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1、故障分析电压向量分析故障分析电压向量分析电力系统基础理论知识部分电力系统基础理论知识部分电力系统继电保护师资格培训班电力系统继电保护师资格培训班1讲解主要内容讲解主要内容n短路故障序网短路故障序网边界条件边界条件如何列写？如何列写？n短路故障正、负和零短路故障正、负和零序网序网络之间如何络之间如何连接连接？n短路故障故障相与非故障相短路故障故障相与非故障相电压变化电压变化？n非全相故障非全相故障如何分析？如何分析？n复故障复故障如何分析？如何分析？n有有过渡电阻过渡电阻对电压变化的对电压变化的影响影响？2对称分量法求解基本方法对称分量法求解基本方法n从故障口把网络同故障支路隔开，把发生故障从故
2、障口把网络同故障支路隔开，把发生故障考虑为在故障口向网络注入了故障电流的各序考虑为在故障口向网络注入了故障电流的各序分量分量n联立求解各序网络故障口的电压方程和边界条联立求解各序网络故障口的电压方程和边界条件方程以得到故障口电流的各序分量件方程以得到故障口电流的各序分量n计算网络中的电流和电压分布。计算网络中的电流和电压分布。3简单电力系统不对称故障简单电力系统不对称故障nK点发生点发生不对称短不对称短路，相当路，相当于在于在K点点接入一个接入一个三相不对三相不对称的故障称的故障电路。电路。4故障示意图故障示意图5故障后故障点电量特点故障后故障点电量特点6故障全网络故障全网络7基于序量的故障全
3、网络基于序量的故障全网络8正序网络正序网络9负序网络负序网络10零序网络零序网络11边界条件问题的提出边界条件问题的提出12从故障部分找另从故障部分找另3个方程个方程13单相接地故障部分序分量的单相接地故障部分序分量的3个接口方程个接口方程n在故障分析中一般假定在故障分析中一般假定a相接地，称相接地，称a相为特殊相为特殊相。相。n故障端口有以下故障端口有以下3个方程：个方程：(边界条件边界条件）14单相接地故障部分序分量的单相接地故障部分序分量的3个接口方程个接口方程15单相接地故障的对称分量方程单相接地故障的对称分量方程16单相接地故障的复合序网单相接地故障的复合序网n根据故障接口方程，可以
4、看出正序、负序、零根据故障接口方程，可以看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系复合序网序网络在故障接口处的连接关系复合序网17利用复合序网求解单相接地故障的序分量利用复合序网求解单相接地故障的序分量18单相接地故障短路点电流相量图单相接地故障短路点电流相量图 19单相接地故障短路点电压相量图单相接地故障短路点电压相量图 20单相接地故障短路点电压电流相量图单相接地故障短路点电压电流相量图n电压相量图电压相量图n电流相量图电流相量图21两相短路故障部分序分量的两相短路故障部分序分量的3个接口方程个接口方程n故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接故障部分的正序、负序、零序电压、电流的接口
5、方程口方程n一般假定一般假定bc相短路，相短路，a相仍然为特殊相。相仍然为特殊相。n故障端口有以下故障端口有以下3个方程：个方程：22两相短路故障部分序分量的两相短路故障部分序分量的3个接口方程个接口方程23两相短路故障的对称分量方程两相短路故障的对称分量方程24两相短路故障的复合序网两相短路故障的复合序网n根据故障接口方程，可以看出正序、负序、零根据故障接口方程，可以看出正序、负序、零序网络在故障接口处的连接关系复合序网序网络在故障接口处的连接关系复合序网25利用复合序网求解两相短路的序分量利用复合序网求解两相短路的序分量 26两相短路故障短路点电流相量图两相短路故障短路点电流相量图 27两
