一、电力系统故障分析的基本知识
(完整版)电力系统分析基础知识点总结
一．填空题1、输电线路的网络参数是指（电阻）、（电抗）、（电纳）、（电导）。
2、所谓“电压降落”是指输电线首端和末端电压的（相量）之差。
“电压偏移”是指输电线某点的实际电压和额定电压的（数值）的差。
3、由无限大的电源供电系统，发生三相短路时，其短路电流包含（强制/周期）分量和（自由/非周期）分量，短路电流的最大瞬时的值又叫（短路冲击电流），他出现在短路后约（半）个周波左右，当频率等于50HZ时，这个时间应为（0.01）秒左右。
4、标么值是指（有名值/实际值）和（基准值）的比值。
5、所谓“短路”是指（电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接），在三相系统中短路的基本形式有（三相短路），（两相短路），（单相短路接地），（两相短路接地）。
6、电力系统中的有功功率电源是（各类发电厂的发电机），无功功率电源是（发电机），（电容器和调相机），（并联电抗器），（静止补偿器和静止调相机）。
7、电力系统的中性点接地方式有（直接接地）（不接地）（经消弧线圈接地）。
8、电力网的接线方式通常按供电可靠性分为（无备用）接线和（有备用）接线。
9、架空线是由（导线）（避雷线）（杆塔）（绝缘子）（金具）构成。
10、电力系统的调压措施有（改变发电机端电压）、（改变变压器变比）、（借并联补偿设备调压）、（改变输电线路参数）。
11、某变压器铭牌上标么电压为220±2*2.5%，他共有（5）个接头，各分接头电压分别为（220KV）（214.5KV）（209KV）（225.5KV）（231KV）。
二：思考题1.电力网，电力系统和动力系统的定义是什么？（p2）答: 电力系统：由发电机、发电厂、输电、变电、配电以及负荷组成的系统。
电力网：由变压器、电力线路、等变换、输送、分配电能的设备组成的部分。
动力系统：电力系统和动力部分的总和。
2.电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？（p4-5）答：电力系统的地理接线图主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径以及它们相互间的连接。
电力系统故障分析
对正序网络：
E a I a1 ( z G1 z L1 ) ( I a1 I b1 I c1 ) z N U a1
.
.
.
.
.
.
E a I a1 ( z G1 z L1 ) U a1
.
.
.
对负序网络：
.
I a 2 ( zG 2 z L 2 ) ( I a 2 I b 2 I c 2 ) z N U a 2
N0
一、二相短路（bc两相短路）
短路点K M a b c
& I Mc
& & U & U U ka kb kc
& I Ma & I Mb
& I Na & I
a b c
N
& I Nc
& I&kb I&kc I ka
K
(2 )
Nb
图 4-3 两相短路时的系统接线图
（一）故障边界条件：
I ka 0, I kb I kc ,U kb U kc
4. 断相故障及复杂故障：
断相故障：指电力系统一相断开或两相 断开的情况。属于不对称性故障。 复杂故障：指在电力系统中的不同地点 （两处或两处以上）同时发生不对称故 障的情况。又称复故障。
5. 研究电力系统暂态过程的方法：
物理模拟法 数学模拟法： （1) 建立数学模型； （2）求解数学模型； （3）结果分析。
主要内容
故障分析的基本知识 简单不对称故障的分析计算 不对称故障时电力系统中各电气量 值的分布计算
涉及的基本概念：
电力系统故障分析的基本知识
§1电力系统故障分析的基本知识主要内容：1、电力系统故障的基本概念2、三相短路的暂态过程分析3、短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算§1.1 故障概述1 故障分类故障，事故：正常运行情况以外的相与相之间、相与地之间的连接或相的断开。
断线故障（纵向故障、非全相运行）简单故障对称故障短路故障（横向故障）复杂故障不对称故障名称图示符号概率⑴三相短路f（3）5%⑵f（2）10%⑶单相短路f（1）65%⑷两相短路接地f（1。
1）20%⑸一相断线⑹二相断线2 短路原因(1) 相间绝缘或相对地绝缘损坏；(2) 误操作。
3 短路危害(1) 大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）；(2) 烧毁设备（热稳定）；(3) 电网大面积电压下降；(4) 破坏电力系统的稳定；(5) 影响电力系统通讯。
4 减少短路危害的措施(1) 采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。
(2) 通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备行。
(3) 架空线路普遍采用自动重合闸装置。
(4) 装设限流电抗器。
(5) 选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。
