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1、电力系统故障分析电力系统故障分析PowerSystemFaultAnalysis课 程 要 求 培养科研素养：培养科研素养：问题问题 建模建模 方法方法 结果结果 结论结论 了解背景，掌握概念了解背景，掌握概念;加强能力：自学、分析、计算、综合加强能力：自学、分析、计算、综合 积极思考，融会贯通。积极思考，融会贯通。主主 要要 内内 容容绪论绪论故障分析的基本知识故障分析的基本知识(第一章）第一章）电力系统元件的各序参数和等值电路（第三章）电力系统元件的各序参数和等值电路（第三章）简单不对称故障的分析计算（第四章）简单不对称故障的分析计算（第四章）不对称故障时电力系统中各电气量值的分布计算不对
2、称故障时电力系统中各电气量值的分布计算（第五章）（第五章）用计算机计算电力系统故障的方法（第六章）用计算机计算电力系统故障的方法（第六章）绪绪 论论新稳态新稳态电压、频率的偏差电压、频率的偏差在允许范围内在允许范围内事故状态事故状态运行参数大大偏离正常值运行参数大大偏离正常值电能质量严重变坏电能质量严重变坏正常供电局部或全部正常供电局部或全部遭到破坏遭到破坏正常运行状态正常运行状态稳态稳态Steady stateSteady state故障故障Fault采取特别措施，采取特别措施，使系统恢复正常运行使系统恢复正常运行继电保护装置继电保护装置自动重合闸自动重合闸安全自动装置安全自动装置负荷增减负
3、荷增减原动机调整原动机调整电力系统的运动状态电力系统的运动状态(稳态、暂态）稳态、暂态）本课程研究的内容本课程研究的内容:主主要要研研究究电电力力系系统统中中由由于于故故障障所所引引起起的的电电磁磁暂暂态态过过程程,研研究究故故障障过过程程中中各各种种电电气气量量的的变变化化特特征征、计计算算方方法法、结结果果分析分析等等。等等。短路故障（横向故障）短路故障（横向故障）shunt faults断相故障（纵向故障）断相故障（纵向故障）series faults复杂故障复杂故障 simultaneous faults 短路故障是电力系统中危害最严重的故障！短路故障是电力系统中危害最严重的故障！电力
4、系统故障类型电力系统故障类型短短路路的的概概念念：指指电电力力系系统统正正常常运运行行情情况况以以外外的的一一切切相相与与相相之之间间或或相相与与地地之之间间的的“短短接接”。产产生生的的原原因因：各各种种形形式式的的过过电电压压；绝绝缘缘材材料料的的自自然然老老化化、脏脏污污；直直接接机机械械损损伤伤等等；人人员员误误操操作作（运运行行人人员员带带负负荷荷拉拉刀刀闸闸或或线线路路检检修修后后未未拆拆除除地地线线就就加加电电压压等等）；自自然然灾害（极端恶劣天气、地震）等。灾害（极端恶劣天气、地震）等。短路故障短路故障 shunt faults short circuit faults短路的种
5、类短路的种类：Three-phase(3)fault Line-to line(LL)faultSingle-line-to-ground(SLG)fault Double-line-to-ground(2LG)fault短路的基本现象：短路的基本现象：电电流流剧剧烈烈增增加加:额额定定电电流流的的10-15倍倍，上上万万十十几几万万安安培培。电压大幅度下降：短路点电压为零。电压大幅度下降：短路点电压为零。短路的后果：短路的后果：（1）长时间的短路电流会使设备过热而损坏；）长时间的短路电流会使设备过热而损坏；（2）电压大幅度下降会造成产品报废及设备损）电压大幅度下降会造成产品报废及设备损坏；坏
6、；（3）产产生生的的不不平平衡衡电电流流会会对对邻邻近近的的通通信信线线路路等等产产生生干扰，并危机设备和人身的安全；干扰，并危机设备和人身的安全；（4）有有可可能能使使并并列列运运行行的的发发电电厂厂失失去去同同步步，破破坏坏系系统稳定，造成大面积停电。统稳定，造成大面积停电。莫斯科大停电时间：时间：0505年年5 5月月2525日日起因：起因：500/220/110千伏千伏卡希诺变电站卡希诺变电站110110千伏千伏电流互感器爆炸着火，爆炸碎片击中了电流互感器爆炸着火，爆炸碎片击中了220220千伏的千伏的悬挂型绝缘子、母联开关和站内所有开关的压缩悬挂型绝缘子、母联开关和站内所有开关的压缩
7、空气管道，造成继电保护动作将空气管道，造成继电保护动作将500500千伏和千伏和220220千千伏的母线切除。伏的母线切除。停电造成的影响：停电造成的影响：影响人口影响人口150150万至万至200200万人万人;停电损失至少停电损失至少1010亿美元亿美元;损失负荷超过损失负荷超过200200万千瓦万千瓦;莫斯科地区莫斯科地区5条地铁线停运，受困的地铁有条地铁线停运，受困的地铁有43列，列，受困人群达两万，整个疏散工作耗时受困人群达两万，整个疏散工作耗时2小时；小时；31个医院的供电受到不同程度的影响，部分心脏个医院的供电受到不同程度的影响，部分心脏病人的启博器无法工作；病人的启博器无法工作
8、；银行系统也受到波及，由于担心银行系统出现问银行系统也受到波及，由于担心银行系统出现问题，市民争相提取现金；题，市民争相提取现金；由于失电，引起所有的报警装置鸣叫；由于失电，引起所有的报警装置鸣叫；百货商场和商业中心的电梯瘫痪，近百货商场和商业中心的电梯瘫痪，近1万部电梯停万部电梯停运；运；移动通信系统和互联网瘫痪。移动通信系统和互联网瘫痪。2003年8月美加大停电北京时间15日凌晨4点许（美国东部时间14日下午4点），美国纽约市曼哈顿首先发生大面积停电，继而影响到美国东部和加拿大部分地区。发生全城断电的主要城市有纽约、底特律、克利弗兰以及加拿大的多伦多和渥太华。涉及6000多万人、损失数百亿