6、相短路故障短路点电压相量图两相短路故障短路点电压相量图28两相短路故障短路点电流电压相量图两相短路故障短路点电流电压相量图29两相接地故障部分序分量的两相接地故障部分序分量的3个接口方程个接口方程n一般假定一般假定bc相短路接地，相短路接地，a相仍然为特殊相。相仍然为特殊相。n故障端口有以下故障端口有以下3个方程：个方程：30两相接地故障部分序分量的两相接地故障部分序分量的3个接口方程个接口方程31两相接地故障的对称分量方程两相接地故障的对称分量方程32两相短路接地故障的复合序网两相短路接地故障的复合序网n根据故障接口方程，可以看出正序、负序、零根据故障接口方程，可以看出正序、负序、零序网络在
7、故障接口处的连接关系复合序网序网络在故障接口处的连接关系复合序网33利用复合序网求解两相接地故障短路电流序分量利用复合序网求解两相接地故障短路电流序分量 34两相直接短路接地故障电流相量图两相直接短路接地故障电流相量图 35两相短路接地故障电压相量图两相短路接地故障电压相量图 36两相短路接地故障故障点电压相量图两相短路接地故障故障点电压相量图 37两相短路接地故障故障点电压电流相量图两相短路接地故障故障点电压电流相量图 38简单不对称故障归一化考虑简单不对称故障归一化考虑n三种形式的短路电流正序分量三种形式的短路电流正序分量 3940关于基准相的选择说明关于基准相的选择说明n一般采用特殊相作
8、为基准相一般采用特殊相作为基准相n特殊相特殊相：从是否直接发生故障的角度来讲，即：从是否直接发生故障的角度来讲，即是指故障处与另两相情况是指故障处与另两相情况不同不同的那一相。的那一相。q如果如果故障故障涉及涉及一相一相，则，则故障相故障相就是特殊相。就是特殊相。q如果如果故障故障涉及涉及两相两相，则，则非故障相非故障相为特殊相。为特殊相。n以特殊相为基准做出的复合序网最简单以特殊相为基准做出的复合序网最简单。41电力系统不对称短路计算算例电力系统不对称短路计算算例n试计算下图所示电力系统试计算下图所示电力系统k点发生不对称短路时的短路电流。点发生不对称短路时的短路电流。发电机发电机 UN=1
9、0.5kV,SN=120MVA,E=1.67,X1=0.9,X2=0.45变压器变压器T1 SN=60MVA，Uk(%)=10.5;T2 SN=60MVA,Uk(%)=10.5线路线路L1=105km（双回路），（双回路），X1=0.4/km（每回路），（每回路），X0=3X1负荷负荷LD 40MVA，X1=1.2，X2=0.35（负荷可略去不计）（负荷可略去不计）42解：1.计算各元件电抗标幺值，绘出各序等值网络。计算各元件电抗标幺值，绘出各序等值网络。取基准功率取基准功率Sd=120MVA,Ud=Uav。1)正序网络正序网络2)负序网络负序网络433)零序网络零序网络2.化简网络，求各序网
10、络对短路点的组合电抗化简网络，求各序网络对短路点的组合电抗443.计算各种不对称短路的短路电流计算各种不对称短路的短路电流单相接地短路单相接地短路两相短路两相短路两相短路接地两相短路接地45非故障处电流、电压计算非故障处电流、电压计算n非故障处电流、电压一般不满足边界条件非故障处电流、电压一般不满足边界条件n分析网络中任意处的电流、电压，必须先在各序网中求分析网络中任意处的电流、电压，必须先在各序网中求得该处电流和电压的各序分量，再转换成三相电流、电得该处电流和电压的各序分量，再转换成三相电流、电压。压。n计算步骤：计算步骤：n1.计算参数，作出正、负、零序网，求等值序阻抗计算参数，作出正、负
11、、零序网，求等值序阻抗n2.由复合序网及序电压方程求得故障处的各序电流、电由复合序网及序电压方程求得故障处的各序电流、电压压n3.在各序网中求非故障处的序电流、序电压在各序网中求非故障处的序电流、序电压n4.合成得到非故障处的各相电流、电压合成得到非故障处的各相电流、电压（注意对称分量经变压器后的相位移动）注意对称分量经变压器后的相位移动）46非故障处电流、电压分布非故障处电流、电压分布47一般规律一般规律n单电源系统采用各种不同类型短路时，各序电单电源系统采用各种不同类型短路时，各序电压有效值的分布具有一定的普遍性：压有效值的分布具有一定的普遍性：n越靠近电源，正序电压数值越大。越靠近电源，
