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1、 故障分析的基本知识故障分析的基本知识1基本概念基本概念2标么制标么制3对称分量法对称分量法4序阻抗的基本概念序阻抗的基本概念5电力系统相序网络的构成电力系统相序网络的构成新稳态新稳态电压、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
2、置安全自动装置负荷增减负荷增减原动机调整原动机调整1.1电力系统的运动状态1 基本概念基本概念短路故障（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 faults1.2 电力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一切的一切相与相相与相之间或之间或相与地相与地之间的之间的“短接短接”。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
3、；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误误操操作作；鸟鸟兽兽跨跨接接在在裸裸露露的的载载流流部分以及自然灾害等。部分以及自然灾害等。1.3 1.3 短路故障短路故障 shunt faults short circuit faults1.4 短路的种类短路的种类：Three-phase(3)fault Line-to line(LL)faultSingle-line-to-ground(SLG)fault Double-line-to-ground(2LG)fault1.5 短路的基本现象：短路的基本现象：电流剧烈增加，电压大幅
4、度下降。电流剧烈增加，电压大幅度下降。1.6 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）电电压压大大幅幅度度下下降降会会造造成成产产品品报报废废及及设设备备损损 坏；坏；（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干扰，并危机设备和人身的安全；生干扰，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，破破坏坏系系统统稳稳定，造成大面积停电。定，造成大面积停电。1.7 1.7 断相故障断相故障 Series Faults open conduc
5、tor 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断开的情况。属于不对称性故障。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)1.8 1.8 复杂故障复杂故障 simultaneous faults 复杂故障：指在电力系统中的不同地点（两处复杂故障：指在电力系统中的不同地点（两处或两处以上）或两处以上）同时同时发生不对称故障的情况。发生不对称故障的情况。又称复故障。又称复故障。ABC（1 1）磁磁路路的的饱饱和和、磁磁滞滞忽忽略略不不计计，系
6、系统统 中中各元件的参数都是恒定的。各元件的参数都是恒定的。（2 2）各元件的电阻略去不计。）各元件的电阻略去不计。（3 3）系系统统中中除除不不对对称称故故障障处处以以外外都都可可当当作作是是对对称称的。的。（4 4）短路为）短路为金属性短路金属性短路，断相为，断相为完全断开完全断开。1.9 1.9 电力系统故障计算的基本假设：电力系统故障计算的基本假设：在满足工程要求的前提下，采取一些合理在满足工程要求的前提下，采取一些合理的假设，可简化分析计算。的假设，可简化分析计算。过渡电阻等于零过渡电阻等于零断口导纳等于零断口导纳等于零叠加原理叠加原理可用单相等值电路进行分析可用单相等值电路进行分析
