不对称故障处理.ppt

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1、第七章电力系统简单不对称故障的分析计算,对称分量法 对称分量法在不对称故障分析计算中的应用 电力系统元件序参数及系统的序网图 简单不对称故障的分析计算,1、什么是对称分量法？ 2、为什么要引入对称分量法？,分析过程是什么？,1、各元件的序参数是怎样的？ 2、如何绘制电力系统的序网图？,如何利用对称分量法对简单不对称故障进行分析与计算？,7.1 对称分量法在不对称短路计算中的应用,系统中发生最多的故障是不对称故障，即单相短路、两相短路、单相断线等，与三相比最大的区别就是不对称故障时三相电路时不对称的，因此不能采用前面的“对称相分析法”分析。采用将不对称问题 对称 化的处理方法,7.1.1、对称分

2、量法 加拿大C.L.Fortescue在1918年提出的，任意一组不对称的三相向量（三相电压或三相电流）均可由三相对称分量合成。,正序分量：三相量大小相等，互差1200，且与系统正常运行相序相同。 超前 120 负序分量：三相量大小相等，互差1200，且与系统正常运行相序相反。 滞后 120 零序分量：三相量大小相等，相位一致。,逆时针旋转1200,正序,负序,零序,引入因子,一、对称分量法,三相量用三序量表示 三序量用三相量表示（以a为基准相）,S可逆,三组对称向量经合成得到 一组不对称向量,一组不对称向量可唯一地 分解成三组对称向量,对称分量变换矩阵,电压和电流都可以进行这样的变换和逆变换

3、,如果在电力系统某处发生不对称短路，尽管除了短路点外的三相系统参数都是对称的，但是短路电压和短路电流都将是不对称的，所以均可以通过对称变换将电流和电压变为对称的处理。,如图所示，简单电路中，c 相断开，流过其他两相的电流如图所示，试以a相电流为参考量，计算线电流的对称分量。,解：求a相上的各序分量,可得bc相上的各序分量,零序电流分量为0，三个线电流中不含零序分量。虽然c相电流为零但是分解后的对称分量却是不为0的，当然对称分量之和仍为0。其他的对称分量之和也等于原来的值， 对称分量法实质上是一种叠加法，所以只能用在线性系统中,2020/10/18,10,电力系统不对称分量的特点： 1）不对称短

4、路时，电源电压保持对称，除短路点外其他部分参数是对称的，短路点的电压电流三相参数不再对称，可分解为正序负序和零序三组分量 2）只有三相电流之和不等于零时，才存在零序电流。在三角形接线三相三相星形接线，即时三相电流不对称，也总有三相电流之和为0，所以不存在零序。只有在中线或中性点接地三相系统中才可能出现零序。 3）相电压中可以存在零序电流，线电压中不存在零序电流。,二、序阻抗的概念,静止的三相电路元件序阻抗,称为序阻抗矩阵,自阻抗,相间互阻抗,当通过三相不对称电流时，产生的压降也是不对称的,变换为对称分量,当元件参数完全对称时,二、序阻抗的概念,结论：在三相参数对称的线性电路中，各序对称分量具有

5、独立性，因此，可以对正序、负序、零序分量分别进行计算。,正序阻抗,负序阻抗,零序阻抗,二、序阻抗的概念,序阻抗：元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件的同一序电流的比值。,正序阻抗,负序阻抗,零序阻抗,在三相对称元件中（线路，变压器，电机等）流过三相正序电流，在元件上产生的压降也是三相正序的，流过负序和零序，在元件上产生的压降负序和零序的，对于三相对称元件的不对称电压电流计算问题，可分解成三组分别计算，由于每组分量对称，实际可只分析一相即可。 电力系统视元件的结构不同，各序阻抗也不相同。,三、对称分量法在不对称短路计算中的应用,一台发电机接于空载线路，发电机中性点经阻抗Zn接地