12、正序电压数值越大。n越靠近短路点，正序电压数值越小。越靠近短路点，正序电压数值越小。n越靠近短路点，负序、零序电压数值越大。越靠近短路点，负序、零序电压数值越大。n越靠近电源点，负序和零序电压数值越低。越靠近电源点，负序和零序电压数值越低。48断线故障断线故障n短路计算是用从故障点对地看入的阻抗，称横向综合阻短路计算是用从故障点对地看入的阻抗，称横向综合阻抗；断线计算是用从断线两端看入的阻抗，称纵向综合抗；断线计算是用从断线两端看入的阻抗，称纵向综合阻抗，因此短路又称横向故障，断线又称纵向故障。阻抗，因此短路又称横向故障，断线又称纵向故障。n不对称横向故障的一般形式？不对称横向故障的一般形式？
13、n电力系统非全相运行的接口条件及序网的一般形式？电力系统非全相运行的接口条件及序网的一般形式？n如何转化为对称分量进行分析？如何转化为对称分量进行分析？n怎么看横向故障与纵向故障对偶？怎么看横向故障与纵向故障对偶？q横向单相断线故障横向单相断线故障纵向纵向两相短路接地两相短路接地故障故障q横向两相断线故障横向两相断线故障纵向纵向单相短路接地单相短路接地故障故障49非全相运行分析非全相运行分析n纵向不对称故障的两种极端状态，即一相或两纵向不对称故障的两种极端状态，即一相或两相断开的运行状态相断开的运行状态单相断开单相断开 两相断开两相断开 n造成非全相断线的原因很多造成非全相断线的原因很多q某一
14、线路单相接地短路后故障相某一线路单相接地短路后故障相选相跳闸选相跳闸q导线一相或两相断线导线一相或两相断线q分相检修线路或开关设备以及开关分相检修线路或开关设备以及开关断路器断路器三相触头三相触头合合（分）闸不同期（分）闸不同期50分析方法分析方法n断口处三相电流、电压不对称，可应用对称分量值断口处三相电流、电压不对称，可应用对称分量值进行分解，其计算方法和步骤与短路计算基解相同。进行分解，其计算方法和步骤与短路计算基解相同。n不同之处：不同之处：分别是各序网中分别是各序网中从断口看进去的从断口看进去的等值电抗等值电抗51对称分量法分析非全相运行对称分量法分析非全相运行纵向故障时的各序网络纵向
15、故障时的各序网络 52单相（单相（a相）断线相）断线故障处的边界条件为故障处的边界条件为用对称分量表示则得用对称分量表示则得53单相（单相（a相）断线相）断线则故障处各序电流：则故障处各序电流：非故障相电流：非故障相电流：公式和两相短路接地的公式完全相似。公式和两相短路接地的公式完全相似。54单相断开的复合序网单相断开的复合序网 55两相（两相（b相和相和c相）断线相）断线 故障处的边界条件为故障处的边界条件为用对称分量表示则得用对称分量表示则得56两相（两相（b相和相和c相）断线相）断线解出故障处电流：解出故障处电流：故障相断口的电压故障相断口的电压公式和单相短路的公式完全相似。公式和单相短
16、路的公式完全相似。57两相断开的复合序网两相断开的复合序网 58复杂故障分析复杂故障分析n所所谓谓复复杂杂故故障障是是指指网网络络中中有有两两处处或或两两处处以以上上同同时时发发生生不不对对称称故故障障的的情情况况。电电力力系系统统中中常常见见的的复复杂杂故故障障是是某某处处发发生不对称短路时，有一处或两处的开关非全相跳闸。生不对称短路时，有一处或两处的开关非全相跳闸。n处处理理简简单单故故障障的的基基本本方方法法是是：从从故故障障口口把把网网络络同同故故障障支支路路隔隔开开，把把发发生生故故障障考考虑虑为为在在故故障障口口向向网网络络注注入入了了故故障障电电流流的的各各序序分分量量，然然后后
