电力系统故障分析的基本知识
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。
电力系统稳态分析7 电力系统故障的基本知识
其中：
Im
Um
(RR)22(LL)2
tg1(LL)
RR
整理课件
（2）三相短路过程中电流分析
uaU msi nt ()
ia=？ f ( 3 )
ubU msi nt (12 )0
ib=？
ucU msi nt (24 )0 ic=？
特征：对于无限大容量电源系统，发生短路过程中，由
于电源端口的电压和频率保持不变，因此，可忽略电源内
最大有效值即为短路整后理课第件一个周期内的电流有效值
将I短t公 路式T 1 冲代tt 击入T T//2 2 电，i2 d 流得tT 1tt T T//2 2(i交 + i直 )2d t=I m / 22 i直 2 I i m 短p 路电I 流m / 最2 大2 i 直 2 ( t 0 .0 1 s )I m /2 2 i i m p I m 2
也是，冲击电流产生 的条件！
短路前空载
由于X>>R，故 k 900 , 得： 00或 1800
意味着：此时电压过零。
整理课件
③ 短路冲击电流发生的时间点：
ia
短路前空载
全电流
t
电压过零点
短路后半个周
整理课件
期：T/2
④ 短路冲击电流的数学描述：
全电流表达式：
iaImsi nt (k)
t
[Imsi n ()Imsi n (k)e ]Ta （ t0）
1）发电机低压母线短路 Kimp 1.9 2）发电厂高压母线后短路 Kimp1.85 3）其他地点短路： Kimp1.80
短路冲击电流的作用：检验设备动稳定性 整理课件
IV 短路电流的最大有效值
ia
短路前空载
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。
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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
电力系统故障分析
电力系统故障分析1 故障基础知识电力系统的故障一般分为简单故障和各种复杂故障。
简单故障是指电力系统正常运行时某一处发生短路或断线故障的情况，其又可分为短路故障（横向故障）和断线故障（纵向故障），而复杂故障则是指两个或两个以上简单故障的组合。
短路故障有4种类型：三相短路（(3)K ）、两相短路（(2)K ）、单相接地短路（(1)K ）和两相短路接地（(1.1)K ）；断线故障分为一相断线和两相断线。
其中发生单相接地短路故障的概率最高，占65%。
在本次设计中，对这六种故障都进行了建模仿真，由于单相接地短路故障发生的几率最高，因此本文将该故障作为典型例子来分析建模仿真过程。
2 单相短路接地故障分析假设系统短路前空载，短路模拟图如图1所示。
图1 单相接地短路当系统中的f 点发生单相（A 相）直接短路接地故障时，其短路点的边界条件为A 相在短路点f 的对地电压为零，B 相和C 相从短路点流出的电流为零，即：00fA fB fC U I I ===将式子（1）转换成各个序分量之间的关系。
对于0fA U =，有如下关系：(1)(2)(0)0fA fA fA fA U U U U =++=根据0fB fC I I ==可以得出：2(1)2(2)(0)11110331110fA fA fA fA fA fA fA I I aa I I aa I I I ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦于是，单相短路接地时，用序分量表示的边界条件为：(1)(2)(0)(1)(2)(0)0fA fA fA fA fA fA fA U U U U I I I ⎧=++=⎪⎨==⎪⎩(1) (2) (3)由边界条件组成复合序网（复合序网是指在短路端口按照用序分量表示的边界条件，将正序、负序和零序三个序网相互连接而成的等值网络）从A 相短路接地的序分量边界条件式（3）可见，它相当于三序序网的端头进行串联，如图2所示图2 单相接地短路复合序网复合序网直观地表达了不对称短路故障的地点和类型，对复合序网进行分析计算，可以解出短路点处的各序电压，电流分量，如下：（1）电流分量序电流分量为 ： 00(1)(2)(0)(1)(2)(0)fA fA fA fA fA U U I I I Z Z Z Z ∑∑∑====++∑ 三相电流为：(1)033/0fA fA fA fB fC I I U Z I I ⎧==∑⎪⎨==⎪⎩（2）电压分量序电压分量为：(1)(1)(1)(2)(0)00(2)(2)0(0)(0)0()/fA fA fA fA fA fA fA fA U U I Z U Z Z Z Z U U ZZ U U Z∑∑∑∑∑⎧⎡⎤=-=+∑⎪⎣⎦⎪⎪=-⎨∑⎪⎪=-⎪∑⎩三相电压为：(4) (5) (6) ()()()()(1)(2)(0)222(1)(2)(0)(2)(2)(1)22(1)(2)(0)(2)(2)(1)11fA fA fA fA fB fA fA fA fA fC fA fA fA fA U U U U U a U aU U a a Z a Z I U aU a U U a a Z a Z I ∑∑∑∑⎧=++=⎪⎪⎡⎤=++=-+-⎨⎣⎦⎪⎡⎤⎪=++=-+-⎣⎦⎩(7)。
