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1、第七章 电力系统各元件的序本讲稿第一页，共五十一页 目录7-1 7-1 对称分量法在不对称短路中的应用对称分量法在不对称短路中的应用4-3 4-3 各元件的序阻抗各元件的序阻抗4-4 4-4 序网络的构成序网络的构成本讲稿第二页，共五十一页7-17-1对称分量法对称分量法图7-1(a)、(b)、(c)表示三组对称的三相相量 幅值相等，但相序与正序相反，称为负序；幅值相等，相序相差120度，称为正序；幅值和相位均相同,称零序;本讲稿第三页，共五十一页(a)(a)(b)(b)(b)(b)(d)(c)本讲稿第四页，共五十一页在图7-1(d)中三组对称的相量合成得三个不对称相量。写成数学表达式为：（7
2、1）本讲稿第五页，共五十一页由于每一组是对称的，故有下列关系：（72）将式（72）代入（71）可得：本讲稿第六页，共五十一页上式说明三组对称相量合成得三个不对称相量。其逆关系为：（76）或简写为：本讲稿第七页，共五十一页正序分量、负序分量和零序分量。将式（76）的变换关系应用于基频电流（或电压），则有：上式说明三个不对称的相量可以唯一地分解成为三组对称的相量(即对称分量):或写为：本讲稿第八页，共五十一页则 （78）如图所示。零序电流必须以中性线为通路。本讲稿第九页，共五十一页本讲稿第十页，共五十一页例：请分解成对称相量。本讲稿第十一页，共五十一页解：本讲稿第十二页，共五十一页本讲稿第十三页，
3、共五十一页7-2 对称分量法在不对称故障分析中的应用 首先要说明说明，在一个三相对称的元件中（例如线路、变压器和发电机），如果流过三相正序电流,则在元件上的三相电压降也是正序的;负序零序同理.对于三相对称的元件,各序分量是独立的,即正序电压只与正序电流有关,负序零序也是如此.下面以一回三相对称的线路为例子说明之。本讲稿第十四页，共五十一页设该线路每相的自感阻抗为 相间的互感阻抗为 三相电压降与三相电流有如下关系：可简写为：本讲稿第十五页，共五十一页则：即 式中：序阻抗矩阵，即为电压降的对称分量和电流的对称分量之间的阻抗矩阵。本讲稿第十六页，共五十一页即：式中 分别称为此线路的正序、负序、零序阻
4、抗。由此可知：各序电压降与各序电流成线性关系；电压、电流、阻抗是可以分别解耦为正序、负序和零序的。本讲稿第十七页，共五十一页 下面结合下图的简单系统中发生a相短路接地的情况,介绍用对称分量法 分析其短路电流及短路点电压的方法。故障点f发生的不对称短路:f点的三相对地电压 和由f点流出的三相电流(即短路电流)均为三相不对称.本讲稿第十八页，共五十一页如图如图:本讲稿第十九页，共五十一页本讲稿第二十页，共五十一页+本讲稿第二十一页，共五十一页序网络：其中零序电压平衡方程不包括发电机的零序阻抗，这是因为发电机侧没有零序电流流过。本讲稿第二十二页，共五十一页通用序网络计算不对称故障的基本原则：把故障处
5、的三相阻抗不对称表示为电压和电流相量的不对称，使系统其余部分保持为三相阻抗对称的系统。借助对称分量法，将原系统分成独立的正序、负序和零序网络。本讲稿第二十三页，共五十一页 应应用用对对称称分分量量法法进进行行电电力力系系统统的的不不对对称称分分析析，首首先先必须确定系统中各元件的各序参数必须确定系统中各元件的各序参数 元元件件的的序序阻阻抗抗指指元元件件中中流流过过某某序序电电流流时时元元件件两两端端所所产产生生的序电压降与该序电流的比值的序电压降与该序电流的比值 静静止止元元件件无无论论流流过过正正序序电电流流还还是是负负序序电电流流，并并不不改改变变相相与与相相之之间间的的磁耦合关系，其正
6、序阻抗与负序阻抗相等；零序电抗较为复杂；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，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序电抗不相同7-2 各元件的序阻抗本讲稿第二十四页，共五十一页v同步发电机各序参数同步发电机各序参数同步发电机定子绕组中流过同步频率的同步发电机定子绕组中流过同步频率的负序电流负序电流时，产时，产生的旋转磁场与转子转向相反，相对转子的速度是同步转生的旋转磁场与转子转向相反，相对转子的速度是同步转速的速的2倍。由电磁感应定律，倍。由电磁感应定律，转子的励磁绕组和阻尼绕组转子的励磁绕组和阻尼绕组中将感
