《电力系统分析 教学课件 ppt 作者 刘学军 第9章电力系统不对称故障分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统分析 教学课件 ppt 作者 刘学军 第9章电力系统不对称故障分析（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章电力系统不对称故障的分析计算,电力系统分析教材配套课件,第9章电力系统不对称故障分析 9.1 对称分量法及其应用 9.2 电力系统各元件的序阻抗和等效电路 9.3 电力系统简单不对称故障分析,第九章电力系统不对称故障的分析计算,在本章中将只限于分析电压和电流的基波分量，并且在暂态过程任一瞬间都当作正弦波形看待。这样，不对称运行方式的分析可简化为正弦电势作用下三相不对称电路的分析，可以用相量法进行分析计算。 由于只是个别地方发生不对称短路或断线，导致系统局部不对称，而系统其他各元件的三相阻抗及三相互感仍然保持相等，所以一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方法，而采用更简单的对称分量法进
2、行分析计算。,9.1对称分量法及其应用,9.1.1对称分量法 9.1.2序阻抗的概念 9.1.3对称分量法的应用,9.1.1对称分量法 任意一组不对称的三相相量 、 、 ，可以分解为三组相序不同的对称分量，正序分量 、 、 ，负序分量 、 、 和零序分量 、 、 。即存在如下关系：,（9-1）,在对称分量中常用复数算符“a”,（9-2）,由式（9-6）说明由三组对称的正序、负序和零序三相系统的相量也可以合成一组不对称三相系统相量，这就是对称分量法。如图9-1所示。,图9-1 对称分量法说明,a）正序分量；b）负序分量；c）零序分量；d)三序分量合成,利用复数算符后，可以把各相正序、负序、零序分
3、量分别用相作基准相量表示，每一组对称分量之间的关系为：,将式（9-3）代入式（9-1）可得：,上式可简写为：,（9-3）,（9-4）,上如已知不对称分量可用下式求各序分量：,可以证明正序分量、负序分量的相量和均为零。,上式说明正序系统和负序系统是平衡系统，而零序系统虽然是对称的，但不是平衡系统，因为零序系统相量和不为零。,上式可表示为：,9.1.2序阻抗的概念,下面以一个静止元件的输电线路三相电路为例说明序阻抗的概念，如图9-2所示，各相自阻抗分别为Zaa、Zbb、Zcc；相间互阻抗为Zab=Zba，Zac=Zca，Zbc=Zcb。当元件通过三相不对称电流时，元件各相的电压降为：,（9-8）,
4、式（9-8）可表示为：,应用式（9-4）和（9-6）将三相相量变换为对称分量，可得：,（9-10）,图9-2静止三相电路元件,式中Zsc=SZS-1，称为序阻抗矩阵。,当元件结构参数对称，即Zaa=Zbb=Zcc=Zs、Zab=Zbc=Zca=Zm 时，有：,上式为一对角线矩阵，将式（9-10）展开，得：,上式表明，在三相参数对称的线性电路中，各序分量具有独立性。即当电路中通过某序对称分量的电流时，只产生同一序分量的电压降。反之当电路施加某序对称分量电压时，电路也只产生同一序分量电流。这样，可以对正序、负序和零序分量分别计算。,（9-12）,（9-11）,根据上述分析，所谓元件序阻抗是指元件三
5、相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值，即：,式中，Z1、Z2和Z0分别称该元件的正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗。电力系统中每个元件的正、负和零序阻抗可能相同，也可能不同，由元件的结构而定。,（9-13）,9.1.3对称分量法的应用,下面以一个简单电力系统为例说明应用对称分量法计算不对称短路的一般原理。 如图9-3a所示，有一台发电机接于空载输电线路，发电机中性点经阻抗接地，故障前网络三相对称的，如在线路某处点发生相接地短路，此时，由于点三相对地阻抗不相等，导致三相电压和三相电流不对称。故障点以外的系统其余部分的阻抗参数仍然是对称的。图9-3可用图9-3等值，也就是将三