电力系统的基本概念与故障分析计算
电力系统的基本概念与故障分析计算电力系统是指由电力设备、电力线路、变电站等构成的一个完整的能够供电的系统。
在电力系统的正常运行中，可能会遇到一些故障，例如线路短路、设备损坏等。
故障对电力系统造成不利影响，甚至会对周围的环境和设备造成危害。
本篇文档将从基本概念和故障分析计算两个方面对电力系统进行详细介绍。
一、基本概念1. 电压、电流和电功率电压是指电场的强度，即电势差。
电流是指在电路中由于电势差而产生的电子流动。
电功率是指电能转化为其他形式能量时的速率。
2. 相、线和相序电力系统中涉及到的电压和电流可以表示为相或者线。
相是指交流电中相位相同的电压或电流，而线是指相位差120度的电压或电流。
相序是指电压或电流在有序周期性变化中的顺序。
3. 三相电源和三相负载电力系统中常用的是三相电源和三相负载。
三相电源是指三个相位交替生成的电源。
三相负载是指三个相位各自接受电源供电，并提供相应的电动力。
4. 电路拓扑电力系统中的电路可通过图形表示，这就是电路拓扑。
通过拓扑图能够清晰地理解电力系统的电路结构，更好地进行故障分析和计算。
二、故障分析计算1. 线路短路线路短路是电力系统中最常见的故障之一。
短路通常是由于电线分离或电器故障造成的，在故障发生时，电流会变得很大，这可能会导致设备损坏或起火。
短路的计算方法通常涉及到电流计算和电路阻抗的计算。
2. 过电压过电压是指电压突然升高或降低，可能是因为设备损坏或电源开关过程中反冲电压引起的。
过电压可能会导致设备损坏或短路。
3. 电力系统稳定性电力系统稳定性是指电网正常运行的能力。
当电力系统发生故障时，系统可能会失去稳定性，导致断电或更严重的事故。
电力系统的稳定性计算需要考虑各种电路和负载情况，并根据计算结果调整电压和频率。
总之，电力系统是一个重要的能源供给系统，在正常运行中需要注意安全和可靠性。
在故障分析和计算中，需要遵循严格的规范和标准，确保对电力系统的分析结果准确有效。
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§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。
)单相等值电路：短路前：sin()a m u U t ωα=+,)sin(00ϕαω-+=t I i m a 式中2220)()(L L R R U I mm '++'+=ω；)()(0R R L L arctg'+'+=ωϕt ＝0s 时短路 短路后右半部：零输入响应，'100sin()a tT a m i I e αϕ-=-，'''aL T R=逐渐衰减至零。
左半部：零状态响应+零输入响应。
00sin()sin()sin() tTaa m m pa aam i I t I I ei i ωαϕαϕαϕ-⎡⎤=+-+---=+⎣⎦,a L T R=式中m I =；L arctg Rωϕ=：交流分量、强制分量、周期分量；：直流分量、非强制分量、非周期分量。
00sin(120)sin(120)sin(120) tTab m m m i I t I I eοοοωαϕαϕαϕ-⎡⎤=+--+-----⎣⎦00sin(120)sin(120)sin(120) tTac m m m i I t I I eοοοωαϕαϕαϕ-⎡⎤=++-++--+-⎣⎦几个结论：1) 直流分量曲线是短路电流曲线的对称轴（可用于求直流分量）；2) 直流分量起始值越大，短路电流瞬时值越大；（与两个因素有关）3) 三相电流中总有一相最大，一相最小； 4) 短路前为空载，90οαϕ-=，a 相电流直流分量起始值达到最大值（稳态短路短路的幅值）。
负载下突然短路，初始状态的相量图空载下突然短路：3 几个概念(1) 短路冲击电流短路冲击电流：在最恶劣短路情况下的短路电流的最大瞬时值。
一般情况下：x>>R，︒ϕ。
