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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1.2 电力系统故障类型电力系统故障类型短路故障（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！ 1.3 1.3 短路故障短路故障 shunt faults short circuit faults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
3、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。1.4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-gro
4、und (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，破破坏坏系统稳定，造成大面积停电。系统稳定，造成大面积停电。
5、1.7 1.7 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) 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
6、。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1.9 1.9 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
7、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
8、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 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
9、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
10、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，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
11、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
12、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：2 2 标么制标么制标么值标么值(PerUnitValues)的定义的定义三相系统三相系统基准值基准值(BaseValues)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不同电压等级网络中各元件参数标么值的计算。计
13、算。标么制：各物理量均用标么值来表示的标么制：各物理量均用标么值来表示的相对单位制。相对单位制。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
14、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基准电压压。基准功率通常取。基准功率通常取100MVA或或1000MVA，基准电基准电压可选为网络的各级额定电压或平均额定电压。压可选为网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式：各电气量的标么值计算公式：2.3 2.3 三相系统中标么值计算特点三相系统中标么值计算特点: :（1）（2）（3）（4） 标么值电气量经变压器后不变化。标么值电气量经变压器后不变化。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值；
15、名值；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。2.4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。而进的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。因此必行电力系统计算时，必须取统一的基准值。因此必须把以额定值为基准的标么值换算成统一基准下的须把以额定值为基准的标么值换算成统一基准下的标么值。标么值。（1）发电机）发电机通常给定通常给定通
16、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:二次绕组二次绕组短路，逐渐升高一短路，逐渐升高一次测绕组所加电压，次测绕组所加电压，当一次侧电流达到当一次侧电流达到额定值时，一次侧额定值时，一次侧绕组所加的电压绕组所加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2.5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
17、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。其他各段参数折算到基本段：其他各段参数折算到基本段：选第一段作为基选第一段作为基本段：本段：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定电压与：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。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低额同一电压等级中的最高额定电压与最低额定电压的的算数平均值
18、。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各元件的额定电压等于网络的平均额定电压的平均额定电压，变压器的实际变比修正为变压器两侧的平均，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。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：3.1 3.1 不对称三相系统中不对称三相系统中不对称三相系统中不对称三相系统中对称分量法的应用对称分量法的应用对称分量法的应用对称分量法的应用一组不对称的三相量可以分
19、解成一组不对称的三相量可以分解成三组不同的对称三三组不同的对称三相量相量（正序分量正序分量 负序分量负序分量 零序分量零序分量）之和。之和。3 3 电力系统元件的各序参数和等值电路电力系统元件的各序参数和等值电路一、一、对称分量对称分量(SymmetricalComponents)“1” 正序分量；正序分量；“2” 负序分量；负序分量；“0” 零序分量；零序分量；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，相序与正常运行方式下的相序相同。的相序相同。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反。序相反。大小
20、相等，相大小相等，相位相同。位相同。（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零序分量：零序分量：若三相量之和为零，则该不对称相量组中不包含若三相量之和为零，则该不对称相量组中不包含零序分量。零序分量。三相系统中，线电压中有没有零序分量？三相系统中，线电压中有没有零序分量？在有中线的星形接法中，中线电流中有没有零在有中线的星形接法中，中线电流中有没有零序分量？大小如何？序分量？大小如何？零序电流，必须以中线（包括
