第章-电力系统故障分析与计算课件 (一)
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电力系统故障分析(
4
一、短路的类型
短路类型
对称 三相 短路 短路
单相 接地 短路
不对称 两相 短路 短路
两相 接地 短路
示意图
符号 发生概率 备注
f（3）
5% 最严重
f（1） 65%
--
f（2） 10%
--
f（1,1） 20%
-5
二、短路的原因
元件的损坏：如绝缘材料的自然、设计、安装及维护不良 带来的设备缺陷发展成短路等。
其中，特解代表短路的强制分量，即周期分量
ip a U Z m sin ( t ) Im sin ( t )
Ｚ是Ｒ+jωL的模值；
φ是短路电流和电源电势之间的相角，即电路的阻抗角
Im是稳态短路电流的幅值
15
短路暂态分析
一般解代表自由分量，即非周期分量。与外ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源 无关，是按指数规律衰减的直流。
7
四、短路危害的限制措施
合理地配置继电保护并整定其参数，能迅速动作 将短路部分与系统其它部分隔离。
装设限流电抗器，在母线上装设母线电抗器，限 制短路电流。
选择适当的主接线形式和运行方式。如变压器低 压侧分裂运行，增大系统阻抗，减少短路电流。
采用防雷设施，降低过电压水平。
8
五、短路计算的目的
t
i a Ce Ta
其中
Ta
L R
（特征根方程根的倒数）
根据楞次定律，电感电流不畸变，(0)短路前瞬
Im (0 )s in ((0 )) Im s in () C
C i a 0 I m ( 0 )s i n ( ( 0 ) ) I m s i n ( )
一、短路的类型
短路类型
对称 三相 短路 短路
单相 接地 短路
不对称 两相 短路 短路
两相 接地 短路
示意图
符号 发生概率 备注
f（3）
5% 最严重
f（1） 65%
--
f（2） 10%
--
f（1,1） 20%
-5
二、短路的原因
元件的损坏：如绝缘材料的自然、设计、安装及维护不良 带来的设备缺陷发展成短路等。
其中，特解代表短路的强制分量，即周期分量
ip a U Z m sin ( t ) Im sin ( t )
Ｚ是Ｒ+jωL的模值；
φ是短路电流和电源电势之间的相角，即电路的阻抗角
Im是稳态短路电流的幅值
15
短路暂态分析
一般解代表自由分量，即非周期分量。与外ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源 无关，是按指数规律衰减的直流。
7
四、短路危害的限制措施
合理地配置继电保护并整定其参数，能迅速动作 将短路部分与系统其它部分隔离。
装设限流电抗器，在母线上装设母线电抗器，限 制短路电流。
选择适当的主接线形式和运行方式。如变压器低 压侧分裂运行，增大系统阻抗，减少短路电流。
采用防雷设施，降低过电压水平。
8
五、短路计算的目的
t
i a Ce Ta
其中
Ta
L R
（特征根方程根的倒数）
根据楞次定律，电感电流不畸变，(0)短路前瞬
Im (0 )s in ((0 )) Im s in () C
C i a 0 I m ( 0 )s i n ( ( 0 ) ) I m s i n ( )
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。
第二章输电线路故障分析(1)
t Ta
ic I m sin(t 120 ) I m 0 sin( 0 120 ) I m sin( 120 ) e
o 0 0
t Ta
2、讨论
iaa0
ia
iaa
ipa
t
ipa0
1、由上图及公式可见。短路至稳态时，三相中 的稳态短路电流为三个幅值相等、相角相差1200 的交流电流，其幅值大小取决于电源电压幅值和 短路回路的总阻抗。从短路发生至稳态之间的暂 态过程中，每相电流还包含有逐渐衰减的直流电 流，它们出现的物理原因是电感中电流在突然短 路瞬时的前后不能突变。很明显，三相的直流电 流是不相等的。
2、三相短路电流波形
由于有了直流分量，短路电流曲线便不与时间轴对称，
