故障分析-对称概要.ppt

故障分析－对称分量法 华南理工大学电力学院 李 晓 华 2005-06 讲解主要内容 为什么要进行稳态短路电流计算？ 稳态短路计算有什么难点？ 什么是对称分量法？ 如何将相分量分解为正序、负序、零序分量之和？ 各种元件的正序、负序、零序参数如何定义？ 等值电路如何？ 电力系统序网的建立 电力系统短路的原因 绝缘的污染或自然老化 自然原因 风、雨、雪、雷、电、鸟、兽、虫害。 人为原因 运行人员误操作（未拆地线合闸、带负荷拉隔离刀闸等） 短路的后果 产生大电流（上万甚至十几万安培） 发热（I2R），高温损坏设备，电弧将许 短时融化（电焊） 电磁力（F=BLI），损坏设备 造成低电压 电器设备无法正常工作，医院、矿山引起危险 干扰以至于破坏系统的稳定运行 如大电厂母线故障导致发电机退出运行，负荷中心故障导致严重失去负荷 总出力与总负荷不平衡导致发电机电动机加速或减速，造成系统振荡、频率变化、发电机失步、电压崩溃而造成局部以至于电力系统大面积停电，损失将极为严重。 短路电流计算的意义 （居安思危！！！） 电气设备选择的依据 网络结构规划、设计的依据（广东电网环网运行，短路电流太大，不安全?） 电力系统保护配置的依据 电力系统稳定控制措施制定的依据。 电力系统短路的类型 三相短路 两相短路 两相短路接地 单相短路接地 故障的概率 各种元件发生短路的概率 110kV及以上线路78.0％ 600kW 及以上发电机7.5％ 110kV 变压器6.5％ 110kV 母线8.0％ 架空输电线是电力系统中比较薄弱环节，发生短路的几率最高。 各种短路故障发生的概率 三相短路5％ / 两相短路4％ / 两相短路接地8％ / 单相接地83％ 单相故障概率最大 三相故障发生的概率小，但是最为严重，对系统的安全稳定运行影响最大。 暂态短路电流的变化特点 大系统暂态短路电流衰减分为三个时间段 超瞬变过程时间很短（ 几百毫秒），瞬变过程较短（ 几秒），最终进入稳态。 直流分量衰减快。 （RX） 短路故障的基本分析方法 短路后的瞬间 各电气量剧烈变化，采用微分方程分析，即：建立系统的微分方程模型（暂态模型），根据短路条件求解微分方程组。 短路后进入稳态 各电气量幅值、相位、频率均不再变化，采用相量分析（类似于稳态计算），求解代数方程组。（对称分量法） 暂态短路电流计算的难点 全系统采用电磁暂态模型， 是微分方程、代数方程的混合方程组， 无法采用解析分析的方法， 必须采用数值解法； 全系统计算规模大， 计算时间长 存在数值计算的稳定性问题 计算结果的可信度问题（ 误差问题） 短路电流特点 短路电流由周期分量和非周期分量组成 较大的周期分量是因电源电势作用于较小的回路阻抗而产生 非周期分量是回路电感中原储存的磁场能量释放而产生，其按回路的时间常数衰减 状态突然变化瞬间，电感中合成磁链不突变。 短路初始时刻电流维持与故障前一致 （L存在使得I不能突变） 稳态短路电流计算的合理性 真正的稳态短路电流数值上较小， 以此结果作为设计电力系统短路保护、稳定性分析的依据不合理； 近似稳态短路电流计算可以大大减小短路电流计算的工作量， 同时满足工程设计的要求。 两者如何结合考虑？ 无穷大电源经阻抗短路 电压源（无穷大电源），在时刻t0经电阻R及电感L突然短路 稳态短路电流稳态量计算(电力系统三相短路的实用计算) 经过一定时间之后，如：t4T+t0，直流分量衰减完毕，即： 短路电流 问题幅值与电源电压大小U，阻抗Z有关 暂态幅值还与电源电压相位与电流阻抗角的差相关。 工程实际多数只需计算零秒短路电流基波周期分量有效值，其它非周期分量等可采用一些方法近似估算。 采用冲击系数考虑合闸角引起的短路电流的增加 故障计算直接计算稳态短路电流 稳态短路计算的难点 对于三相短路（ 对称短路），可用一相代表三相进行计算， 采用相量分析方法， 非常简单（ 发电机用简化的戴维南等值模型， 线路用阻抗， 变压器用阻抗代替）。 对于不对称故障， 无法用一相代替三相， 因而计算复杂， 必须寻求新的方法。 ＝对称分量法的提出 不对称故障后电力系统的特点 故障后电力系统分成了两个部分： 1、正常部分（ 占系统的绝大部分），三相依然对称； 2、故障部分（ 占的比例很小），三相不对称。 不对称的三相电压如何变成对称电压的？ 故障点的不对称是使原来的三相对称电路变成不对称的关键所在。 正常与故障电压的特征 正常情况下， 三相电压已知一相电压， 其它两相电压均确定。 异常情况下， 三相电压知道一相电压，无法推知其它两相电压。三相电压独立！ 对称分量法(Symmetrical Components) 定义 相分量与序分量的关