9、美元。纽约市民：比纽约市民：比9.11更可怕！更可怕！两张卫星照片，分别显示了美国和加拿大部分两张卫星照片，分别显示了美国和加拿大部分地区停电前后的夜间光亮强度。地区停电前后的夜间光亮强度。断相故障断相故障 Series Faults open conductor faults断断相相故故障障：指指电电力力系系统统一一相相断断开开或或两两相相断开的情况。属于不对称性故障。断开的情况。属于不对称性故障。断相种类：断相种类：一相断开：一相断开：one line open(1LO)二相断开：二相断开：two lines open(2LO)复杂故障复杂故障 simultaneous faults复杂故
10、障：指在电力系统中的不同地点复杂故障：指在电力系统中的不同地点（两处或两处以上）（两处或两处以上）同时同时发生不对称故障发生不对称故障的情况。又称复故障。的情况。又称复故障。ABC 物理模拟法：物理模拟法：电力系统电力系统动态模拟实验室动态模拟实验室 发电机，变压器，电流互感器，电压互感器，线路，负荷，控制系统等发电机，变压器，电流互感器，电压互感器，线路，负荷，控制系统等研究电力系统暂态过程的方法研究电力系统暂态过程的方法：可模拟电力系统的各种故障，可模拟电力系统的各种故障，考察继电保护装置的动作情况考察继电保护装置的动作情况数学模拟法数学模拟法：（1)建立建立数学模型数学模型：要求要求:简
11、单简单、合理合理（2）求解数学模型：）求解数学模型：工具：计算器，计算机工具：计算器，计算机（3）结果分析：结果分析：从物理上加以讨论和解释从物理上加以讨论和解释，是否符合工程实际情况。，是否符合工程实际情况。表示电力系统暂态表示电力系统暂态过程的数学方程式过程的数学方程式方便解算方便解算符合工程计算符合工程计算的实际要求的实际要求MATLAB是矩阵实验室（是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业公司出品的商业数学数学软件软件，用于算法开发、数据可视化、，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计数据分析以
12、及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境算语言和交互式环境.PSCAD/EMTDC：电力系统电磁暂态仿真程序：电力系统电磁暂态仿真程序EMTDC（Electro-Magnetic Transient program for DC）是一个离线的）是一个离线的电磁暂态计算程序，是电磁暂态计算程序，是PSCAD/EMTDC仿真的核心。它有精确的交直流元件模型、仿真的核心。它有精确的交直流元件模型、方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，是进行交直流系统分析和工程研究方便的数据输入方式以及强大的数据分析功能，是进行交直流系统分析和工程研究的有力工具。的有力工具。PSCAD（Power system
13、computer Aided Design）作为）作为EMTDC的图形用户界面，完成所要研的图形用户界面，完成所要研究系统网络图的构建、仿真运行和结果分析等任务。二究系统网络图的构建、仿真运行和结果分析等任务。二者相互关联、交互支持。者相互关联、交互支持。主要功能：主要功能：可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便进行电力系统
14、时域或频域计算仿真进行电力系统时域或频域计算仿真电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算实现高压直流输电、实现高压直流输电、FACTSFACTS控制器的设计控制器的设计 当前运行程序元件列表程序检错计算程序RTDS（Real Time Digital Simulator）全实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴全实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴RTDS公司开发制造，是一种专门设计用于公司开发制造，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置研究电力系统中电磁暂态现象的装置。在国际上在国际上RTDS已经得到广泛应已经得到广泛应用，逐步替代传统的物理模拟方用
15、，逐步替代传统的物理模拟方式。如西门子、式。如西门子、ABB等知名企业等知名企业都有自己的都有自己的RTDS实验室，将实验室，将RTDS作为产品功能测试的重要作为产品功能测试的重要手段；手段；RTDS也在国内得到越来也在国内得到越来越多的认可，如许继、南瑞、国越多的认可，如许继、南瑞、国电南自、北京四方等，以及众多电南自、北京四方等，以及众多高校。高校。RTDS由硬件和软件组合而成。由硬件和软件组合而成。RTDS的的硬件主要由如硬件主要由如GPC、RPC、3PC和和TPC等运算板卡和其他相配套的输入输出板卡等运算板卡和其他相配套的输入输出板卡构成。软件核心为构成。软件核心为PSCAD/EMTDC。RTDS仿真装置是一个理想的对保护和仿真装置是一个理想的对保护和控制方案进行设计、研究和试验的工具。控制方案进行设计、研究和试验的工具。当进行闭环试验的时候，应用大量的数当进行闭环试验的时候，应用大量的数学量和模拟量的输入学量和模拟量的输入/输出接口，实际输出接口，实际的保护和控制装置能与的保护和控制装置能与RTDS的仿真装的仿真装置相连以便与模拟的电力系统相互作用。置相连以便与模拟的电力系统相互作用。数学物理混合模拟数学物理混合模拟：