6、相阻抗不相等处用一组三相不对称的电势源代替。再用对称分量法，将不对称电势Ua、Ub、和Uc不对称电流Ia、Ib、Ic按式（9-6）分解为正序、负序和零序三组对称分量，如图9-3所示。根据叠加原理，图9-3状态可以作出如图9-3 d、e、f三个图所示状态的叠加。,图9-3 应用对称分量法分析不对称故障,对于图9-3 为正序等值网络，各元件阻抗称为正序阻抗，即正常运行时的阻抗。根据戴维宁定理可用一个等值电势和等值阻抗代替，如图9-3、分别称为负序网络和零序网络。因为发电机只产生正序电势，所以负序和零序网络中只有故障点的负序和零序分量电势，网络也只存在同一序的电流，表中也呈现出同一序的电抗。,图9-
7、4b、c为负序等值电路和零序等值电路。图9-4中各序网络的等值电路的序网方程为：,图9-4 简化后各序等值电路 a)正序等值电路 b)负序等值电路 c)零序等值电路,（9-14）,Z1、Z2、Z0分别为正序、负序和零序等值网络对故障点每相的总阻抗。 式（9-14）是针对基准相（如选择a相）推出的，它与故障形式无关，反映了各种不对称短路的共性，即说明了当系统发生各种不对称短路故障时，各序网的序电压和同一序电流都应遵循的相互关系。式（9-14）只有三个方程，但有六个未知数，所以还要根据短路故障的边界条件找出另外三个方程才能加以联立求解。,式中 相正序等值电路的等值电势；它等于故障点故障前的对地开路
8、电压； Ua1、Ua2、Ua0分别为故障点a相的对地的正序、负序和零序电压； ia1、ia2、ia0分别为故障点a相的对地的正序、负序和零序电流分量，由故障点流入大地。,9.2电力系统各元件的序阻抗和等值电路,9.2.1同步发电机的正序电抗、负序电抗和零序电抗 9.2.2异步电机和综合负荷的负序阻抗及等值电路 9.2.3变压器的零序阻抗及其等值电路,9.2.1同步发电机的正序电抗、负序电抗和零序电抗,1同步发电机的序电抗和等值电路 同步发电机的正序电抗。同步发电机对称运行时，只有正序电势和正序电流，此时的电抗参数就是正序参数，如前面介绍过的 、 、 、 、 等均属于正序电抗。发电机的正序等效电
9、路如图9-5所示。,图9-5 发电机正序等值电路 a)用次暂态参数表示的等值电路；b)用暂态参数表示的等值电路,当 或相差不大时， 。定子负序电阻大于正序电阻，一般可忽略不计。发电机的负序等值电路如图9-6a所示。,（2）同步发电机的负序电抗。同步发电机定子绕组通过同频率的负序电流时，它产生的旋转磁场方向与转子转向相反，对转子的相对转速为同步转速的两倍，因此在转子的励磁绕组和阻尼绕组中应产生两倍同步频率的交流电流，并将负序电枢反应磁通排挤到各自漏磁路径上通过。可见定子绕组对负序电流的等值电抗即负序电抗为和的某种平均值，一般取算术平均值计算，即：,图9-6 发电机负序和零序等值电路 a)负序等值
10、电路 b)零序等值电路,（3）同步发电机的零序阻抗和零序等值电路。同步发电机定子绕组中的零序电流不产生气隙磁通，只存在定子绕组的漏磁通，所以定子零序电抗X0等于定子零序漏抗。定子零序漏抗与正序或负序电流产生的漏磁不一样，这是因为定子每个槽中镶有相邻两个绕组的导线且绕向相反，而各相的零序电流大小相等、相位相同。所以零序漏磁通比正序漏磁要小，减小程度视绕组形式而定。由于上述原因，同步电机的零序电抗的标幺值相差很大，一般同步电机的零序电阻与正序等值电阻相等。同步发电机的零序等值电路如图9-6b所示。表9-1列出同步电机的和(标幺值)的大致范围。,表9-1同步电机的和(标幺值)的大致范围,9.2.2
11、异步电机和综合负荷的负序阻抗及等值电路,在不对称短路故障的实用计算中，以其自身额定容量为基准的正序标幺阻抗常取为，如果用电抗代表负荷，其值可取。Z1*=0.8+j0.6 异步电动机的正序阻抗的等值电路如图9-7所示。异步电动机的负序电流产生的旋转磁场与转子转向相反，两者的相对转速为，0+（1-s）0=（2-s）0，0为同步角速度，s为转子相对于正序旋转磁场的转差。,图9-7 异步电动机的等值电路,图9-7 中转差率S用负序转差率S2=2-S代替。便可以得到确定异步电动机负序阻抗的等值电路。不计励磁电流时，负序阻抗为:,图9-7 异步电动机的等值电路,综合负序阻抗由各用电设备的负序阻抗和供电线路