6、。 a相发生单相接地,单相接地短路,哪些已知条件？,故障点出现了不对称情况，其余地方参数仍对称。,如何将不对称转化成对称？,三、对称分量法在不对称短路计算中的应用,a相接地的模拟,短路的等效处理： 在短路点接入一组三相不对称电源，各相电源与图中不对称电压大小相等、方向相反。这样同发生的不对称故障时等效的。也就是说，网络中发生的不对称故障，可以用在故障点接入一组不对称电源来代替。,三、对称分量法在不对称短路计算中的应用,将不对称部分用三序分量表示,正序,负序,零序,注意,发电机的电势仍为正序电势，无负序和零序电势。,应用叠加原理进行分解,正序网络,负序网络,零序网络,正序阻抗,无,无,发电机只产

7、生正序电势,三、对称分量法在不对称短路计算中的应用,正序网,根据电路图分别列出各序网络的电压方程,三、对称分量法在不对称短路计算中的应用,负序网,三、对称分量法在不对称短路计算中的应用,零序网,根据各序电压方程式，可以绘出各序的一相等值网络,零序网络中性点阻抗相当于增大3倍,序网络方程,有6个变量，三个方程，无法求解，还必须根据实际短路特性列边界条件方程,不含中性点阻抗,有6个变量，三个方程，无法求解，还必须根据实际短路特性列边界条件方程,总结： 计算不对称故障的基本原则就是，把故障处的三相阻抗不对称 表示为电压和电流的不对称，使系统其余部分保持三相阻抗对称，利用对称分量法，各序分量独立求解。

8、,24,基本思路： 1）将电流电压分解成三序对称分量。 2)绘制三序等值电路，写出基本三序电压平衡方程 3）根据故障边界条件补充方程， 4）求解。,1、不管系统发生什么样的不对称短路，短路电流一定存在（） A正序、负序和零序 B正序和负序 C零序 2、用对称分量法分析计算各序分量具有独立性，则此电路应为（） A非线性参数对称 B线性 参数不对称 C非线性参数不对称 D线性参数对称 3、根据对称分量法，正序分量与零序分量的关系为（） A超前120 B滞后120 C同相位 D尚难确定,问题： 什么是对称分量法，为什么电力系统不对称故障分析采用对称分量法？,7.2 电力系统各序网络,电力系统稳态运行

9、或对称故障下，系统中各元件参数是对称的，只有正序的各种参数存在，所以，前面所介绍的各元件的参数均是正序参数。,2020/10/18,南京理工大学807,29,7.2 电力系统各序网络,电力系统元件分类： 静止元件：当施加正序或负序电压时，自感和互感关系完全相同，所以，正序阻抗等于负序阻抗，不等于零序阻抗。如：变压器、输电线路等。 旋转元件：当通正序或负序电流时，产生的磁场旋转方向相反的，而零序不产生旋转磁场，所以，各序阻抗均不相同。如：发电机、异步电动机等元件。,一、同步发电机的正序负序和零序电抗,1 同步发电机的正序电抗 同步电机对称运行时，只有正序电压和正序电流，所以正常运行时的阻抗参数就

10、是正序电抗,1 同步发电机的负序电抗,实用计算中发电机负序电抗计算 有阻尼绕组 无阻尼绕组 发电机负序电抗近似估算值 有阻尼绕组 无阻尼绕组 无确切数值，可取典型值，由制造厂家提供,2.同步发电机的零序电抗,三相零序电流在气隙中产生的合成磁势为零，因此其零序电抗仅由定子线圈的漏磁通确定。 同步发电机零序电抗在数值上相差很大（绕组结构形式不同）： 零序电抗典型值,正、负、零各不相等,二、异步电动机和综合负荷的序阻抗,电力系统负荷主要是异步电动机，因此用他各序电抗近似代表负荷的电抗。 异步电机和综合负荷的正序阻抗：（以自身容量为基准） Z1=0.8+j0.6 用纯电感代表负荷，取X1=1.2； 异

11、步电机负序阻抗：X2=0.2； 综合负荷负序阻抗：X2=0.35；,标幺值,二、异步电动机和综合负荷的序阻抗,异步电动机和负荷大多接成三角形或不接地星形，零序不能流通。 异步电机和综合负荷的零序电抗：X0=。 不需要建立负荷的零序等值电路,只有正序、负序 没有零序,三、变压器的零序电抗及其等值电路,普通变压器的零序阻抗及其等值电路 无论同那序电流都不改变原副边的电磁关系，因此，正序、负序和零序等值电路结构相同。,双绕组,三绕组,1 .普通变压器的零序阻抗及其等值电路,漏磁通的路径与所通电流的序别无关，因此变压器的各序等值漏抗相等。 励磁电抗取决于主磁通路径，正序与负序电流的主磁通路径相同，负序