5 短路计算目的(1) 合理的配置继电保护及自动装置整定与校验。
(2) 选择最佳的主接线方案及电气设备，确定限流措施。
(3) 进行电力系统暂态稳定的计算。
(4) 确定电力线路对邻近通信线路的干扰等，短路故障又称横向故障，断线故障又称纵向故障。
§1.3 无限大功率电源供电的三相短路分析1 无限大功率电源的概念(1) 无限大电源：常数、0、ω=常数(2) 无限大功率电源是个相对概念。
(若电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可以认为电源为无限大电源。
)2 暂态过程分析(1) 符号约定|0|：故障前瞬间，相当“电路”中的0-0：故障后瞬间，相当“电路”中的0+p或ω：周期分量（）、ω：频率为ω的分量α：非周期分量m ：模值（）M ：最大值（）∞：稳态值（t→∞）(2) 暂态过程分析(对称短路可仅取一相分析，其他两相有模相同、相位差120°的结果。
电力系统故障分析的基本知识培训课件
其中， Iωm= Um ∕Z ;Im= Um ∕ ( Z+Z′)
三、短路冲击电流及短路功率的计算
1、短路冲击电流：
•短路电流可能出现的最大瞬时值称为短路冲击电流。
那，在什么情况下短路电流会出现最大瞬时值呢？
i
短路电流
周期分量 强制分量
短路
冲击电流
短路电流
非周期分量
+Iωm
短路
全电流
0
t
短路前空载 -Iωm
i =0
由图可知：
如短路t=0时刻短路电流强制周期分量为负的幅值-Iωm
时，且 当t = 0.01s时（短路后半个周期），电流瞬时
值最大！ 如 =900，则因电压相位超前电流900，
正是电压过零时刻。
短路冲击电流：
0.01
0.01
iimp Im Ime Ta (1 e Ta )Im
KimpIm Kimp 2 I源自对称故障不对称 故障
造成短路的原因： 天灾 人祸
短路的危害：
短路电流远大于正常电流——>热效应引起导体 和绝缘损坏；电动力效应使导体变形或损坏。 短路引起电压降低，是为残压。——>影响用电 设备正常工作。 不对称短路引起不平衡电流，产生不平磁通 ——>通信干扰。 破坏系统稳定性。
短路计算的目的：
其中： Kimp称为冲击系数。
冲击系数与Ta有关，也就是与定子短路回路中电抗与电
阻的相对大小有关。
1、对于无限大容量电源，近似取值为1.8； 2、对于有限大容量电源，其取值（1.8 ~1.9）：
1.9 ——> 短路发生在发电机机端。
Kimp=
1.85 ——> 短路发生在高压母线。 1.8 ——> 短路发生在其余较远处。
电力系统暂态分析学习指导
电力系统暂态分析学习指导第二部分电力系统暂态分析第一章电力系统故障分析的基本知识一、基本要求掌握电力系统故障的类型和电力系统故障的危害性；掌握电力系统各元件参数标幺值的计算和电力系统故障分析的标幺值等值电路；了解无限大电源系统三相短路电流分析；掌握无限大电源系统三相短路电流的周期分量、短路冲击电流、最大有效值电流和短路容量的计算。
二、重点内容1、电力系统故障类型电力系统的故障分为：短路故障和断线故障。
电力系统的短路故障一般称为横向故障，它是相对相或者相对地发生的故障；断线故障称为纵向故障，包括一相断线、两相断线和三相断线故障。
电力系统的故障大多数是短路故障。
我们着重分析短路故障。
2、短路故障的类型短路故障的类型分为三相短路、单相短路接地、两相短路和两相短路接地。
其中三相短路时三相回路依旧是对称的，因此称为对称短路；其它三种短路都使得三相回路不对称，故称为不对称短路。
断线故障中，一相断线或者两相断线会使系统出现非全相运行情况，也属于不对称故障。
在电力系统实际运行中，单相短路接地故障发生的几率较高，其次是两相短路接地和两相短路，出现三相短路的几率很少。
需要注意的是：中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地电流很小，允许运行1~2小时。
3、 电力系统各元件参数标幺值的计算（近似计算）（1） 发电机NBN B SSX X ⋅=)*()*( ………………………………（7-1）式中 )*(N X —— 发电机额定值为基准值的电抗标幺值；BS —— 基准容量； NS —— 发电机额定容量。
（2） 变压器NBK B SSU X ⋅=100%)*( ………………………………（7-2）式中 %KU ——变压器短路电压百分数。
（3） 电力线路架空线路2)*(4.0BBB USL X ⋅⋅= ………………………（7-3） 电缆线路2)*(08.0BBB USL X ⋅⋅= ……………………… （7-4） 式中 L —— 电力线路长度； BU —— 基准电压。
电力系统暂态分析-第1章 电力系统故障分析的基本知识ppt课件
电力系统暂态分析
第一章 电力系统故障分析的 基本知识
1.1 故障概述 1.2 标幺制 1.3 无限大功率电源供电的三相短路 电流分析
2
电力系统暂态分析
1.1 故障概述
一、电力系统运行状态分类
1、稳态
系统参数不变时，运行参量不变，系统的这种运行 状态称为稳态。
1.1 故障概述 三、断线故障
1、断线故障（纵向故障）的类型 1）一相断线 2）两相断线
