电力系统故障分析(教程).ppt

,（电力系统不对称运行/故障分析方法-对称分量法）,出发点：电力系统不对称运行/故障时，采用相分量分析复杂而困难使用对称分量法将不对称相分量转化未对称的序分量，可利用其对称性简化不对称运行/故障分析,电力系统故障分析与短路计算,3,1.对称分量法,不对称相量,对称分量法,对称分量,4,负序分量,零序分量,正序分量,引入旋转因子（算子）,零序分量,正序分量,负序分量,6,以故障特殊相序分量表示:,7,2.对称分量法分析不对称短路,a相短路为例,特殊相：a相,故障网络,8,对称分量法,短路点阻抗、电压、电流不对称,9,正序网,负序网,零序网,电源：三相正序三相正序网、三相负序网 三相零序网 特点:各序网三相完全对称，可分析单相序网,10,各序分量三相对称：大小、相位关系固定 三相电路对称单相各序电路（序网）,正序网,负序网,零序网,序网基本方程,三个方程，六个变量，需补充三个方程,11,边界条件：短路点处电压、电流方程,序网基本方程,a相短路：,b、c两相短路：,b、c两相接地短路：,用序分量表示,2006-5-20,电力系统故障分析,12,3.电力系统元件的各序参数和等值电路,应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首先必须确定系统中各元件的各序参数 元件的序阻抗指元件中流过某序电流时元件两端所产生的序电压降与该序电流的比值 静止元件无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相与相之间的磁耦合关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零序电抗较为复杂；旋转元件，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序电抗不相同元件的各序参数可查阅相关手册。,13,正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同。除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正序网络中,正序网络,14,发电机不产生负序电势，故所有电源的负序电势为零。负序网络的组成元件与正序网络完全相同。发电机等旋转元件的电抗应以其负序电抗代替，其它静止元件的负序电抗与正序电抗相同。,负序网络,15,发电机不产生零序电势，故所有电源的零序电势为零。零序电流相同相位，只能通过大地或与地连接的其他导体才能构成通路。变压器中性点接地的数量和位置确定了零序网络的结构。,零序网络,2006-5-20,电力系统故障分析,16,2006-5-20,电力系统故障分析,17,2006-5-20,电力系统故障分析,18,19,练习：画出图所示系统，在D点发生不对称短路时的正序、负序、零序网络(忽略变压器励磁支路)。各阻抗标注如下：分别采用下标为1、2、0,表示正序、负序、零序阻抗。如线路7,其正序、负序、零序电抗分别为X7.1、X7.2、X7.0。,20,解：（1）正序网络,21,（2）负序网络,22,（3）零序网络,4.电力系统不对称故障分析,横向不对称故障 不接地故障：两相短路 接地故障：单相接地，两相接地短路纵向不对称故障 断线或非全相运行:手动合闸或自动重合闸非同期,基本分析方法：1.确定故障特殊相，列写故障边界条件(相分量表示）2.利用相分量序分量变换关系，确定故障边界条件(以故障特殊相的序分量表示）3.画出正、负、零序网络图4.按照序分量表示的故障边界条件，连接正、负、零序网络，构成复合序网图5.求出短路点的各序电流和各序电压6.根据各序电流和电压计算各相电流和电压,横向不对称故障（1）金属性短路 不接地故障：两相短路 接地故障：单相接地，两相接地短路,26,单相接地短路 ka(1),故障边界条件（相分量）,故障边界条件（序分量）,Ia1=Ia2=Ia0=Ia/3,Ua=0Ib=0,Ic=0,故障特殊相:A相,Ua=Ua1+Ua2+Ua0=0,画出正、负、零序网络后，按以上关系进行连接，构成复合序网。,利用相序分量变换关系，将相分量表示的故障边界条件用序分量表示：,复合序网,计算序电流/电压:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0),Ua1=E-Ia1 X1 Ua2=-Ia2 X2 Ua0=-Ia0 X0,计算相电流/电压:,电压向量图(按纯电感电路简化，实际应具体计算),电流向量图,单相接地短路基本特点：,(1)短路故障处各序电流大小相等，方向相同;,(2)故障相中的电流 Ia1=Ia2=Ia0Ia/3，两个 非故障相电流为零。