电力系统分析第七章新.ppt

《电力系统分析第七章新.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统分析第七章新.ppt（72页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、电力系统分析,第七章 电力系统不对称故障的分析和计算,7.4 故障处短路电流和电压的计算,第七章 电力系统不对称故障的分析和计算,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,当电力系统发生不对称短路故障时，可采用对称分量法，将三相系统的电气量分解为正序、负序和零序三组对称分量，仍用单相等值电路求解，然后应用叠加原理求解三相系统不对称的电气量。,不对称短路计算基本思路：,一、对称分量法基本原理,正序分量：a、b、c 三相相量幅值相等而相位顺时针相差 120，与系统正常运行相序相同，记为；,1、三序分量与合成相量：,b.负序分量：a、b、c 三相相量幅值相等而相位逆时针相差 120，与系统正常

2、运行相序相反，记为；,c.零序分量：a、b、c 三相相量幅值、相位均相等，记为；,d.合成相量：a、b、c 三相由各自对应的正序分量、负序分 量和零序分量元素合成，记为。,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,a.正序分量 b.负序分量 c.零序分量,d.合成 相量,引入运算符号：,各相三序对称分量之间数学关系为：,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,合成相量为：,2、合成相量和三序对称分量之间的相互转换关系,简写为：,任意三个不对称的相量 可以唯一地分解为三相 对称相量。,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,二

3、、对称分量法在不对称故障分析中的应用,1、不对称电压、电流的分解：电力系统发生不对称故障时，除 故障点外三相系统中元件参数都是对称的，但三相电压、电 流等运行参量的基频分量会变成不对称的相量。,根据对称分量法的基本原理，三相不对称电压、电流相量可唯一地分解为对称分量形式：,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,例题71：如图所示简单电路中，如果将b相断开，流过a、c两相的电流为10A，试以a相为参考相量，计算线电流的对称分量。,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,解：三相不对称线电流为：,由式,可得a相线电流的各序分量为：,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,

4、a相线电流的各序分量为：,b、c相线电流的各序分量：,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,零序电流的通路：只有中性点接地的星型（YN）接法或经消弧线圈接地的星 型（YN）接法才可以为零序电流提供通路；即零序电流必 须以中性线作为通路。,形接法或Y形（不接地）接法中，三相线电流之和为0。,零序电流在形接法中 如何流通？,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,2、序阻抗的概念：,阻抗参数是对称的，即：,三相不对称电流会产生三相不对称压降：,序阻抗矩阵,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,同理：b，c 相三序压降和三序电流之间也存在相似的数学关系。,结论：各序对称分

5、量具有独立性，因此，可以对正序、负 序、零序分量分别进行计算，只分析一相情况即可。,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,关于序阻抗的说明：对于静止的元件，如线路、变压器等，其正序、负序阻 抗总是相等的，因为改变相序并不改变相间的互感；对于旋转的元件，如发电机、调相机、电动机等，其正、负序阻抗一般是不相等的；无论是静止元件还是旋转元件，其零序阻抗与正、负序 阻抗有明显的区别。,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,3、对称分量法在不对称短路计算中的应用,设在故障点 f 发生单相(a相)短路接地故障，使 f 点三相对地电压和由 f 点流出系统的三相短路电流均为三相不对称，可用

6、对称分量法将不对称的三相电流、电压分解为三组对称分量。,发电机只能发出正序电势，即负序、零序网络为无源网络；为正序、负序、零序网络对短路点 f 的等值阻抗。,7.1 对称分量法及其在不对称短路计算中的应用,根据各序对称分量的独立性，列出a相序分量的电压平衡关系：,三序序网图,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,旋转元件的的正序电流旋转磁场与负序相反，而零序 电流产生的磁场与转子旋转位置无关，如发电机、调 相机、电动机等，其正、负、零序阻抗均不相等。,电力系统在正常稳态运行或发生对称故障时，系统中 各元件的参数是对称的，都属于正序参数。,静止元件的三相电磁关系是相同的，如线路、变压器 等，

7、其正序、负序阻抗相等，而零序电抗有所不同；,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,一、同步发电机的负序和零序电抗,1、同步发电机的负序电抗：定义：,负序旋转磁场与转子旋转方向相反，在不同的位置会遇到不同的磁阻（转子不是任意对称的），则负序电抗会发生周期性变化。,实用计算中通常取：,2、同步发电机的零序电抗：三相零序电流在气隙中产生的合成磁势为零，因此其零序 电抗仅由定子线圈的漏磁通确定。,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,通常取：,二、异步电动机的负序和零序电抗,发电机中性点不接地时，零序电流不能通过，则。,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,若零序电压施加在变压器绕组的接地

8、星形(YN)侧，则零 序电流通过三相绕组中性点流入大地，形成回路；但另一 侧是否有零序电流流过，还要看是否有零序电流的通路。,三、变压器的零序电抗和等值电路 变压器零序电抗与变压器绕组的连接方式、中性点是否接地、变压器的结构（单相、三相及铁心的结构形式）有关。,若零序电压施加在变压器绕组的三角形(d形)侧或不接地 星形(Y形)侧，无论其他侧绕组接线方式如何，变压器都 无零序电流流通，则；,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,1、双绕组变压器的零序等值电路和零序电抗：,（a）YN,d接线方式：,YN,d接线方式等值电路对应的零序电抗为：,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,YN,y接