12、阻抗确定，随负荷成分不同而异。在实用计算中可近似取：,（610kV母线负荷）,（35kV以上母线）,更粗略些，可取Z2=jx2=0.35，这些数据都是以负荷本身视在功率为基准的标幺值。 异步电动机及多数负荷常常接成三角形或不接地的星形，零序电流不能流通，相当于X0= ，故零序网络中不用画出。,电抗器是静止元件时，它的正序电抗等于负序电抗。电抗器是无铁芯的空心线圈，各相间互感很小，它的电抗主要是由各相线圈的自感决定，因此，零序电抗可以认为也等于正序电抗。即X1=X2=X0。,9.2.3 变压器的零序阻抗及其等值电路,变压器是静止的元件，当加上正序或负序电压时，各侧各绕组之间的电压和电流关系，内部
13、磁通分布情况，除了相序不同外，其他都相同，所以其正序、负序参数和等值电路完全相同。变压器加上零序电压时，则情况不同，这与变压器结构及三相绕组的接法有关。,图9-8变压器零序等值电路 a) 双绕组变压器 b) 三绕组变压器,1普通变压器零序等值电路 变压器的零序励磁电抗与变压器的铁芯结构有关，图9-9所示为三种常见的变压器铁芯结构与零序磁通的路径。,图9-9 零序磁通的磁路,如图9-9a所示，由三个单相变压器组成三相变压器组，每相的零序磁通与主磁通一样，都有独立的铁芯磁路。磁通分布情况与所加电压相序无关，所以零序和正序励磁电流一样小，可认为零序励磁电抗Xm0=。另外，零序漏抗和正序漏抗完全相同。
14、,如图9-9b所示，对于三相四柱或五柱式变压器零序磁通也能在铁芯中形成回路，磁阻很小，可认为Xm0=。即忽略励磁电流，把励磁支路断开。,图9-9零序磁通的磁路,对于三相三柱式变压器的各相铁芯连在一起，如图9-9c所示。三相绕组加上正序或负序电压时，各相主磁通均在铁芯中形成回路，所以励磁电流很小，励磁电抗很大（标幺值约50200）。当三相绕组加上零序电压时，因为三相零序主磁通大小相等，相位相同，所以只能通过绝缘介质的外壳（铁箱）形成回路，因而零序励磁电流相当大。同时，零序主磁通致使铁箱中产生涡流电流，其效果相当于存在一个短路绕组，使零序励磁电流更大，因此为有限值，其值一般通过实验方法测定，它的标
15、幺值X*m0在0.31.0范围内。此外，由于零序磁路的改变及铁箱等值短路绕组的影响，各相绕组的漏磁通分布也发生一些变化，因而零序等值漏抗也与正序有些不同。,特别是Y0/Y或Y0/Y0/Y接法的变压器，两种漏抗差别更大一些。在没有实测数据时，仍可用正序等值漏抗代替零序漏抗。三相绕组变压器中若有一侧绕组接成形，则零序等值电路中侧绕组的漏抗总是和Xm0并联，两者相比还是Xm0大得多，所以等值电路中Xm0支路可以除去。因此，只有Y0/Y、Y0/Y0和Y0/Y0/Y 等接法的三相三柱式变压器需要计及数值有限的Xm0。,2变压器零序等值电路与外电路连接 变压器零序等值电路与外电路的连接，取决于零序电流的路
16、径，因而与变压器三相绕组的连接方式和中性点是否接地也有关。不对称电路时，零序电压（或电势）是施加在相线和大地之间，根据这一点 可以从以下三个方面来讨论零序等值电路与外电路的连接情况。 （1）当外电路向变压器某侧施加零序电压时，如果能在该绕组产生零序电流，则等值电路中该侧绕组的端点与外电路接通；如果不能产生零序电流，则可以为变压器该侧绕组与外电路断开。根据这个原则，只有中性点接地的星形接法绕组才能与外电路接通。,（2）当变压器具有零序电势（有另一侧绕组零序电流感产生的）时，如果它能将零序电势施加到外电路上去，则等值电路电流侧端点与外电路接通，否则与电路断开。据此，也只有中性点接地的接法绕组才能与外电路接通。至于能否在外电路中产生零序电流，则应由外电路中的元件是否能提供零序电流通路而定。 （3）在三角形接法的绕组中，绕组中的零序电势不能作用到外电路上去，但能在三角形线组内形成环流，如图9-10所示。,