,(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗 X X2+X0 而发生三相短路的电流相等,30,两相短路kbc(2),故障边界条件（相分量）,Ub=UcIb=-Ic，Ia=0,故障特殊相:A相,Ia1=(-2)Ib/3,Ua1=Ua2=Ua+(+2)Ub/3,故障边界条件（序分量）,Ia2=(2-)Ib/3=-Ia1,Ia0=0,Ua0=-Ia0 X0=0,按此关系连接复合序网：,复合序网,计算序电流/电压:,Ia1=Ia2=E/(X1+X2),Ua1=E-Ia1 X1 Ua2=-Ia2 X2,计算相电流/电压:,电压向量图,电流向量图,两相短路基本特点：,(1)短路电流及电压中不存在零序分量。,(2)两故障相中的短路电流的绝对值相等，而方向相反，数值上为正序电流的3倍。,(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X而发生三相短路的电流相等。附加阻抗X为：X X2,(4)短路处两故障相电压总是大小相等，数值上为非故障相电压的一半，两故障相电压相位相同，与非故障相电压方向相反。,34,两相接地短路kbc(1,1),故障边界条件（相分量）,Ub=Uc=0Ia=0,故障特殊相:A相,故障边界条件（序分量）,Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0,Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3,按此关系连接复合序网：,复合序网,计算序电流/电压:,Ia1=E/X1+(X2/X0)=E/X1+X2 X0/(X2+X0),Ia2=Ia1(X2/X0)/X2=Ia1 X0/(X2+X0),Ia0=Ia1(X2/X0)/X0=Ia1 X2/(X2+X0),Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2/X0)=Ia1 X2 X0/(X2+X0),电压向量图,电流向量图,两相接地短路基本特点：,(1)在假定Z0 和Z2 的阻抗角相等的情况下，两故障相电流的幅值相等。,(2)两个故障相电压为零。,(3)短路处正序电流的大小与在短路点原正序网络上增加一个附加阻抗X而发生三相短路的电流相等。附加阻抗X为：X X2/X0 X2 X0/(X2+X0),38,不对称短路电流计算：正序等效定则,不对称短路的情况下，短路点的正序分量电流，与在短路点每一相中接入附加电抗 X(n)后发生三相短路的电流相等：,短路电流绝对值与其正序电流的绝对值成正比：,其中，(n)表示故障类型。,正序等效定则中X(n)、m(n)取值表,横向不对称故障（2）经过渡电阻短路 不接地故障：两相短路 接地故障：单相接地，两相接地短路,41,经过渡阻抗单相接地短路,故障边界条件（相分量）,故障边界条件（序分量）,Ia1=Ia2=Ia0=Ia/3,Ua=Ua1+Ua2+Ua0 Ua1+Ua2+Ua0=3ZfI0,Ua=Zf IaIb=0,Ic=0,按此关系连接复合序网：,复合序网,计算序电流/电压:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0+3Zf),Ua1=E-Ia1 X1 Ua2=-Ia2 X2 Ua0=-Ia0 X0,计算相电流/电压:,43,经过渡阻抗两相短路,将以上相分量以a相序分量表示，化简后有：,Ub-Uc=Zf IbIb=-Ic,Ia=0,故障边界条件（相分量）,Ua1-Ua2=Zf Ia1Ia1=-Ia2,或Ua1-ZfIa1/2=Ua2 ZfIa2/2 即：Ua1=Ua2,按此关系连接复合序网：,复合序网,计算序电流/电压:,Ia1=-Ia2=E/(X1+X2+Zf),Ua1=Ua2+Ia1 Zf Ua2=-Ia2 X2=Ia1 X2,按变换关系，可以计算相电流/电压。,得：Ua1=Ia1(X2+Zf),45,经过渡阻抗两相接地短路,以序分量表示：,Ub=Uc=Zf(Ib+Ib)Ia=0,故障边界条件（相分量）,Ub-Uc=0，即：(2Ua1+Ua2+Ua0)-(Ua1+2 Ua2+Ua0)=0得：Ua1=Ua2,得：Ua1=Ua2=Ua0-3I0Zg按此关系连接复合序网：,Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0,又：Ub=(2Ua1+Ua2+Ua0)=-Ua1+Ua0=3I0Zg,复合序网,计算序电流/电压:,Ia1=E/X1+X2/(X0+3Zg),按变换关系计算相电流/电压；,Ia2=-Ia1 X2/(X0+3Zg)/X2,Ua1=Ua2=Ia1 X2/(X0+3Zg),Ia0=-Ia1 