2、断线原因
1）采用分相断路器的线路发生单相短路时单相跳闸； 2）线路一相导线断开。 3、断线的影响 造成三相不对称，产生负序和零序分量，而负序和零序 分量对电气设备和通讯有不良影响。
9
电力系统暂态分析
1.2 一、标幺制的概念
短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭 曲甚至损坏；
短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常 工作； 严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，
破坏系统的稳定性。
不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及 弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
8
电力系统暂态分析
U UU / B *
S S / S P j Q / S P j Q * B B * *
11
I* I /IB
电力系统暂态分析
1.2 标幺制 二、电力系统中基准值的选取
对单相电路来说 如果基准选取满足： 电力系统基本公式：
SB U BIB U B Z B I B
值计算表达式?
12
电力系统暂态分析
1.2
对三相电路来说 基准值选择应满足：
电力系统故障分析的基本知识
电⼒系统故障分析的基本知识1 电⼒系统故障分析的基本知识1.1 电⼒系统故障分析概述⼀、概念简介短路：电⼒系统故障的基本形式。
短路故障（横向故障）：电⼒系统正常运⾏情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。
短路类型：4种。
最多的短路类型：单相短路对称短路（三相短路）、⾮对称短路（其余三种短路类型）。
断线故障（⾮全相运⾏、纵向故障）：⼀相断线、⼆相断线。
不对称故障：⾮对称短路、断线故障简单、复杂故障：简单故障指系统中仅有⼀处短路或断线故障；复杂故障指系统中不同地点同时发⽣不对称故障。
⼆、短路原因、危害原因：客观（绝缘破坏：架空线绝缘⼦表⾯放电，⼤风、冰雹、台风）、主观（误操作）。
危害：短路电流⼤（热效应、电动效应）、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产⽣不平衡磁通影响通信线路。
解决措施：继电保护快速隔离、⾃动重合闸、串联电抗器等三、短路计算重要性电⽹三⼤计算之⼀。
电⽓设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施。
四、短路计算的基本步骤1) 制定电⼒系统故障时的等效⽹络；2) ⽹络化简；3) 对短路暂态过程进⾏实⽤计算。
1.2 标⼳制⼀、标⼳制概念故障计算中采⽤标⼳值（相对值）表⽰，数值简明、运算简单、易于分析。
⼆、基准选取三相电路系统基准值可任意，⼀般：位的物理量）基准值（与有名值同单量）有名值（有单位的物理标⼳值（相对值）＝频率、⾓速度、时间的基准值三、基准值改变时标⼳值的换算B B B B B B B B B B B 2B 4 S ()U ()()() S , U 2 S U S BBB B MVA KV I KA Z I I U I Z S Ω===个基准值参数：、、、满⾜关系：则任意选定其中个基准参数即可。
电⽹中⼀般选定：、则：注意：标⼳值之******S =U ,=Z I U I ))(())(( ))((X B N )*(22)*(22)*(*(B)NB B N N N BB N N B B N N N I I U U X S S U U X U S S U X X ==→＝为基准）下标为基准折算（下标电抗电⾓速度倒数）时间：同步电⾓速度）⾓速度：额定频率）频率：(1(2 (f f N sB N s B B t f ωπωω==== ))((100(%)X )())((100(%)X )( *(B)R 22T*(B)NBB N R BBN N s I I U U U U S S U U ＝：电抗百分数转换电抗器电抗标⼳值＝：短路电压百分数转换变压器电抗标⼳值上式直接转换即可发电机电抗标⼳值：四、变压器联系的不同电压等级⽹络中各元件参数标⼳值的计算原则：选定某个归算电压等级，对其它电压等级的参数⽤联系变压器变⽐进⾏归算。
电力系统故障分析的基本知识
p — 特征方程 R pL 0 的根。
pR L
Ta — 非周期分量电流衰减的时间常数
Ta
1 p
L R
积分常数的求解
短路的全电流可表示为：
短路前电流
i idza idfa Im sin(t ) Cet /Ta
i Im0 sin(t )
短路电流
不突变
Im0 sin( ) Im sin( ) C
4、等值电路图归并与简化 ✓串联 ✓并联 ✓Δ Y
✓利用网络的对称性 网络的结构相同
对称性 电源一样 电抗参数相等 短路电流流向一致
例：d1，d2发生短路时，计算短路回路的总电抗标幺 值
第五节 无限大容量电源供电系统三相短路电流计算
一、基本概念
中性点接地：三相或单相
1. 2.