而直流分量曲线本身就是短路电流曲线的对称轴。 因此，当已知短路电流曲线时，可以应用这个性质把 直流分量从短路电流曲线中分离出来，即将短路电流 曲线的两根包络线间的垂直线等分。
3、直流分量起始值越大，短路电流瞬时值越大。 4、三相中直流电流起始值不可能同时最大或同 时为零。
由于三相电路对称，只要用（α+120º ）和 （α-120º ）代替式中的α就可分别得到b相 和c相的电流表达式
ia I m sin(t ) I m 0 sin( 0 ) I m sin( ) e
t Ta
ib I m sin(t 120o ) I m 0 sin( 0 1200 ) I m sin( 1200 ) e
由于使用快速保护和高速断路器后，工程计算在 多数情况下，只要求计算短路电流基频交流分量 的初始值，即次暂态电流。 只要把系统所有的元件都用其次暂态参数代表， 次暂态电流的计算就同稳态电流的计算一样了。 系统中所有静止元件的次暂态参数都与其稳态参 数相同，而旋转电机的次暂态参数则不同于其稳 态参数。 若需要计算短路后任意时刻的周期电流值，则往 往是利用运算曲线法。
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1章 电力 系统故障分析的 基本知识
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：
电力系统分析第一章课件
电力系统分析
目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法。 本课程涉及的主要学科知识：
高等数学、电路理论，电机学理论，基础物理，控制理论等。
参考书：
1、何仰赞等.电力系统分析（上/下），华中科技大学出版社 2、夏道止.电力系统分析，中国电力出版社 3、韩祯祥主编. 电力系统分析，浙江大学出版社 4、陈珩.电力系统稳态分析，水利电力出版社 5、李光琦.电力系统暂态分析，水利电力出版 6、单渊达主编.电能系统基础，机械工业出版社
电力系统元件模型及参数计算 电力网的电压和功率分布 电力系统的电压和频率调整
故障分析
电力系统的三相短路故障 电力系统的不对称故障
稳定性分析
电力系统的机电特性 电力系统的暂态稳定、静态稳定
1.2 电力系统的负荷和负荷曲线
一、电力系统的负荷：
负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 也称电力系统的综合用电负荷，是所有用户的负荷总加。 电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。
8
亿
千
瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。
1.1 电力系统概述
沂水站
日照 莒州站
N
W
E
S
云蒙站
阳都站
500kV 枣庄站
温水站
费县电厂
钟罗站 临沂站
沂蒙站
柳青站 临沂电厂
相公站
九莲站
宝泉站
梅埠站
苍山站
沈泉站 江泉热电 常林站
500kV 日照站
日照电厂
十里泉电厂
郯城站
临沂电网地理接线图
电力系统分析
第一章 电力系统的基本概念
第一章 电力系统的基本概念
1.1 电力系统概述 1.2 电力系统的负荷和负荷曲线 1.3 电力系统的接线和额定电压等级 1.4 电力线路的结构 1.5 电力系统元件的参数和等值电路 1.6 标幺值
目的：掌握电力系统分析计算的原理和方法。 本课程涉及的主要学科知识：
高等数学、电路理论，电机学理论，基础物理，控制理论等。
参考书：
1、何仰赞等.电力系统分析（上/下），华中科技大学出版社 2、夏道止.电力系统分析，中国电力出版社 3、韩祯祥主编. 电力系统分析，浙江大学出版社 4、陈珩.电力系统稳态分析，水利电力出版社 5、李光琦.电力系统暂态分析，水利电力出版 6、单渊达主编.电能系统基础，机械工业出版社
电力系统元件模型及参数计算 电力网的电压和功率分布 电力系统的电压和频率调整
故障分析
电力系统的三相短路故障 电力系统的不对称故障
稳定性分析
电力系统的机电特性 电力系统的暂态稳定、静态稳定
1.2 电力系统的负荷和负荷曲线
一、电力系统的负荷：