所以最恶劣的情况≈90为：00,α=0o（或180o），即空载运行，电压过零瞬间，则有aT t m m a eI t I i -+-=ωcos冲击电流出现在短路发生后1/2周期（50, 0.01s ）则有0.010.01(1)aaT T M m m m M m i I I e eI k I --=+=+=冲击系数：aT M e k 01.01-+=，冲击电流对周期电流幅值的倍数（1<<2）关于：1) 对纯电阻电路，0 这时1 2）对纯感性电路，∞ 这时2 3）对实际电网， x >>R ，比较接近纯感性电路，当短路发生在发动机机端时，1.9 当短路发生在发电厂高压母线时，1.85 当短路发生在一般线路时，1.84）要准确计算，应首先计算出短路点的等效电阻和等 效电抗，求出的准确值，然后带入aT M ek 01.01-+=计算。
●冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体在短路电流下的受力是否超过容许值，即其动稳定度。
(2) 最大有效值电流t 时刻短路电流有效值(设该时刻前后一个周期内非周期分量近似不变的电流)：t I ===最大有效值电流：短路后半个周期时,2222)01.0(2)1(212)()2(}2(-+=-+=+==M m m M m s t m M k I I i I i I I α1.9时， 1.62M I =；1.85时， 1.56M I =； 1.8时， 1.52M I =。
●用于热稳定校验。
(4) 短路功率(短路容量)短路功率等于短路电流有效值与短路处正常工作电压（常取平均额定电压）的乘积。
t 时刻的短路功率为：t av t S I =；标么值：**t t S I ==常取短路周期分量的有效值。
(把短率功率定义为短路电流和平均电压的乘积，这是因为断路器要切断这样大的短路电流；另一方面，在断路器断流时，其动，静触头应该承受工作电压的作用。
在实际中，用周期分量电流计算短路功率。
)●短路功率主要校验断路器的切断能力。
例：在如图所示的网络中，当线路末端发生三相短路接地故障时，试求短路电流周期分量有效值、冲击电流(有名值)及短路功率。
(取冲击系数为1.8) 解：取＝100，0%10.5200.021*********k TN T u S X S =⨯=⨯=，1221000.38200.55537B l av S X x l u =⨯⨯=⨯⨯= 0.0210.5550.576T l X X X ∑=+=+=*11 1.7360.576m I X ∑===， 1.56kA B I === 短路电流周期分量有效值：* 1.736 1.56 2.71kA m m B I I I =⨯=⨯=短路冲击电流： 1.8 2.71 6.895kA M m m I I ==⨯= 短路功率：** 1.736100173.6MVA t t B m B S S S I S =⨯=⨯=⨯=考核要求1. 了解电力系统故障的基本概念2. 理解三相短路的暂态过程3. 掌握短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算()例题：一、简答题1. 无限大容量电源的含义是什么?(无限大容量电源的含义是指容量相对较大，内阻抗相对较小和端电压恒定的等值电源或等值系统。
)2. 如何计算转移电抗？(转移电抗按各相应的等值发电机的容量进行归算，S以得到对应于各发电机容量的计算电抗，即 ),2,1(n i =)3. .无穷大系统三相短路电流中都包含哪些分量？各有什么特点？(暂态分量和稳态分量。
)二、计算题1.如图110等效系统1.73、E ″=1(标幺值)，求起始次暂态电流及冲击电流有名值(取冲击系数为1.8，100，)1.起始次暂态电流标幺值为起始次暂态电流有名值为I ″*″0.578×0.502=0.29 冲击电流有名值为1.8I ″=1.8×0.29=0.5222.在如图所示的网络中，当线路末端发生三相短路接地故障时，试求短路电流周期分量有效值、冲击电流(有名值)及短路功率。
(取冲击系数为1.8)''10.5781.73E I X *''===0.502.n I kA ===取S 0＝100，U 00%10.5200.021*********k TN T u S X S =⨯=⨯=，00221000.38200.55537l av S X x l u =⨯⨯=⨯⨯= 0.0210.5550.576T l X X X ∑=+=+=*11 1.7360.576I X ∑===，0 1.56kA I === 短路电流周期分量有效值：*0 1.736 1.56 2.71kA I I I =⨯=⨯=短路冲击电流： 1.8 2.71 6.895kA M m I I ==⨯= 短路功率：*0*0 1.736100173.6MVA k S S S I S =⨯=⨯=⨯=。