那种故障短路电流最大 短路电流计算值
非周期电流有最 大值的条件为（1） 短路前电路空载 （Im0=0)； （2）短路发生时， 电源电势过零 （α＝0）。
图1-3 短路电流非周期分量有最大可能值的条件图
将Im0 0， 90 和 ＝0代入式短路全电流表达式：
i Im cost Imet /Ta
短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现 （如图1-4）。若 f 50 Hz，这个时间约为0.01秒，将其 代入式（6-8），可得短路冲击电流 ：
一、三相短路的暂态过程
图1-2 简单三相电路短路
•短路前电路处于稳态：
e Em sin(t ) i Im 0 sin(t )
Im0
Em
(R R)2 2 (L L)2
tg 1 (L L)
R R
假定t＝0时刻发生短路 a相的微分方程式如下：
Ri
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二, 暂态过程分析
ia
ua U m sin(t )
f (3)
R
R
R
ib
L
R' R
R'
'
L'
ub U m sin(t 1200 )
ic L
L
L'
uc U m sin(t 1200 )
L'
当在f点发生三相短路时，电路被分成两个独立 的回路。左边回路仍与电源连接，右边回路则 没有电源。
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2013年9月14日星期六
二．
基准值的选取
基准值的选取有一定的随意性，在电路中，物理量Ｕ， Ｉ，Ｓ，Ｚ间有基本关系：
单相
UP ZPIP
三相
U P 3Z P I P SP 3U P I P
SP U P I P
四个量中去任意两个为基准值，一般选定电压和功率的 基准值。
单相
ia I m 0 sin(t 0 )
式中
Im 0
Um ( R R ) ( L L)
2 2 2
0 arctg
( L L)
( R R )
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短路后回路满足以下方程
t
iap ce
L R
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右边回路中，电流将从短路发生瞬间的值不断衰 减，一直到磁场中储存的能量全部变为电阻中所 消耗的热能，电流即衰减为零。 左边回路中，每相阻抗由原来的 (R+R’)+jω(L+L’) 减小为R+j ωL ，其稳态电流必将增大。 上图所示的三相短路，短路发生前，电路处于 稳态，其a相的电流表达式为
ia I m sin(t )
其中
I
Um R 2 (L) 2
arctg
L
R
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C 值的确定
t 0
ia ( 0 ) I m 0 sin( 0 )
t 0
ia (0 ) I m sin( ) c
2 0.33
3 0.24
4 0 .7
5 1.46
6 0.504
（c）近似计算等值电路
仍取ＳＢ＝１００ＭＶＡ，各段电压电流基准值分别为：
U B1 10.5(kV )
U B 2 115(kV )
U B3 6.3(kV )
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100 I B1 5.5(kA) 3 10.5 100 I B2 0.5(kA) 3 115 100 I B3 9.2(kA) 3 6.3
•美国东部(EDT)时间2003年8月14日16:11开始 （北京时间8月15日晨4:11），美国东北部和加拿大东 部联合电网发生了大面积停电事故 •纽约: 交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地 隧道里、冒酷热步行回家 •停电影响 美国： 俄亥俄州、密歇根州、纽约州、 马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、 宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州） 加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）
U B( ) 115kV
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可得
Uk % U xT 100 S N
近似计算 时，
2 N
U k % Un2 xT xT 1002 Sn U av ZB Sb
假设 220=230 即,U N=U B 得
Uk % SB xT 100 S N
由于电感电流不能突变，因此有：
ia ( 0 ) ia ( 0
代入通解得到：
)
c I m 0 sin( 0 ) I m sin( )
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例题2 计算图示输电系统的等值电路的参数标幺值
Ⅰ
T 1
Ⅱ
T 2
Ⅲ
15MVA 6kV 2.5km 110 0.3kA x 0.08 km x 0. 4 10.5kV 10.5 km 6 .6 121 x(%) 5 X 0.26
30 MVA 31.5MVA 80 km
U* I*Z*
S* U* I*
U* I*Z*
S* U* I*
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三．不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算