负荷：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 也称电力系统的综合用电负荷，是所有用户的负荷总加。 电力系统的供电负荷：综合用电负荷加上电力网的功率损耗。
8
亿
千
瓦，在十几年的时间就增长到10亿千瓦，增长了4.6倍。
1.1 电力系统概述
沂水站
日照 莒州站
N
W
E
S
云蒙站
阳都站
500kV 枣庄站
温水站
费县电厂
钟罗站 临沂站
沂蒙站
柳青站 临沂电厂
相公站
九莲站
宝泉站
梅埠站
苍山站
沈泉站 江泉热电 常林站
500kV 日照站
日照电厂
十里泉电厂
郯城站
临沂电网地理接线图
电力系统分析
第一章 电力系统的基本概念
第一章 电力系统的基本概念
1.1 电力系统概述 1.2 电力系统的负荷和负荷曲线 1.3 电力系统的接线和额定电压等级 1.4 电力线路的结构 1.5 电力系统元件的参数和等值电路 1.6 标幺值
电力系统故障分析
iM KM I M 1.8 2I K 2.55I K
短路功率
短路电流周期分量有效值的计算
无限大电源的端电压恒定，通常可取短路点所在的那 段网络的平均额定电压为基准电压UB，则有
XT*=UK%SB/100SN XL*=XSB/Uav2 XR*=X%URNIB/UBIRN
习题
5-1.何为无限大功率电源，其特点时什么？
单相接地短路计算
利用短路计算的三个基本方程和跟据边界条件以及对 称变量法列出的补充方程来进行求解 U U U U 0
a a1 a2 a0
I 0, I I I 1 I I b c a1 a2 a0 a 3
等值法（主要用于电源少的简单网络）
1. 计算故障前正常运行潮流分布，求得各电机的端电压 和定子电流及短路点的正常工作电压和工作电流，计 算电机次暂态电动势 利用在短路发生瞬间的次暂态电动势和短路发生前瞬 间的电动势相等这一原则，以短路点为中心，用次暂 态等值电路求起始次暂态电流
2.
叠加原理法（用于多电源复杂网络）
短路点电压为0，可看着串联两个大小相等方向相反的 电压分量，数值上等于故障前该点正常电压
将正常和故障 两电路叠加：
应用运算曲线求任意时刻的短路电流周期分量
发生突然三相短路的暂态过程中，短路电流随时间急 剧变化，很难准确计算。可根据不同的实际机组绘制 相应的运算曲线。 然后通过计算得到发电机至短路点的总电抗值，查运 算曲线即可得到特定时刻的短路电流周期分量。
第三节 电力系统三相短路的实用计算
由《电机学》知当突然发生三相短路时， 会引起强烈去磁反应而使发电机端电动势 大为降低，电源电动势的相位角也会改变。 因此，当在发电机端点附近发生短路或者 电源容量有限时，电源电动势将发生变化， 不能用上节方法计算。 短路引起的电源电动势变化非常复杂，工 程计算中常采用等值法、叠加法、运算曲 线法等实用方法进行计算
电力系统暂态分析：第一章 电力系统故障分析(1)
（4）破坏系统的稳定，引起大片地区停电；
1.1 基本概念
（5）不对称接地短路，引起不平衡电流产生不平衡磁通， 引起电磁干扰，造成通讯中断；
（6）过大的短路电流使得断路器难以熄弧，以对电网的安 全稳定运行带来重大隐患。
➢ 短路电流计算是电力技术方面的基本问题之一。选择合理的 电气结线、选配电气设备和断路器、整定继电保护定值以及 选择限制短路电流措施等，都必须以短路电流计算结果为依 据。
1.1 基本概念
➢ 短路的基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两 相短路接地；
➢ 短路的危害： （1）短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电气 设备，短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起 导体或其绝缘的损坏； （2）短路电流产生强大的电动力冲击，致使导体变形，甚至 损坏；
（3）短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处 的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏；