9、线方式等值电路对应的零序电抗为：,（c）YN,yn接线方式,（b）YN,y接线方式,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,（d）中性点经阻抗接地的YN,d接线方式,当用单相等值电路时，零序等值网络中以3Zn表示中性 点的阻抗。,中性点经阻抗接地的YN,d接线方式等值电路零序电抗为：,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,三角形接法的绕组中，绕组的零序电势虽然不能作用到外电路中，但能在三相绕组中形成环流。因此，在等值电路中该侧绕组端点接零序等值中性点。,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,变压器零序等值电路与外电路的联接：,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,2、三绕组变压器

10、的零序等值电路和零序电抗：在电力系统中，为了消除三次谐波的影响，三绕组变压器 一般总有一个绕组结成三角形，以提供三次谐波的通路。,YN,d,y接线方式等值电路对应的零序电抗为：,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,YN,d,d接线方式等值电路对应的零序电抗为：,思考题：YN侧中性点经阻抗接地时，X0=?,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,四、架空电路的零序电抗：,讨论:X0=?,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,补充例题：如图所示电力系统，当k1、k2、k3分别发生不对称故障时，试写出变压器T1和T2零序电抗表达式。,7.2 电力系统各元件的序参数及等值电路,解：1）当k

11、1发生不对称故障时：,2）当k2发生不对称故障时：,3）当k3发生不对称故障时：,7.3 电力系统各序网络的制订,一、序网络制定基本原则,二、各序网络的制定：,正序网络、负序网络、零序网络,根据电力系统接线图、中性点接地情况等原始资料，仔 细分析各序（正序、负序、零序）故障电流在网络中每一个元件中的流通情况，分别将各序电流可以通过的元件包括在相应的序网络中，并用相应的序参数表示。,7.3 电力系统各序网络的制订,1、正序网络的制定：1）不对称故障正序分量电流通过的所有元件都在正序网络中，用正序参数（稳态运行参数）和等值电路表示；,2）中性点接地阻抗、不计接地导纳支路的空载线路和不计励 磁电路的

12、空载变压器等元件不通过正序电流，不含在正序 网络中；,3）系统中所有电源电势均为正序电势；,4）近似计算时忽略负荷，即认为负荷无穷大；,5）在故障点必须引入代替不对称故障条件的正序电压分量。,7.3 电力系统各序网络的制订,2、负序网络的制定：将正序网络中各元件采用负序参数，令电源电势为零，并 在故障点引入代替不对称故障条件的负序电压分量，即可 得负序网络。,不对称故障负序分量电流能够流通的元件与正序分量电流完全相同，但所有电源电势为0。,7.3 电力系统各序网络的制订,3、零序网络的制定：将不对称故障零序电流分量流通的元件连接起来形成零序 网络，各元件采用零序参数，令电源电势为零，并在故障

13、点引入代替不对称故障条件的零序电压分量，既可得零序 网络。,零序电流流通路径与网络结构有很大关系，必须以中性线为通路。,7.3 电力系统各序网络的制订,例图7-18：,7.3 电力系统各序网络的制订,4、各序网络简化等值电路：（以a相为例）,7.3 电力系统各序网络的制订,例题7-3：已知某系统接线如图，各元件电抗参数的标幺值为：,试制定当f 点发生不对称故障时的各序网络，并作出各序网的等值电路。,7.3 电力系统各序网络的制订,解：以a相为例，根据各序电流流通情况，可得：,正序网络图,零序网络图,负序网络图,7.3 电力系统各序网络的制订,根据网络图可得：,各序等值电路：,7.3 电力系统各

14、序网络的制订,练习题：如图所示系统中，画出 f 点发生单相接地短路时的 正、负、零序网络图。,电力系统发生不对称故障时，利用对称分量分解后，可得正序、负序、零序简化等值电路：,（a）正序网（b）负序网（c）零序网,在各种简单不对称故障分析中，都将a相作为故障的特 殊相，各序网络中的对称分量均省略下标a。,7.4 故障处短路电流和电压的计算,该方程组有三个方程，但有六个未知数，必须根据边界条件列出另外三个方程才能求解。,故障处的序电流、序电压满足序电压方程组：,7.4 故障处短路电流和电压的计算,一、单相直接接地短路故障（a相接地）,边界条件：,采用对称分量发法变换可得序分量边界条件：,7.4

15、故障处短路电流和电压的计算,复合序网：边界条件与序电压方程联立求解的电路形式。,单相直接短路接地复合序网：三序网络在故障处串联。,由复合序网可得各序电流：,利用各序电流，求解序电压方程组即可得各序电压。,7.4 故障处短路电流和电压的计算,采用对称分量法，利用a相各序分量合成各相电流、电压：,作各序网络；,将序分量合成为相分量。,按短路类型确定边界条 件、复合序网；,根据复合序网，利用电路 原理求解序分量；,求各序网的等值阻抗；,不对称短路计算步骤:,7.4 故障处短路电流和电压的计算,7.4 故障处短路电流和电压的计算,7.4 故障处短路电流和电压的计算,解：1）以A相为基准相作出各序网络图