用标幺值计算时，把各元件参数的有名值归算到同一个电压
等级后，在此基础上选定统一的基准值求各参数元件的标幺
值。常用准确计算法和近似计算法。 （一）准确计算法
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SB 100 I B3 7.95(kA) 3U B3 3 7.26
各元件的电抗标幺值分别求得如下： 100 发电机 X 1* 0.26 0.87 30 100 变压器 T 1 X 2* 0.105 0.33 31.5 100 输电线路 X 3* 0.4 80 0.22 2 121 1102 100 变压器 T 2 X 4* 0.105 0.58 2 15 121
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第三节
无限大功率电源供电的三相短路电流分析
一, 无限大功率电源
电源功率为无限大时，外电路发生短路，电源的 电压和频率（对应于同步机的转速）保持恒定，无 限大电源可以看作是由多个有限功率电源并联而成， 因而其内阻抗为零，电源电压保持恒定．
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停电前后卫星拍到的美国上空照片
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短路电流计算的意义
是电气设备选择的依据 是网络结构规划、设计的依据（广东电网、上海电网环
网运行，短路电流太大，不安全，难以选择断路器）
是电力系统保护配置的依据 是电力系统稳定控制措施制定的依据
第一章
电力系统故障分析的基本知识
故障概述 标幺值 无限大功率电源供电的三相短路电流分析
《电力系统分析》
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第一节
故障概述
一.短路
短路的概念
短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与 地之间的连接。
短路的原因
１．绝缘损坏
产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或 相对地绝缘被损坏。 ２．误操作 运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作。
《电力系统分析》
2013年9月14日星期六
2003年8月14日－美国大停电 •损失负荷：6180万千瓦 •5000万居民失去电力供应 •恢复需几天时间 -8月14日19：30 恢复134万千瓦 - 8月14日23：00 恢复2130万千瓦 - 8月15日11：00 恢复4860万千瓦 •美国切机20多台（含9台核电机组） 美加共计切机百余台 •美经济学家估计：美损失：300亿美元/天 安大略省损失：50亿美元
2013年9月14日星期六
各元件电抗标幺值求得如下： 100 发电机 X 1* 0.26 0.87 变压器 T 1 输电线路 变压器 T 2 电抗器 电缆线路 电源电动势
30 100 X 2* 0.105 0.33 31.5
100 0.24 2 115 100 X 4* 0.105 0.7 15 6 9.2 X 5* 0.05 1.46 0.3 6.3 100 X 6* 0.08 2.5 2 0.504 6. 3 11 E* 1.05 10.5 X 3* 0.4 80
《电力系统分析》
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短路的类型
短路类型 三相短路 符号 示意图 特点 对称 故障 非对称 故障 非对称 故障 非对称 故障
f (3) f (2) f (1) f (1,1)
两相短路
单相接地 短路 两相接地 短路
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短路的危害
１大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）；
原则 适用范围 用实际变比 潮流计算
（二）近似计算法
原则 用平均额定电压比
适用范围
《电力系统分析》
故障分析
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我国电网额定电压的平均额定电压值
平均额定电压值
电网额定电压
3 6 6.3 10 10.5 35 37 110 115
单位：ＫＶ
220 230 330 345 500 525
E 11kV U s (%) 10.5
U s (%) 10.5
（a）接线图
《电力系统分析》
2013年9月14日星期六
解：（１）准确计算法
1 0.87
E* 1.05
2 0.33
3 0.22
4 0.58
5 1.09
6 0.38
（b）准确计算等值电路
选第Ⅱ为基本段，并取ＵＢ２＝１２１ＫＶ，ＳＢ＝１００ＭＶＡ， 则电压电流基准值分别为：
电抗器 电缆线路 电源电势
X 5* 0.05
6 7.95 1.09 0.3 7.26
100 0.38 2 7.26
X 6* 0.08 2.5
11 E* 1.05 10.5
2013年9月14日星期六
《电力系统分析》
（２） 近似计算法
1 E* 1.05 0.87
三相
U B P Z BP I B P S B P U BP I B P U 3Z I U BP BP B P SB P 3 BP I B P