7、2 2 标么制标么制标么值标么值(Per Unit Values)的定义的定义三相系统三相系统基准值基准值(Base Values)的选择的选择不同基准的标么值之间的相互转换不同基准的标么值之间的相互转换不同电压等级网络中各元件参数标么值的计不同电压等级网络中各元件参数标么值的计算。算。标么制：各物理量均用标么值来表示的相标么制：各物理量均用标么值来表示的相对单位制。对单位制。2.1 标么值的定义标么值的定义 注意：注意：(1)标么值是一个没有量纲的量。标么值是一个没有量纲的量。(2)标么值具有相对性（相对于基准值）。标么值具有相对性（相对于基准值）。2.2 2.2 三相系统基准值的选择三相系
8、统基准值的选择 一般说来，基准值是可以任意选择的。一般说来，基准值是可以任意选择的。为为了了计计算算方方便便 通通常常要要求求各各电电气气量量基基准准值值之之间间的的关关系系与与三三相相对对称称时时各各电电气气量量实实际际有有名名值值之之间间的关系相同。的关系相同。实际分析计算中，通常首选实际分析计算中，通常首选基准功率基准功率和和基准电压基准电压。基准功率通常取基准功率通常取100MVA或或1000MVA，基准电压可选为网，基准电压可选为网络的各级额定电压或平均额定电压。络的各级额定电压或平均额定电压。已知标么已知标么值，可根值，可根据基准值据基准值求出有名求出有名值值各电气量的标么值计算公
9、式：各电气量的标么值计算公式：第第一一步步：先先将将以以额额定定值值为为基基准准值值的的标标么么值值换换算算为为有有 名名值；值；第第二二步步：将将有有名名值值换换算算成成以以统统一一基基准准值值为为基基准准的的标标么值。么值。2.3 不同基准的标么值之间的相互转换不同基准的标么值之间的相互转换问题的提出：问题的提出：电力系统中各种电气设备的铭牌参数通常是以本身的电力系统中各种电气设备的铭牌参数通常是以本身的额定条件为基准的标么值或百分值给出的。而进行电额定条件为基准的标么值或百分值给出的。而进行电力系统计算时，必须取统一的基准值。因此必须把以力系统计算时，必须取统一的基准值。因此必须把以额定
10、值为基准的标么值换算成统一基准下的标么值。额定值为基准的标么值换算成统一基准下的标么值。（1）发电机）发电机通常给定通常给定 通常给定通常给定 短路电压短路电压百分数百分数（2）变压器）变压器短路电压短路电压:二次绕组短二次绕组短路，逐渐升高一次测路，逐渐升高一次测绕组所加电压，当一绕组所加电压，当一次侧电流达到额定值次侧电流达到额定值时，一次侧绕组所加时，一次侧绕组所加的电压的电压 通常给定通常给定 电抗百电抗百分数分数（3）电抗器）电抗器 2.4 有变压器联系的不同电压等级网络中有变压器联系的不同电压等级网络中 各元件参数标么值的计算各元件参数标么值的计算问题的提出：问题的提出：精确计算法
11、精确计算法近似计算法近似计算法（1）精确计算法精确计算法 选择任意段作为基本段，并取其功率、电压作为选择任意段作为基本段，并取其功率、电压作为系统的统一基准值，将其它各段的参数向基本段归算。系统的统一基准值，将其它各段的参数向基本段归算。简便方法：根据变压器变比，确定其它段的基准电压简便方法：根据变压器变比，确定其它段的基准电压（2)近似计算法近似计算法问题的提出问题的提出：同一电压等级的升压变压器绕组的额：同一电压等级的升压变压器绕组的额定电压与降压变压器绕组的额定电压有所不同。定电压与降压变压器绕组的额定电压有所不同。平均额定电压：平均额定电压：同一电压等级中的最高额定电压与最同一电压等级
12、中的最高额定电压与最低额定电压的的算数平均值。低额定电压的的算数平均值。设取第一段为基准段，且设取第一段为基准段，且 ，元件的额定电元件的额定电压就是系统的压就是系统的基准电压基准电压近似的含义：近似的含义：假定同一电压等级中假定同一电压等级中各元件的额定电压等于网络的平均额各元件的额定电压等于网络的平均额定电压定电压，变压器的实际变比修正为变压器两侧的平均额定电压之比。，变压器的实际变比修正为变压器两侧的平均额定电压之比。主要元件标么值计算公式如下主要元件标么值计算公式如下：一组不对称的三相量可以分解成一组不对称的三相量可以分解成三组不同的对三组不同的对称三相量称三相量（正序分量正序分量 负