X2/(X0+3Zg)/(Z0+3Zg),Ua0=-Ia0 X0=Ia1 X2 X0/(X2+X0+3Zg),单相断线或两相断线的电力系统非全相运行,纵向不对称故障,单相重合闸非全相过程,手动或自动重合闸非同期,48,一相断开,（同两相接地短路）,故障边界条件（相分量）,Ub=Uc=0Ia=0,故障特殊相:A相,故障边界条件（序分量）,Ia=Ia1+Ia2+Ia0=0,Ua1=Ua2=Ua0=Ua/3,复合序网,E=EM-EN,计算序电流/电压:,Ia1=Ia2=Ia0=E/(X1+X2+X0),Ua1=E-Ia1 X1 Ua2=-Ia2 X2Ua0=-Ia0 X0,计算相电流/电压:,51,两相断开,（同单相接地短路）,故障边界条件（相分量）,Ua=0Ib=Ic=0,故障特殊相:A相,故障边界条件（序分量）,Ia1 Ia2 Ia0=Ia/3,Ua=Ua1+Ua2+Ua0,复合序网,E=EM-EN,计算序电流/电压:,计算相电流/电压:,Ia1=E/X1+(X2/X0)=E/X1+X2 X0/(X2+X0),Ia2=Ia1(X2/X0)/X2=Ia1 X0/(X2+X0),Ia0=Ia1(X2/X0)/X0=Ia1 X2/(X2+X0),Ua1=Ua2=Ua0=Ia1(X2/X0)=Ia1 X2 X0/(X2+X0),不同断线情况下E=EM-EN的计算单相或两相断线的电力系统非全相运行：断线前负荷电流Ifh，则 E=Ifh.X1 在振荡状态下，忽略负荷电流时,假定E=EM=EN，有 E=2E.Sin(/2)计算振荡时最大序分量电流时，取=180两侧电源并列时开关三相不同时合闸计算：E=2E.Sin(/2)非同期合闸，取最大值=180检查同期合闸则按实际整定角度代入计算,5.电网故障短路电流、电压分布,56,求出短路点的各序电流和各序电压；依据正序网络求出电流和电压正序分量的分布；依据负序（零序）网络求出电流和电压负序（零序）分量的分布；将同一支路或节点的电流或电压各序分量叠加，即为所求支路或节点的三相电流或电压。,电网故障短路电流、电压分布,电网不对称故障电压分布,总结：网络简单或电源容量较小 可采用以上分析方法进行故障分析和短路电流计算；网络复杂或电源容量较大 宜采用专用故障计算软件进行故障分析和短路电流计算；相关研究进展介绍：继电保护综合计算专家系统,继电保护综合计算专家系统基本功能介绍 网络参数数据库管理系统 正、负、零序网拓扑信息、线路及元件参数以及保护安装信息的集成管理 保护定值整定所用的网络参数数据库建库、扩建、查询、管理以及数据的安全共享简单方便,保护定值数据库管理系统 负责各种故障计算选项、计算结果、计算原则等存储管理 可按线路名、厂站名、保护序号、开关号等多种条件，顺序查询、随机查询、综合汇总 各种保护定值计算和灵敏度校验结果以报表形式打印输出,保护定值整定计算系统建立故障快速计算模型和整定计算微机保护算法，集成各种保护整定计算原则自动整定计算模式：在一般情况下采用自动计算模式，自动选择计算方式并完成全部计算工作人工整定计算模式：如果需要在特殊情况下进行人工干预，此模式下可控制定值的计算决策过程充分保证定值计算的高效率及计算结果的可靠性、工程实用性充分考虑网络改建、扩建后对原有保护定值的修正和对新增保护整定计算的便利性,故障计算系统各种短路故障计算，非全相计算以及短路容量计算自动生成各种故障序网图故障计算结果可选择部分、全部输出序电流、相电流的有名值或标幺值可按故障点编号顺序连续计算或作离散点计算可直接作线路相继动作计算、高阻接地计算，以及输电线路上定点计算以及沿线分段定步长逐点计算可方便地预先制定系统特殊运行方式、接地电阻等,继电保护定值综合管理系统实现保护装置级定值的自动计算和定值管理定值通知书、定值卡、定值更改通知书等文档的自动生成管理实现与保护定值整定计算系统的无缝集成,主要技术特点全部采用自主研制开发，经过多个省调、地调多年实际应用，较成熟的故障快速计算方法、整定计算方法和推理机制，计算控制策略更灵活、有效；集成了开发人员多年的理论研究成果、应用开发经验和多个省调、地调继电保护运行部门丰富的专家经验知识；保护整定计算、故障综合分析计算的多功能全面集成，数据全面共享；,应用情况可用于国内各网、省局及所属发电厂、变电站及调度部门的继电保护整定计算。目前已被下述单位用于生产实际：国家电力调度中心、四川电力调度局、云南省电力局、重庆电业局，四川省西昌、绵阳、广安、自贡、宜宾、泸州等电业局，重庆市长寿、綦江等供电局，广东省肇庆电业局得到了各使用单位的广泛好评。例如，二滩电站接入四川系统220-500 kv电网保护整定计算工程，西昌局成昆铁路电气化改造110kv供电工程等，因成功使用该成果，满足了工期的紧急要求，取得了显著的技术经济效益和社会效益。,