12、励磁电抗与正序励磁电抗相等。因此，变压器的正、负序等值电路参数完全相同。 变压器的零序励磁电抗与变压器的铁心结构相关。,正序完全等于负序,零序励磁电抗等于正序励磁电抗,零序励磁电抗等于正序励磁电抗,零序励磁电抗比正序励磁电抗小得多：Xm0=0.31.0,三相四柱式,三相三柱式,三个单相式,基本上零序和正序负序阻抗相等,2.变压器的零序等值电路与外电路的连接,基本原理： a) 变压器零序等值电路与外电路的联接取决于零序电流的流通路径，因此，与变压器三相绕组联结形式及中性点是否接地有关。 b)不对称短路时，零序电压是施加于相线与大地之间。,考虑三个方面： （1）当外电路向变压器某侧施加零序电压时，

13、如果能在该侧产生零序电流，则等值电路中该侧绕组端点与外电路接通；反之，则断开。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）当变压器绕组具有零序电势（由另一侧感应过来）时，如果它能将零序电势施加到外电路并能提供零序电流的通路，则等值电路中该侧绕组端点与外电路接通，否则断开。据此：只有中性点接地星形接法绕组才能与外电路接通。,（3）三角形接法的绕组中，绕组的零序电势虽然不能作用到外电路中，但能在三相绕组中形成环流。绕组两端电压为0，等效绕组短路，因此，在等值电路中该侧绕组端点接零序等值中性点。（中性点与地同点位时则接地）,Y0/接法三角形侧的零序环流,变压器零序等值电路与外

14、电路的联接,3.中性点有接地电阻时变压器的零序等值电路,变压器中性点经电抗接地时的零序等值电路,中性点经阻抗接地的星形接法流过零序电流时，中性点接地阻抗将流过3倍零序电流，因此，在等值电路中相当于中性点阻抗增大3倍，与该绕组的漏抗串联。,4.自耦变压器的零序阻抗及其等值电路,中性点直接接地的自耦变压器,中性点经电抗接地的自耦变压器,四、架空线路的零序阻抗及其等值电路,静止元件，其正序和负序完全相同。 零序电流必须借助大地及架空地线构成通路,精确计算 是非常困难 的，给出实用 计算值,四、架空线路的零序阻抗及其等值电路,输电线路的零序阻抗比正序阻抗大 （1）回路中包含了大地电阻 三相零序电流通过

15、大地返回，大地电阻使每项等值电阻增大 （2）自感磁通和互感磁通是助增的,四、架空线路的零序阻抗及其等值电路,平行架设双回线零序等值电路,四、架空线路的零序阻抗及其等值电路,有架空地线的情况：零序阻抗有所减小。,架空地线和输电线路零序电流方向相反，使零序电抗减小。,四、架空线路的零序阻抗及其等值电路,实用计算中一相等值零序电抗,无架空地线的单回线路,有钢质架空地线的双回线路,有钢质架空地线的单回线路,有良导体架空地线的单回线路,无架空地线的双回线路,有良导体架空地线的双回线路,五、电力系统各序网络,对称分量计算不对称故障时必须先做出各序网络 等值电路的绘制原则 根据电力系统的原始资料，在故障点分

16、别施加各序电势，从故障点开始，查明各序电流的流通情况，凡是某序电流能流通的元件，必须包含在该序网络中，并用相应的序参数及等值电路表示。,2020/10/18,53,正序网络,除中性点接地阻抗、空载线路以及空载变压器外，其他各元件均应包含在。正序网络需引入各电源电势，在短路点需引入代替故障的正序电势。电源中性点和负荷中性点点位相等可以直接连接起来，故障端口看进去是有源网络。,正序网络,正序网络,不包含空载线路和空载变压器，中性点接地阻抗,引入正序电势,2020/10/18,55,负序网络,负序电流通过的原件和正序电流通过的相同，因此，组成负序网络原件与组成正序原件完全相同，只不过所有电源的电势为