13、序分量负序分量 零序分量零序分量）之和。之和。3 对称分量法对称分量法(Symmetrical Components)问题的提出问题的提出：当一个三相电路的对称性遭到破坏，网络中会出现当一个三相电路的对称性遭到破坏，网络中会出现三相不对称的电压和电流，这时候不能只取一相进行计算。能不三相不对称的电压和电流，这时候不能只取一相进行计算。能不能找到一种方法，把这种不对称的电路转换成对称的电路来计算能找到一种方法，把这种不对称的电路转换成对称的电路来计算？3.1 对称分量对称分量大小相等，相位互差大小相等，相位互差120120，相序与正常运行方式下的相相序与正常运行方式下的相序相同。序相同。大小相等
14、，相位互差大小相等，相位互差120120，相序与正常运行方式下的相相序与正常运行方式下的相序相反。序相反。大小相等，相位大小相等，相位相同。相同。（a）正序分量）正序分量（b）负序分量）负序分量（c）零序分量）零序分量positive sequence componentnegative sequence componentzero sequence component三相对称电路三相对称电路中，某一序的对称分量中，某一序的对称分量电流，只产生同一序分量的电压降。电流，只产生同一序分量的电压降。反之，某一序的对称分量电压，也反之，某一序的对称分量电压，也只产生同一序的对称分量电流。只产生同一序
15、的对称分量电流。三相参数不同的不对称电路中，各序三相参数不同的不对称电路中，各序对称分量便没有这种独立性。对称分量便没有这种独立性。3.2 对称分量法在不对称故障计算中的应用对称分量法在不对称故障计算中的应用 在线性对称电路在线性对称电路(三相参数对称三相参数对称)中，应用叠加原理，对这三组对中，应用叠加原理，对这三组对称分量分别按对称三相电路去解，然后将其结果叠加起来，就是不对称称分量分别按对称三相电路去解，然后将其结果叠加起来，就是不对称三相电路的解。这种方法称为对称分量法。三相电路的解。这种方法称为对称分量法。正序网络正序网络负序网络负序网络零序网络零序网络正序网络：正序网络：负序网络：
16、负序网络：零序网络：零序网络：归纳归纳归纳归纳：对任意网络，：对任意网络，短路点各序电压和电流满足短路点各序电压和电流满足短路点各序电压和电流满足短路点各序电压和电流满足表明了各种不对称故障时故障点出现的各序电流和电压之间的相互表明了各种不对称故障时故障点出现的各序电流和电压之间的相互关系；表示了不对称故障的共性，关系；表示了不对称故障的共性，与故障类型无关。与故障类型无关。3.3 应用对称分量法计算电力系统不对称故障的应用对称分量法计算电力系统不对称故障的 步骤步骤 （1）计算电力系统各元件的）计算电力系统各元件的各序阻抗各序阻抗；（2）制定电力系统的）制定电力系统的各序网络各序网络；（3）
17、由各序网络和故障条件列出）由各序网络和故障条件列出对应方程对应方程；（4）解解出出故故障障点点电电流流和和电电压压的的各各序序分分量量，将将相相应应的的各各序序分分量量相相加加，以以求求得得故故障障点点的的各各相相电电流流和和各各相相电压；电压；（5）计计算算各各序序电电压压和和各各序序电电流流在在网网络络中中的的分分布布，进进而而求求出出各各指指定定支支路路的的各各相相电电流流和和指指定定节节点点的的各各相相电压。电压。4 序阻抗的基本概念序阻抗的基本概念正序阻抗正序阻抗：指仅有正序电流流过该元件（三相对称）时，所：指仅有正序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的正序电压降与此正序电流之比
18、。产生的正序电压降与此正序电流之比。负序阻抗负序阻抗：指仅有负序电流流过该元件（三相对称）时，所：指仅有负序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的负序电压降与此负序电流之比。产生的负序电压降与此负序电流之比。零序阻抗零序阻抗：指仅有零序电流流过该元件（三相对称）时，所：指仅有零序电流流过该元件（三相对称）时，所 产生的零序电压降与此零序电流之比。产生的零序电压降与此零序电流之比。对称三相网络：对称三相网络：对于旋转元件（发电机，电动机），各序电流分对于旋转元件（发电机，电动机），各序电流分别通过时，将会引起不同的电磁过程：正序电流产生别通过时，将会引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转方