7、应出中将感应出2倍额定频率的感应电流倍额定频率的感应电流。正常运行情况下，同步发电机定子绕组的空载电势三相对正常运行情况下，同步发电机定子绕组的空载电势三相对称，产生的交流电流是正序电流，称，产生的交流电流是正序电流，电枢反应产生的旋电枢反应产生的旋转磁场与转子主磁通同速同方向转磁场与转子主磁通同速同方向。同步发电机同步发电机正序电抗正序电抗同步发电机同步发电机负序电抗负序电抗本讲稿第二十五页，共五十一页同步发电机定子绕组中流过零序电流时，合成磁场为零，同步发电机定子绕组中流过零序电流时，合成磁场为零，只存在定子绕组的漏磁通只存在定子绕组的漏磁通。零序漏磁比正序漏磁小，减。零序漏磁比正序漏磁小
8、，减小的程度视绕组型式而定。小的程度视绕组型式而定。同步电机零序电抗的标幺同步电机零序电抗的标幺值差别较大值差别较大。零序电阻和正序电阻相等。零序电阻和正序电阻相等。同步发电机零序电抗同步发电机零序电抗汽汽轮发电轮发电机机水水轮发电轮发电机机同步同步调调相机和大型相机和大型同步同步电动电动机机x2 0.1340.180.150.350.24x0 0.0360.080.040.1250.08本讲稿第二十六页，共五十一页变压器是静止的磁耦合元件，正、负序参数和等变压器是静止的磁耦合元件，正、负序参数和等值电路完全相同值电路完全相同 变压器通入零序电流时，变压器通入零序电流时，不同变压器结构的零不同
9、变压器结构的零序磁通磁路不同序磁通磁路不同，不同绕组接线的零序电流回路不不同绕组接线的零序电流回路不同同，所以零序参数和等值电路不同，所以零序参数和等值电路不同v三相变压器各序参数和等值电路三相变压器各序参数和等值电路本讲稿第二十七页，共五十一页各种接线方式双绕组变压器的零序等值电路各种接线方式双绕组变压器的零序等值电路本讲稿第二十八页，共五十一页各种接线方式三绕组变压器的零序等值电路各种接线方式三绕组变压器的零序等值电路本讲稿第二十九页，共五十一页三个单相变压器接成的三相变压器组三个单相变压器接成的三相变压器组，各相铁芯独，各相铁芯独立，磁通分布情况与所加电压相序无关，立，磁通分布情况与所加
10、电压相序无关，零序励磁电零序励磁电流很小，可认为激磁电抗无穷大流很小，可认为激磁电抗无穷大。零序漏抗与正。零序漏抗与正序漏抗完全相同。序漏抗完全相同。三相三柱式变压器三相三柱式变压器，通入正序或负序电流时，各相主，通入正序或负序电流时，各相主磁通均在铁芯内形成回路，所以励磁电流很小，励磁磁通均在铁芯内形成回路，所以励磁电流很小，励磁电抗很大；当通入零序电流时，三相零序主磁通大小电抗很大；当通入零序电流时，三相零序主磁通大小相等相位相同，不能在铁芯中形成回路，只能通过绝相等相位相同，不能在铁芯中形成回路，只能通过绝缘介质和外壳形成回路，所以零序励磁电流相当大，缘介质和外壳形成回路，所以零序励磁电
11、流相当大，零序励磁电抗为有限值零序励磁电抗为有限值。本讲稿第三十页，共五十一页变压器中性点经阻抗接地的零序等值电路变压器中性点经阻抗接地的零序等值电路本讲稿第三十一页，共五十一页单回路架空线的正（负）序阻抗单回路架空线的正（负）序阻抗单位长度单位长度流入正序电流流入正序电流v电力线路序参数电力线路序参数本讲稿第三十二页，共五十一页单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的零序阻抗单位长度单位长度代入代入本讲稿第三十三页，共五十一页架空导线架空导线假想导线假想导线Carson定理定理：计算：计算“导线地导线地”回路自感时，可以回路自感时，可以用一根与架空导线平行的假想地中导线代替大地，地用一根与架空导
12、线平行的假想地中导线代替大地，地中电流集中在假想导线中流过。中电流集中在假想导线中流过。设架空导线电阻设架空导线电阻 假想导线等值电阻假想导线等值电阻 两平行导线间的距离两平行导线间的距离回路电感回路电感假想导线的等值深度假想导线的等值深度本讲稿第三十四页，共五十一页“导线地导线地”回路的自阻抗回路的自阻抗架空导线电阻架空导线电阻大地电阻大地电阻“导线地导线地”回路的互阻抗回路的互阻抗单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的零序阻抗本讲稿第三十五页，共五十一页单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的零序阻抗单回路架空线的正序阻抗单回路架空线的正序阻抗1）三倍零序）三倍零序电流通过大电流通过大地返回，大