21、以地代中线）作为零序电流，必须以中线（包括以地代中线）作为通路，且中线流过的电流等于一相零序电流的三通路，且中线流过的电流等于一相零序电流的三倍。倍。三角形接法，线电流中有没有零序分量？三角形接法，线电流中有没有零序分量？三相参数对称电路三相参数对称电路中，某一序的对称分量电流，只产生中，某一序的对称分量电流，只产生同一序分量的电压降。反之，某一序的对称分量电压，同一序分量的电压降。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。也只产生同一序的对称分量电流。独立性！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
22、数对称三相参数对称)中，应用叠加原理，对这中，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，就是不对称三相电路的解。这种方法称为对称分量法。来，就是不对称三相电路的解。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：负序网络：零序网络：零序网络：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
23、障的共性，相互关系；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。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。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
24、。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：正序电流分别通过时，将会引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转方向相同的旋转磁场；负序电流产产生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转子位置无关。因此，旋转元件的正序、的磁场与转子位置无关。因此，旋转元件的正序、负序、零序阻抗互不相等。负序、零序阻抗互不相等。结论结论： 对静止元件（架空输电线、电缆、变压器、电对
25、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、负序阻抗不同。正、负序阻抗不同。发电机的阻抗发电机的阻抗:正序电抗：正序电抗：负序电抗：负序电抗：负序端电压的基频分量对流入定子绕负序端电压的基频分量对流入定子绕 组的负序电流的基频分量之比。组的负序电流的基频分量之比。气轮发电机或有阻尼绕组的凸极电机：气轮发电机或有阻尼绕组的凸极电机：无阻尼绕组的凸极电机：无阻尼绕组的凸极电机：零序电抗：零序电抗：变压器的阻抗变压器的阻抗:变压器正序电抗与负序电抗相等，等于一、二次绕变压器正序电抗与负序电抗相等，等于一、二次绕组漏
26、抗之和。其标么值即为短路电压组漏抗之和。其标么值即为短路电压变压器的零序阻抗变压器的零序阻抗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、三相及铁变压器零序电抗与变压器的结构（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心的结构形式）、连接方式以及中性点是否接地有关。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压器，因磁导大，零序励磁电流很小，所以零序励磁电抗可，因磁导大，零序励磁电流很小，
27、所以零序励磁电抗可视为接近无穷大：视为接近无穷大：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侧时，不管变压器另一侧绕组如何连接，其星形那一侧时，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。各绕组中都没有零序电流通过。负荷的阻抗：负荷的阻抗：异步电动机占系统总负荷的50以上，可近似地取异步电动机的各序阻抗作为负荷阻抗。正序阻抗：正序阻抗：正常运行时：正常运行时：计算稳态短路电流时：计算稳态短路电流时：计算次暂态电流时：计算次暂态电流时：负序阻抗：负序阻抗：或或零序阻抗：零序阻抗：电动机
28、一般中性点不接地，不考虑其零序阻抗。电动机一般中性点不接地，不考虑其零序阻抗。输电线路和电缆的阻抗：输电线路和电缆的阻抗：架空输电线、电缆的正序电抗与负序电抗相等。架空线的零架空输电线、电缆的正序电抗与负序电抗相等。架空线的零序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性能有关。电缆的零序电抗与电缆的外包皮的接地情况有关。能有关。电缆的零序电抗与电缆的外包皮的接地情况有关。线路种类线路种类电抗值（电抗值（/km)单相架空线路（无地线）单相架空线路（无地线）单回架空线路，有钢质架空地线单回架空线路，有钢质架空地线单回架空线路，导电良好架空
29、地线单回架空线路，导电良好架空地线双回架空线路（无地线）双回架空线路（无地线）双回架空线路，有钢质架空地线双回架空线路，有钢质架空地线双回架空线路，导电良好架空地线双回架空线路，导电良好架空地线610kV电缆线路电缆线路35kV电缆线路电缆线路0.40.40.40.4(每一回）每一回）0.4(每一回）每一回）0.4(每一回）每一回）0.080.123.53.02.05.54.73.04.64.65 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中性点的分布状况以及各元件的
30、各序参数和等值电路；然后再分别各序，由短路点开始，查明序电路；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网络的具体连接。成元件及其网络的具体连接。序网络：序网络：由同一序的相应的电动势和阻抗根据电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。力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
31、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序电动势为零。负序电动势为零。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。流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。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。正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不包含电源的电动势。各元件
32、的阻抗以零序参数表示。参数表示。（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）变压器绕组的接法对零序电流的通行路径有很大影响。大影响。（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、负相），作正序、负序、零序网络，并加以简化，求出各序等值电序、零序网络，并加以简化，求出各序等值电抗。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。