17、联联立立求求解解各各序序网网络络故故障障口口的的电电压压方方程程和和边边界界条条件件方方程程以以得得到到故故障障口口电电流流的的各各序序分分量量，最最后后计计算算网网络络中中的的电电流流和和电电压压分分布布。这这种种方方法法也也完完全全适适用用于对复杂故障的分析计算。于对复杂故障的分析计算。59复杂故障分析复杂故障分析n当网络中只有一处故障时，总可以把故障特殊当网络中只有一处故障时，总可以把故障特殊相选作为对称分量的基准相。当发生多处故障相选作为对称分量的基准相。当发生多处故障时，全网只能选定统一的基准相，这时就会在时，全网只能选定统一的基准相，这时就会在某些故障处出现特殊相和基准相不一致的情
18、况。某些故障处出现特殊相和基准相不一致的情况。n在组成相应的复合序网时，各序网络端口的联在组成相应的复合序网时，各序网络端口的联接必须通过理想移相器来实现。所谓理想移相接必须通过理想移相器来实现。所谓理想移相器就是不改变电流和电压的大小，只改变其相器就是不改变电流和电压的大小，只改变其相位的理想变压器。位的理想变压器。60带有理想移相器的单相短路复合序带有理想移相器的单相短路复合序网网 61通用复合序网通用复合序网 na相短路时，移相系数取为相短路时，移相系数取为 ；b相相短路时应取短路时应取 ；c相短路时则应相短路时则应 。这种带有理想移相器的复合序网称为通用复。这种带有理想移相器的复合序网
19、称为通用复合序网。合序网。n故障特殊相和移相系数的关系见下表故障特殊相和移相系数的关系见下表62通用复合序网通用复合序网n根根据据上上一一节节所所述述各各种种不不对对称称故故障障的的边边界界条条件件，各各序序网网络络在在故故障障口口的的联联接接方方式式基基本本上上只只有有两两种种：串串联联接接法法和和并并联联接法。接法。n单单相相接接地地短短路路和和两两相相断断开开时时，复复合合序序网网由由各各序序网网络络在在故故障障口口（经经过过故故障障处处的的阻阻抗抗）串串联联组组成成。因因此此，这这类类故故障障又称为串联型故障。又称为串联型故障。n两两相相短短路路接接地地和和单单相相断断开开时时，复复合
20、合序序网网由由各各序序网网络络在在故故障障口口（经经过过故故障障处处的的阻阻抗抗）并并联联组组成成。因因此此，这这类类故故障障又又称称为为并并联联型型故故障障。两两相相短短路路可可作作为为两两相相短短路路接接地地 时的特例。时的特例。63不对称故障的通用边界条件不对称故障的通用边界条件n为为了了便便于于讨讨论论，串串联联型型故故障障口口的的各各量量都都赋赋以以下下标标s，并并联联型型故故障障口口的的各各量量都都赋赋以以下下标标P。在在引引入入移移相相系系数数后后，这两类故障的边界条件方程式可以分别列写如下。这两类故障的边界条件方程式可以分别列写如下。n对于串联型故障：对于串联型故障：n对于并联
21、型故障：对于并联型故障：64带过渡电阻接地故障分析带过渡电阻接地故障分析n金属性、非金属性短路金属性、非金属性短路q直接短路称金属性短路直接短路称金属性短路q一般均经过电弧发生短路，电弧有阻抗，称为非金属一般均经过电弧发生短路，电弧有阻抗，称为非金属性短路经阻抗短路性短路经阻抗短路n各种非金属性短路故障部分的接口方程及复合各种非金属性短路故障部分的接口方程及复合序网如何建立序网如何建立？65经过阻抗的单相接地故障经过阻抗的单相接地故障 66经过阻抗的两相短接故障经过阻抗的两相短接故障 67两相短路经过阻抗接地故障两相短路经过阻抗接地故障68变化一般规律分析变化一般规律分析n以一个电阻、电感串联简单电路为例分析电压以一个电阻、电感串联简单电路为例分析电压 和电流和电流 的变化规律。的变化规律。q外加电压不变外加电压不变q串联电抗（电感）不变串联电抗（电感）不变q电阻从电阻从0 变化变化69电压变化一般规律分析电压变化一般规律分析n半圆型弧线半圆型弧线70电流变化一般规律分析电流变化一般规律分析n半圆型弧线半圆型弧线71