4 电力工程基础-故障分析.ppt

讲授内容 无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算； 同步发电机三相短路分析； 电力系统不对称短路的分析与计算； 非全相运行的分析计算。 概述 本章的主要内容是研究交流电力系统中发生短路故障后的电磁暂态过程，重点在于分析短路故障后电网中的电压、电流的变化，在一般情况下可以不计发电机组间角位移的变化（即各发电机组转速不变），这是因为机械运动比电磁过程要慢得多。 在电力系统运行过程中发生的故障，大多数是短路故障。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。 短路类型 电力系统短路故障 发生短路故障的主要原因 雷击等各种形式的过电压以及绝缘材料的自然老化，或遭受机械损伤，致使载流导体的绝缘被损坏 不可预计的自然损坏，例如架空线路因大风或导线履冰引起杆塔倒塌等，或鸟兽跨接在裸露的载流部分等 自然的污秽加重降低绝缘能力 运行人员误操作，例如线路或设备检修后未拆除接地线就加电压等 电力系统短路故障 短路故障的危害 产生从电源到故障点巨大的短路电流，可达正常负荷电流的几倍到几十倍；短路电流通过电气设备，将导致设备因发热而损坏，短路电流在电气设备的导体间产生很大的电动力，将导致导体变形、扭曲或损坏 引起系统电压的突然大幅度下降，系统中异步电动机将因转矩下降而减速或停转 引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性 不对称短路电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰 电力系统短路故障 短路分析与计算的主要目的 为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据：计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性 为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据 为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据 电力系统短路故障 短路电流的动力效应 短路电流通过导体所产生的的电动力作用。电动力效应通常以短路冲击电流，即短路电流的最大瞬时值来衡量 短路电流的热效应 短路电流通过导体产生热量而使其温度急剧上升，短路时间通常很短，可以认为导体是在绝热状态下发热升温的。短路电流幅值变化并且含有非周期分量，按此电流来计算产生的热量是困难的，因此通常采用稳态短路电流在“热效时间”产生的热量来等效计算实际短路电流在短路时间所产生的热量 电力系统短路故障 研究交流电力系统发生短路故障后的电磁暂态过程 重点分析发生故障后系统中电压、电流的变化 不计发电机组间角位移的变化，即各发电机组转速不变 4.1.1 无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 无限大容量（功率）电源：电源电压幅值和频率恒定 外电路发生短路引起的功率变化对电源来说微不足道 可以看作是由无限多个有限功率电源并联而成，其内阻抗为零，电压保持恒定 真正的无限大功率电源并不存在，是一个相对的概念：以电源内阻抗与短路回路总阻抗的相对大小来判断，小于等于10%时，近似认为是无限大功率电源 4.1.1 无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 三相电源对称电路系统 无限大功率电源 三相对称短路 就一相进行分析：以a相为例 短路前： 4.1.1 无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 4.1.1 无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 回路的电压方程 一阶非齐次线性微分方程，形如 其中， 其通解等于对应的齐次方程（即Q(x)=0)的通解与非齐次方程的一个特解之和 4.1.1 无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 一阶电路的全响应=零输入响应+零状态响应 =（自由分量）+（强制分量） =（暂态分量）+（稳态分量） 短路电流中的自由分量（暂态分量）按负指数律衰减到零，其中，积分常数C由短路瞬时的状态确定 短路电流中的强制分量（稳态分量）是正弦函数，频率与无限大功率电源的频率相同，其振幅取决于电源电压和短路回路的阻抗，在暂态过程中不变。 4.1.1 无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 4.1.2 短路冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率 短路全电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路的冲击电流 短路冲击电流的计算用于校验电气设备和载流导体在短路时的电动力稳