16、，求出等值电抗,7.4 故障处短路电流和电压的计算,2）边界条件：,由对称分量法可得序分量边界条件：,3）根据边界条件得复合序网为：各序网络在故障端口串联；,7.4 故障处短路电流和电压的计算,4）由复合序网求各序的电流和电压：,7.4 故障处短路电流和电压的计算,5）合成三相电压和电流：,二、两相直接短路故障（b，c相短路）,边界条件：,采用对称分量发法变换可得序分量边界条件：,7.4 故障处短路电流和电压的计算,复合序网:,由复合序网可得各序电流：,利用各序电流，求解序电压方程组即可得各序电压。,两相直接短路：正、负序网络 在故障处并联，零序网络开路。,7.4 故障处短路电流和电压的计算,

17、采用对称分量法，利用a相各序分量合成各相电流、电压分量：,7.4 故障处短路电流和电压的计算,7.4 故障处短路电流和电压的计算,三、两相直接接地短路故障（b,c相接地）,边界条件：,采用对称分量发法变换可得序分量边界条件：,7.4 故障处短路电流和电压的计算,说明：求解任一序电 压方程即可得三序电压。,复合序网(两相直接接地短路)：,由复合序网可得各序电流、电压：,三序网络在故障处并联,7.4 故障处短路电流和电压的计算,利用a相序分量合成b,c相电流、电压：,正序等效定则可用正序增广网络表示，也可用公式表示。,其中，附加阻抗大小为:,7.4 故障处短路电流和电压的计算,四、正序等效定则,在

18、简单不对称短路情况下，短路点电流的正序分量，与在 短路点串联一个附加电抗 Z 并在其后发生三相短路时 的 电流大小相等；这一关系称为正序等效定则。,7.4 故障处短路电流和电压的计算,7.5 不对称故障时电网中电流、电压的分布,1、基本计算步骤：制定正序、负序、零序网络；根据故障类型确定复合序网；求故障点各序电流、电压，用对称 分量法合成三相故障点电压电流；,若要计算任意支路故障电流和任意节点故障电压，分别在各 个序网中求出待求支路 ij 的各序电流分量 和待求 节点i 的各序电压分量，最后再利用对称分量法合 成待求支路 ij 的三相电流分量 和待求节点 i 的三 相电压分量。,一、各序网中各

19、序电压、电流的计算,7.5 不对称故障时电网中电流、电压的分布,2、典型举例：,7.5 不对称故障时电网中电流、电压的分布,7.5 不对称故障时电网中电流、电压的分布,二、不对称短路故障各序电压有效值的分布情况：,2）负序和零序网络中没有电源，短路点的负序和零序电压分 量相当于电源；因此，短路点的负序和零序电压值最大，越远离短路点负序和零序电压值越小；发电机中性点上负序电压为零；而零序电压在变压器 的侧已为零，这与零序电流的流通路径有关。,1）电源点的正序电压最高，在电源与短路点之间正序电压 逐渐降低，短路点正序电压最低；三相短路时，短路点的正序电压为零；单相接地短路 时正序电压降低最少。,7

20、.6 非全相运行分析,1、基本概念：非全相运行电力系统断线故障（纵向故障），主要 指单相断线和两相断线；断线故障属于不对称故障，对称分量法仍适用；也即电 力系统非全相运行，同样会产生负序和零序电压、电流 分量。,2、非全相运行的各序网络图：与分析不对称短路故障类似，将故障处线路中流通的三相 不对称电流和断口两端的三相不对称电压分解成各序分量：,为q、k两点间三相断开时电源作用下q、k两点间电压；分别为正、负、零序网络从断口q、k看进去的等值阻抗。,7.6 非全相运行分析,7.6 非全相运行分析,3、一相断线（a相）：,设断口两端相距很近，即Zqk0；,序分量边界条件：,复合序网：三序网络在断口

21、间的并联；,边界条件：,7.6 非全相运行分析,断口处序分量计算：,7.6 非全相运行分析,4、两相断线（b、c相）：,复合序网：三序网络在断口间的串联；,边界条件：,序分量边界条件：,设断口两端相距很近，即Zqk0；,7.6 非全相运行分析,断口处序分量计算：,1、联系：都属于不对称故障，都需采用对称分量法进行序分量和 合成相量之间的变换；分析方法、原理和基本计算步骤相同；一相断线和两相接地短路故障的边界条件、复合序网在 形式上相同；两相断线和单相接地短路故障的边界条件、复合序网在形式上也相同；都可用正序等效定则计算正序分量。,7.6 非全相运行分析,2、区别：故障本质不一样；三序网络中故障处电压和电流含义不一样；和 所代表的含义也不同。,非全相运行分析和不对称短路故障分析的联系和区别,