電力系統(tǒng)故障分析及計算

1、1第四章第四章電力系統(tǒng)故障分析及計算電力系統(tǒng)故障分析及計算在電力系統(tǒng)的運行過程中，不可避免地會出現(xiàn)故障。盡管故障出現(xiàn)的幾率很小，持續(xù)的時間也不長，但產(chǎn)生的后果卻往往十分嚴(yán)重。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，運行狀態(tài)將經(jīng)歷急劇變化。輕則造成電流增大，電壓下降，從而危及設(shè)備的安全或使設(shè)備無法正常運行；重則將導(dǎo)致電力系統(tǒng)對用戶的正常供電局部甚至全部遭到破壞，從而對國民經(jīng)濟造成重大損失。因此對電力系統(tǒng)故障應(yīng)予以高度重視。作為電力系統(tǒng)三大計算之一，電力系統(tǒng)的

2、故障計算主要計算電力系統(tǒng)的故障所引起的電磁暫態(tài)過程，即電參量（電壓、電流）和磁參量（磁鏈）的變化情況，分析故障發(fā)生的原因及其產(chǎn)生的后果，從而為防止故障的發(fā)生和盡可能減少故障產(chǎn)生的損害提出有效措施。電力系統(tǒng)的故障屬暫態(tài)范疇，大部分電磁量將隨時間變化，描述其特性的是微分方程，這給分析計算帶來一定困難。在分析過程中通常盡量避免對微分方程直接求解，而是采用一定的工具（如拉普拉斯變換）和假設(shè)使問題得以簡化，即把“微分方程代數(shù)化，暫態(tài)分析穩(wěn)態(tài)化”。

3、在分析不對稱故障時，各相之間電磁量的耦合使問題的分析更為復(fù)雜，此時常用的分析方法是盡量避開對不對稱故障直接求解，而是采用一定的工具（如對稱分量變換）將不對稱問題轉(zhuǎn)化為對稱問題的迭加進(jìn)行處理，即把“不對稱問題對稱化”。這就是電力系統(tǒng)故障計算方法的特點。本章共分為三部分。第一部分介紹有關(guān)電力系統(tǒng)故障的基本概念及故障計算中標(biāo)幺值的特點，并通過無限大功率電源供電時三相短路電流的計算，對電力系統(tǒng)故障分析有一初步的認(rèn)識。第二部分為電力系統(tǒng)對稱故障的

4、分析計算，主要內(nèi)容為同步發(fā)電機突然三相短路的分析計算和電力系統(tǒng)三相短路電流的實用計算。第三部分為電力系統(tǒng)不對稱故障的分析計算，內(nèi)容包括用對稱分量法分析計算各種不對稱故障以及正序等效定則的應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié)電力系統(tǒng)故障計算的基本知識電力系統(tǒng)故障計算的基本知識一故障概述一故障概述(一)故障的分類凡造成電力系統(tǒng)運行不正常的任何連接或情況均稱為電力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)的故障有多種類型，如短路、斷線或它們的組合。短路又稱橫向故障，斷線又稱為縱向故

5、障。短路故障可分為三相短路、單相接地短路（簡稱單相短路）兩相短路和兩相接地短路，分別簡記為f（3）、f（1）、f（2）和f（1，1）。注意兩相短路和兩相接地短路是兩類不同性質(zhì)的短路故障，前者無短路電流流入地中，而后者有。三相短路時三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短路；其他幾種短路均使三相回路不對稱，因此稱為不對稱短路。斷線故障可分為單相斷線和兩相斷線，分別簡記為o（1）、o（2）。三相斷線如同開斷一條支路，一般不作為故障處理。斷線又稱為

6、非全相運行，也是一種不對稱故障。大多數(shù)情況下在電力系統(tǒng)中一次只有一處故障，稱為簡單故障或單重故障，但有時可能有兩處或兩處以上故障同時發(fā)生，稱為復(fù)雜故障或多重故障。由此，將電力系統(tǒng)故障作如下分類：3快恢復(fù)正常等。這些措施均須建立在故障計算的基礎(chǔ)上。在發(fā)電廠、變電所以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計工作中，都必須事先進(jìn)行短路計算，以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體、確定限制短路電流的措施、合理配置各種繼電保護(hù)并整

7、定其參數(shù)等的重要依據(jù)。因此故障計算對于電力系統(tǒng)的設(shè)計和安全運行具有十分重要的意義。二二故障計算中的標(biāo)幺值故障計算中的標(biāo)幺值在電力系統(tǒng)故障計算中大多采用標(biāo)幺制，使運算過程簡單、數(shù)值簡明、便于分析。故障計算中的標(biāo)幺制和潮流計算中的標(biāo)幺制有所不同，其主要特點表現(xiàn)在：1廣泛采用標(biāo)幺制中的近似計算法。標(biāo)幺制近似計算法是取系統(tǒng)平均額定電壓為基準(zhǔn)電壓即UiB=UiaN，而且認(rèn)為每一元件的額定電壓就等于其相應(yīng)的平均額定電壓，即UN=UaN。這樣在不同電

8、壓等級電網(wǎng)中變壓器的變比就取為相應(yīng)的平均額定電壓之比，從而其標(biāo)幺變比恒為1。至于基準(zhǔn)功率SB仍取某一整數(shù)，如取為100MVA。采用近似計算時，各元件參數(shù)標(biāo)幺值的計算公式就十分簡單，分列如下：TNBsTGNBGGSSUXSSXX100%100%==??；變壓器發(fā)電機22aNBDDaNBLLUSZZUSXX＝；負(fù)荷＝線路??(4－1)aNRNBRRUISXX3100%＝電抗器?2在故障計算中還要牽涉到時間、轉(zhuǎn)速和頻率等物理量?；鶞?zhǔn)頻率取工頻

9、，fB=fN我國為50Hz；基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速取同步速，NBωω=，我國為100sradπ；與此相應(yīng)，基準(zhǔn)角度為180π，從而角度α的標(biāo)幺值為αrad180π（弧度）。時間的基準(zhǔn)值取為tB=NBωω11=從而時間t的標(biāo)幺值為tNωrad。這樣選取時間基準(zhǔn)值的好處是使得ωt的標(biāo)幺值和有名值相等，從而可以方便地計算tcossinωω、t等量。3在故障分析中采用標(biāo)幺制計算的步驟仍為四步：取基準(zhǔn)，化標(biāo)幺，計算，將結(jié)果返回有名值。需要說明的是，在潮流計算中

10、常省略第四步，因為計算結(jié)果是電壓和功率，二者的有名值和標(biāo)幺值之間的關(guān)系十分清楚，所以一般無需再進(jìn)行返回計算。但在故障分析中所求的主要是電流，而電流的基準(zhǔn)值隨電壓等級而不同（因為IB=SB)3(BU），所以通常必須求出其有名值?！纠?－1】作出圖4－1所示電力系統(tǒng)的近似標(biāo)幺值等值電路。有關(guān)參數(shù)為：發(fā)電機G：30MW150%5.1085.0cos===GGNXkVUφ升壓變壓器5.31:1MVAT10.5121kV，Us%=10.5輸電線L