17、0，所有原件参数采用负序参数，在短路点引入负序电势，故障端口看进去是无源网络。,负序网络,正序网络,从端口看进去有源网络，利用定理就一步简化,负序网络与正序网络元件相同，发电机电势为0,从端口看进去无源网络，利用定理就一步简化,零序网络： 首先在短路点施加零序电势，必须确定零序电流的流通路径。凡是零序电流能流通的元件都应包含在零序网络中。 发电机和负荷通常被三角形接法的变压器把零序电流隔开零序电流不流过发电机和负荷，零序网络中不含有发电机和负荷 所有参数采用零序参数，,零序网络：必须首先确定零序电流的流通路径。,T-4 中性点不接地，不通过零序电流，所以不包含L-4 T-4,三角形接法变压器把

18、零序隔开了，不包含发电机,T-3 中性点接地，通过零序电流，所以包含L-3 T-3,零序网络,例7-1,7-1,2020/10/18,62,正序网络,负序网络,2020/10/18,63,零序网络,2020/10/18,南京理工大学807,66,问题：,无架空地线和有架空地线单回输电线路的零序阻抗那个大？ 可能产生零序电流的短路形式（） 1单相接地短路 2三相接地短路 3两相短路 4两相接地短路,2020/10/18,67,1、异步电动机三相绕组三角形和星形不接地连接，异步电动机的零序电抗为（） A、0 B、X”C 1/X” D 2、实用计算中，同步发电机的负序电抗为（） A B C D 3、

19、同步发电机的零序电抗为（） A B C D尚难确定,2020/10/18,68,4、三相三柱式变压器，三序参数的关系（） A、正序、负序和零序均相同 B、正序、负序相同，和零序不相同 C 正序、负序和零序各部相同 D不确定 5、有架空地线的架空线路，地线导电性越好，输电线路零序电抗（） A 越大 B越小 C 与导电性无关，为常数 D尚难确定 6、架空输电线路，三序阻抗关系（） A B C D,2020/10/18,69,7、架空地线对三序参数的影响（） A、正序、负序无影响，零序减小 B、正序、负序无影响，零序增大 C 、正序、负序和零序均无影响 D、正序、负序增大 ，零序减小 8、在零序网络

20、中零序电源是在故障点根据（）分解产生的 A 边界条件 B故障出电压 C 故障出电流 D戴维南定理 9、正序和负序网络说法不正确的（） A 正序和负序是三相对称的 B中性点接地电抗无电流 C正序和负序网络可以不画接地电阻 D正序阻抗和负序阻抗相等,7.3 简单不对称短路的分析计算,当网络元件只用电抗表示时，不对称短路的序网络方程,该方程组有三个方程，但有六个未知数，必须根据边界条件列出另外三个方程才能求解。,一、单相接地短路,将边界条件写成对称分量形式,经整理,相 加,单相接地故障的复合序网,各序网 落在故 障端口 按照边 界条件 连接起 来构成 的网络,边界条件,三序网络串联,单相接地的短路电

21、流和短路点非故障相电压,计算推到 2种方法,正序负序零序电流均有,二、两相短路,1写边界条件,两相短路的复合序网,正序,负序,正序负序网络并联,两相短路的短路电流,短路电流是正序电流的3倍,只有正序负序没有零序电流,两相短路的电压,非故障相电压为正序的2倍，故障相只有 非故障的一半，并且方向相反,三、两相短路接地,区别,两相短路接地序网图,三序网络并联,两相短路接地故障相电流,两相短路接地相量图,四、正序等效定则,正序分量的计算,附加电抗,短路类型型号,定则：在简单不对称情况下，短路电流的正序分量与在短路点每一相中加入附加阻抗而发生三相短路时的电流相等。,四、正序等效定则,短路电流的计算,短路

22、电流的绝对值和正序分量绝对值成比例,比例系数,附加电抗和比例系数,例7-2 7-3,简单不对称短路电流的计算步骤，可总结如下： 1、根据故障类型做出相应的序网 2、计算系统对短路点的正序，负序，零序等效电抗 3、计算附加电抗 4、根据 计算短路点的正序电流和短路点的故障电流 5、进一步求的其他量,例7-2,解 （1）制订各序等值电路，计算各序组合电抗,选取基准功率,=100MVA和基准电压,，计算各元件的各序电抗的标幺值，计算结果标于各序网络图中,2020/10/18,90,1、两相短路故障时复合序网络连接方式（） A、三序网串联 B、三序网并联 C 正负并联，零序开路 D正负串联，零序短路