13、地返回，大地电阻使没地电阻使没每相等值电每相等值电阻增大；阻增大；2）三相电流同三相电流同相位，助磁，相位，助磁，一相的等值一相的等值电感增大电感增大输电线的零序阻抗比正序阻抗大。输电线的零序阻抗比正序阻抗大。本讲稿第三十六页，共五十一页平行架设的双回输电线路的零序阻抗平行架设的双回输电线路的零序阻抗平行架设的双回线路都通过零序电流时，任一回线路中与平行架设的双回线路都通过零序电流时，任一回线路中与一相导线交链的磁通不仅有另外两相零序电流产生的互感一相导线交链的磁通不仅有另外两相零序电流产生的互感磁通，还有另一回路三相零序电流产生的互感磁通，并且磁通，还有另一回路三相零序电流产生的互感磁通，并
14、且双回路都以大地作为零序电流的返回通路。双回路都以大地作为零序电流的返回通路。本讲稿第三十七页，共五十一页 正正序序网网络络与与计计算算三三相相短短路路时时的的等等值值网网络络完完全相同。全相同。除除中中性性点点接接地地阻阻抗抗和和空空载载线线路路外外，电电力力系系统统各元件均应包括在正序网络中各元件均应包括在正序网络中v正序网络正序网络本讲稿第三十八页，共五十一页架空地线对输电线路零序阻抗的影响架空地线对输电线路零序阻抗的影响架空地线能使输电线路的等值零序阻抗减小。架空地线能使输电线路的等值零序阻抗减小。良导体架空地线的电阻较小，地线电流与导线电流接良导体架空地线的电阻较小，地线电流与导线电
15、流接近于反相，地线电流产生的互感磁通将使导线交链的近于反相，地线电流产生的互感磁通将使导线交链的总磁通明显减少，从而减少输电线路的等值零序电抗总磁通明显减少，从而减少输电线路的等值零序电抗.本讲稿第三十九页，共五十一页两根架空地线两根架空地线 如何考虑？如何考虑？具有架空地线的平行架设的双回输电线路具有架空地线的平行架设的双回输电线路如何考虑？如何考虑？近似计算近似计算无架空地线的单回线路有钢质架空地线的单回线路有良导体架空地线的单回线路无架空地线的双回线路有钢质架空地线的双回线路有良导体架空地线的双回线路本讲稿第四十页，共五十一页综合负荷的序阻抗综合负荷的序阻抗正序正序：不同的计算任务，不同
16、的处理方法1）计算起始次暂态电流时，综合负荷或者略去不计，或表示成有次暂态电势和次暂态电抗的电势源支路；2）应用计算曲线时，等值网络中的负荷都被忽略。3）除此之外，用恒定阻抗表示负序：负序：零序：零序：零序电流不能流通，不需要建立零序等值电路。本讲稿第四十一页，共五十一页7-7 电力系统各序网络的制订 正正序序网网络络与与计计算算三三相相短短路路时时的的等等值值网网络络完全相同。完全相同。除除中中性性点点接接地地阻阻抗抗和和空空载载线线路路外外，电电力力系系统各元件均应包括在正序网络中统各元件均应包括在正序网络中v正序网络正序网络本讲稿第四十二页，共五十一页 发发电电机机不不产产生生负负序序电
17、电势势，故故所所有有电电源源的的负负序序电电势为势为零。零。负负序网序网络络的的组组成元件与正序网成元件与正序网络络完全相同。完全相同。发发电电机机等等旋旋转转元元件件的的电电抗抗应应以以其其负负序序电电抗抗代代替替，其它静止元件的其它静止元件的负负序序电电抗与正序抗与正序电电抗相同。抗相同。v负序网络负序网络本讲稿第四十三页，共五十一页 发发电电机机不不产产生生零零序序电电势势，故故所所有有电电源源的零序的零序电势为电势为零。零。零零序序电电流流相相同同相相位位，只只能能通通过过大大地地或或与与地地连连接接的的其其他他导导体体才才能能构构成成通通路。路。v零序网络零序网络本讲稿第四十四页，共
18、五十一页例例正正序序网网络络本讲稿第四十五页，共五十一页负负序序网网络络本讲稿第四十六页，共五十一页零零序序网网络络本讲稿第四十七页，共五十一页练习：画出图所示系统，练习：画出图所示系统，在在D点发生不对称短路时点发生不对称短路时的正序、负序、零序网络的正序、负序、零序网络(忽略变压器励磁支路忽略变压器励磁支路)。各阻抗标注如下：分别采用下标为各阻抗标注如下：分别采用下标为1、2、0,表示正表示正序、负序、零序阻抗。如线路序、负序、零序阻抗。如线路7,其正序、负序、零其正序、负序、零序电抗分别为序电抗分别为X7.1、X7.2、X7.0。1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 本讲稿第四十八页，共五十一页解：（1）正序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 本讲稿第四十九页，共五十一页（2）负序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 本讲稿第五十页，共五十一页（3）零序网络 1 16 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 D 15 本讲稿第五十一页，共五十一页