但能在三相繞組中形成環(huán)流。因此，在等值

13、電路中該側(cè)繞組端點接零序等值中性點。,2024/2/28,29,Y0/Δ接法三角形側(cè)的零序環(huán)流,2024/2/28,30,,變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接,2024/2/28,31,3.中性點有接地電抗時變壓器的零序等值電路,,,,,,變壓器中性點經(jīng)電抗接地時的零序等值電路,2024/2/28,32,4.自耦變壓器的零序阻抗及其等值電路,中性點直接接地的自耦變壓器,2024/2/28,33,中性點經(jīng)電抗接地的自耦變壓器,,2024/2

14、/28,34,四、架空線路的零序阻抗及其等值電路,1、零序電流必須借助大地（或架空地線、電纜包皮等）構(gòu)成通路,2024/2/28,35,1、單回三相輸電線路的零序阻抗結(jié)論一：零序阻抗比正序阻抗大。原因可能有兩點：（1）回路中包含了大地電阻。（2）自感磁通和互感磁通是助增的。,2024/2/28,36,2、平行架設(shè)雙回線零序等值電路結(jié)論二：雙回線零序等值阻抗比單回路零序等值阻抗大。原因：由于平行線路之間互阻抗的影響，,2024

15、/2/28,37,3、有架空地線的輸電線路零序阻抗結(jié)論三：有架空地線的情況：零序阻抗有所減小。（1）良導(dǎo)體架空地線明顯減小線路的等值零序阻抗。（2）鋼質(zhì)地線對減小線路等值零序阻抗作用不明顯。,2024/2/28,38,4、實用計算中一回單相單位長度等值零序電抗,其中：X1為單位長度的正序電抗。,2024/2/28,39,五、電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò),等值電路的繪制原則 根據(jù)電力系統(tǒng)的原始資料，在故障點分別施加各序電勢，從故障點開始，

16、查明各序電流的流通情況，凡是某序電流能流通的元件，必須包含在該序網(wǎng)絡(luò)中，并用相應(yīng)的序參數(shù)及等值電路表示。,2024/2/28,40,正序網(wǎng)絡(luò),2024/2/28,41,負(fù)序網(wǎng)絡(luò),正序網(wǎng)絡(luò),2024/2/28,42,,2024/2/28,43,零序網(wǎng)絡(luò),例8-1,零序網(wǎng)絡(luò)：必須首先確定零序電流的流通路徑。,2024/2/28,44,7.3 簡單不對稱短路的分析計算,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元件只用電抗表示時，不對稱短路的序網(wǎng)絡(luò)方程,,,,該方程組有三個方程

17、，但有六個未知數(shù)，必須根據(jù)邊界條件列出另外三個方程才能求解。,2024/2/28,45,一、單相接地短路,,,,,,,,,,,2024/2/28,46,單相接地故障的復(fù)合序網(wǎng),,,2024/2/28,47,單相接地的短路電流和短路點非故障相電壓,,,,2024/2/28,48,二、兩相短路,,,,,,,,,,,2024/2/28,49,兩相短路的復(fù)合序網(wǎng),,,2024/2/28,50,兩相短路的短路電流,,,,,,2024/2/28,5

18、1,兩相短路的電壓,,,,,,,2024/2/28,52,三、兩相短路接地,,,,,,,,,,2024/2/28,53,兩相短路接地序網(wǎng)圖,,2024/2/28,54,兩相短路接地故障相電流,,,,2024/2/28,55,兩相短路接地相量圖,,2024/2/28,56,四、正序等效定則,正序分量的計算,,,,,,附加電抗,2024/2/28,57,四、正序等效定則,短路電流大小的計算：,,,,,,比例系數(shù),短路電流的絕對值與它的正序分

19、量的絕對值成正比例，其比例系數(shù)為,2024/2/28,58,附加電抗和比例系數(shù),,,,,,例7-2 7-3,2024/2/28,59,7.4 不對稱短路時網(wǎng)絡(luò)中電流電壓的計算,電力系統(tǒng)設(shè)計運行中，除需要知道故障點的短路電流和電壓外，有時還需要知道網(wǎng)絡(luò)中某些支路電流和節(jié)點電壓。基本思路：先求出電流、電壓的各序分量在網(wǎng)絡(luò)中的分布，然后將相應(yīng)的各序分量進(jìn)行合成求得各相電流和相電壓。,2024/2/28,60,一、對稱分量經(jīng)變壓器后的相

20、位變化,1.Y／Y－12連接的變壓器：電壓、電流各序?qū)ΨQ分量均不發(fā)生相位移動。,2024/2/28,61,2.Y／△－11連接的變壓器:移相300,2024/2/28,62,2.Y／△－11連接的變壓器,2024/2/28,63,2.Y／△－11連接的變壓器,,,,2024/2/28,64,二、網(wǎng)絡(luò)中電流電壓的分布計算,1.電流分布計算常用電流分布系數(shù)法。2.電壓分布的計算：,,例8-4,2024/2/28,65,先求得短路點處

21、的各序電流分量，將各序分量分別在各序網(wǎng)中進(jìn)行分配，求得待求支路電流的各序分量，按照 進(jìn)行合成；非故障處的電壓，也可以在序網(wǎng)中求得各分量之后，利用 求得實際待求電壓,不同類型短路的短路點處各序電壓的分布,電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路，要計算非故障處的電流和電壓:,2024/2/28,66,電壓分布具有如下規(guī)律：越靠近電源側(cè)，正序電壓數(shù)值越高；越靠近短路點側(cè)，正序電壓數(shù)值越低。三相短路時，短路點

22、f處的電壓為零，其各點電壓降低最嚴(yán)重。單相接地短路時正序電壓值降低最小。發(fā)生不對稱短路，短路點處的負(fù)序和零序電壓最高，離短路點越遠(yuǎn)，負(fù)序和零序電壓數(shù)值越低，發(fā)電機(jī)中性點處負(fù)序電壓為零。零序電流終止的點，如YN，d接線變壓線的角形側(cè)，零序電壓為零。,2024/2/28,67,7.5 非全相斷線的分析計算,非全相斷線橫向故障和縱向故障,2024/2/28,68,7.5 非全相斷線的分析計算,,,,2024/2/28,69,一、單