23、2、中性点直接接地系统发生不对称故障，故障处电流（） A 一定存在零序分量 B一定不存在零序分量 C是否存在零序，和短路类型有关 D只有正序 3、已知故障点正序阻抗等于负序阻抗，零序为正序的一半，该位置发生（）故障，故障相短路电流最大 A 单相接地短路 B两相短路接地 C 两相短路 D三相短路,2020/10/18,91,4、AB两相短路，边界条件与序分量正确的是（） A、A和B电流大小相等方向相反，C相正序和负序大小相等方向相反。 B、A和B电流大小相等方向相反，A相正序和负序大小相等方向相反。 C 、 A和B电流大小相等方向相同，C相正序和负序大小相等方向相反。 D 、 A和B电流大小相等

24、方向相反，A相正序和负序大小相等方向相反。 5、当发生A相接地短路时，故障处A相电压（） A、 0 B、U C D,2020/10/18,92,6、关于单相接地故障短路电流，下面错误（） A、短路电流为正序电流的3倍 B、短路电流一定小于三相短路电流 C、短路电流不一定小于三相短路电流 D 短路电流大于三相短路电流,7.4 不对称短路时网络中电流电压的计算,电力系统设计运行中，除需要知道故障点的短路电流和电压外，有时还需要知道网络中某些支路电流和节点电压。 基本思路：先求出电流电压的各序分量在网络中的分布，然后将相应的各序分量进行合成求得各相电流和相电压。 注意：电流和电压各需分量经变压器后，

25、相位有可能发生移动,一、对称分量经变压器后的相位变化,1.YY12连接的变压器：不发生相位移动。,2.Y11连接的变压器:移相300,线电压,相电压,Vab,Vbc,Vca,超前,滞后,2.Y11连接的变压器（电流同电压的关系相同）,变比标幺值为1时，正序负序标幺值关系,在三角侧的外电路中不含零序分量，只在三角形内部有零序环流。,经过Y11变压器， Y侧到侧，正序分量逆时针转30， 负序分量顺时针转30,二、网络中电流电压的分布计算,针对故障点外的其他支路上的电压和电流的计算 1.电流分布计算 常用电流分布系数法。 2.电压分布的计算： 网络中某一节点的各序电压，等于短路点的各序电压加上该点与

26、短路点间同序电流在同一序电抗上产生的压降,电压分布的计算：计算 H点各序电压，短路点 为f点,H到短路点的各序电抗,电流流向,反向,H点电压比短路点的负、零序要低，离短路点越远，就越低，电源点的负序电压为0.而零序 一搬在未到电源点就已经降到0值,负序,零序,电源点的正序电压是最高的，随着靠近短路点，正序电压组建降低，到短路点时正好等于短路点的正序电压。,短路点的负序和零序是最高的。,网络短路点的不对称度由负序决定，负序越大就越不对称，所以电路点的电压时最不对称的。,7.5 非全相断线的分析计算,横向故障 电力系统短路故障，发生横向故障时，由短路点f和零电位组成故障端口。 纵向故障 网络中的两

27、个相邻节点（都不是零电位点）之间出现不正常的断开或三相阻抗不相等的情况，由这两个节点构成故障端口,7.5 非全相断线的分析计算,非全相断线 横向故障和纵向故障一样，只在故障端口出现某种不对称，系统其它部分的参数仍旧对称的。 利用对称分量法分析,7.5 非全相断线的分析计算,发生故障,开路电压,一、单相断开,用对称分量形式表示,单相断开的复合序网,非故障相电流和断口电压,二、两相断开,两相断开时的复合序网,非故障相电流和断口电压,2020/10/18,南京理工大学807,112,问题：,试写出电力系统发生两相短路时的边界条件？ 电力系统发生两相接地短路时，可以肯定的是 1正序电流大于负序电流 2正序电流等于负序电流 3 正序电流小于负序电流 4正序电流不小于负序电流,