19、向相同的旋转磁场；负序电流产生与转与转子旋转方向相同的旋转磁场；负序电流产生与转子旋转方向相反的旋转磁场；零序电流产生的磁场与子旋转方向相反的旋转磁场；零序电流产生的磁场与转子位置无关。因此，旋转元件的正序、负序、零序转子位置无关。因此，旋转元件的正序、负序、零序阻抗互不相等。阻抗互不相等。结论结论：对静止元件（架空输电线、电缆、变压器、电抗器等）对静止元件（架空输电线、电缆、变压器、电抗器等），正序阻抗与负序阻抗相等，零序阻抗与正、负序阻抗不，正序阻抗与负序阻抗相等，零序阻抗与正、负序阻抗不同。同。变压器的零序阻抗变压器的零序阻抗:变压器零序电抗与变压器的结构（单相、三相及铁心的变压器零序电
20、抗与变压器的结构（单相、三相及铁心的结构形式）、连接方式以及中性点是否接地有关。结构形式）、连接方式以及中性点是否接地有关。双绕组变压器：双绕组变压器：漏电抗漏电抗励磁电抗。与变压励磁电抗。与变压器结构有关。器结构有关。对由对由三个单相变压器组成的变压器组及三相五柱式或壳式变压器三个单相变压器组成的变压器组及三相五柱式或壳式变压器，因磁导大，零序励磁电流很小，所以零序励磁电抗可视为接因磁导大，零序励磁电流很小，所以零序励磁电抗可视为接近无穷大：近无穷大：对对三相三柱式变压器三相三柱式变压器：当零序电压施加在绕组接成三角形或中性点不接地的星形当零序电压施加在绕组接成三角形或中性点不接地的星形那一
21、侧时，不管变压器另一侧绕组如何连接，其各绕组中那一侧时，不管变压器另一侧绕组如何连接，其各绕组中都没有零序电流通过。都没有零序电流通过。5 电力系统相序网络的构成电力系统相序网络的构成在制定各序网络时，首先了解系统的接线、接地中在制定各序网络时，首先了解系统的接线、接地中性点的分布状况以及各元件的各序参数和等值电路；性点的分布状况以及各元件的各序参数和等值电路；然后再分别各序，由短路点开始，查明序电流在网然后再分别各序，由短路点开始，查明序电流在网络中的流通情况，以确定各序网络的组成元件及其络中的流通情况，以确定各序网络的组成元件及其网络的具体连接。网络的具体连接。序网络：序网络：由同一序的相
22、应的电动势和阻抗根据电力由同一序的相应的电动势和阻抗根据电力系统的接线所构成的单相等值电路。系统的接线所构成的单相等值电路。组组成成负负序序网网络络的的元元件件与与组组成成正正序序网网络络的的元元件件完完全全相相同同。各各元元件件的的阻阻抗抗要要用用负负序序参参数数表表示示。发发电电机机及及各各种种旋旋转转电电机机的的负负序序阻阻抗抗与与正正序序阻阻抗抗不不同同，其其他他静静止止元元件件的的负负序序阻阻抗抗等等于于正正序序阻阻抗抗。发发电电机机的的负负序序电电动势为零。动势为零。正序网络正序网络:正序网络就是通常用以计算对称三相短路时的网络。正序网络就是通常用以计算对称三相短路时的网络。流过正
23、序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。正流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。正序电动势就是发电机的电动势。序电动势就是发电机的电动势。负序网络负序网络:零序网络零序网络:（6）平行线路中应计及零序互感的影响。）平行线路中应计及零序互感的影响。（1）不包含电源的电动势。各元件的阻抗以零序参数不包含电源的电动势。各元件的阻抗以零序参数表示。表示。（2）绘制等值网络时，只包括零序电流通过的元件。绘制等值网络时，只包括零序电流通过的元件。（3）零序回路与系统中性点接地方式有关。）零序回路与系统中性点接地方式有关。（4）变压器绕组的接法对零序电流的通行路径有很大影）变压器绕组的接法对零序电流的通行路径有很大影响。响。（5）连在发电机或变压器中性点的元件，其阻抗值）连在发电机或变压器中性点的元件，其阻抗值扩大为三倍。扩大为三倍。例题例题:设设K K点发生单相接地故障（点发生单相接地故障（A A相），作正序、负序、相），作正序、负序、零序网络，并加以简化，求出各序等值电抗。零序网络，并加以简化，求出各序等值电抗。零序网络：零序网络：先确定零序电流的通路，先确定零序电流的通路，再确定通路中所包含的元件。再确定通路中所包含的元件。