于绕组电感与电流的乘积， n Li
➢ 电感正比于磁通，磁通反比于磁阻，磁阻正比于气隙宽度；
➢ 气隙宽度小，磁阻小，电感系数大； 气隙宽度大，磁阻大 ，电感系数小。
➢ 随着发电机转子的旋转，定子绕组的磁路在不断发生变化， 磁阻也不断变化，使得定子绕组的自感与互感均随转子而周 期性变化，这给磁链计算带来了困难。
iQ 产生的沿 a轴的磁通为： aQ nQiQ Pq sin
dQ
q qQ FqQ aQ
Q
iQ 产生的 a 相绕组磁链为：
aQ M aQiQ naQ nnQiQ Pq cos
1.2.1 abc电压方程和磁链方程
故阻尼Q绕组与定子 a 绕组间的互感为： M aQ nnQPq cos mQ cos
分量为：
1.1 基本概念
（5）不对称接地短路，引起不平衡电流产生不平衡磁通， 引起电磁干扰，造成通讯中断；
（6）过大的短路电流使得断路器难以熄弧，以对电网的安 全稳定运行带来重大隐患。
➢ 短路电流计算是电力技术方面的基本问题之一。选择合理的 电气结线、选配电气设备和断路器、整定继电保护定值以及 选择限制短路电流措施等，都必须以短路电流计算结果为依 据。
1.1 基本概念
➢ 短路的基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两 相短路接地；
➢ 短路的危害： （1）短路电流值大大增加，短路点的电弧有可能烧坏电气 设备，短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起 导体或其绝缘的损坏； （2）短路电流产生强大的电动力冲击，致使导体变形，甚至 损坏；
（3）短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处 的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏；
于绕组电感与电流的乘积， n Li
➢ 电感正比于磁通，磁通反比于磁阻，磁阻正比于气隙宽度；
➢ 气隙宽度小，磁阻小，电感系数大； 气隙宽度大，磁阻大 ，电感系数小。
➢ 随着发电机转子的旋转，定子绕组的磁路在不断发生变化， 磁阻也不断变化，使得定子绕组的自感与互感均随转子而周 期性变化，这给磁链计算带来了困难。
iQ 产生的沿 a轴的磁通为： aQ nQiQ Pq sin
dQ
q qQ FqQ aQ
Q
iQ 产生的 a 相绕组磁链为：
aQ M aQiQ naQ nnQiQ Pq cos
1.2.1 abc电压方程和磁链方程
故阻尼Q绕组与定子 a 绕组间的互感为： M aQ nnQPq cos mQ cos
分量为：
电力系统暂态分析：第一章电力系统故障分析(3-1)
例.简单电力系统如下图所示：
G
①
T 1
～
93.8MVA 2 31.5MVA
10.5k V
10.5 / 121kV
x"d
0.12
Uk L 1
10.5%
25.5 j15.8MVA
l 1
T 2 ② C
l 2 20km
～
60km T 3
③
20MVA
5MVA
2 16MVA 110 / 6.3kV 6.3kV
0.0194
j0.398
j0.328
E3"
④
D
j1.058
I
" D
1.4.1 三相短路起始短路电流的计算
发电机与调相机供出的电流：
E "
" 6
1.1219.63
1.544 78.84
I6 Z17 Z6 0.0194 j0.398 j0.328
负荷L－2供出的电流：
)
et
Ta
sin( t 0
)
d、q轴直流分量与abc坐标的交流分量对应，当t=0时，d、q
电流的直流分量为： id E"q( 0 ) x"d
iq E"d( 0 ) x"q
1.4.1 三相短路起始短路电流的计算
表示为相量形式，考虑 x"d x"q有：
id Eq"( 0 ) jx"d
假定, x"d x"q、r 0 ,且将方程写成相量的形式：
Ed"
U d
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第章-电力系统故障分析与计算课件 (一)
近年来，随着社会的发展和电力工业的普及，电力系统故障分析与计
算逐渐成为电力工程师必须掌握的重要技能。
而电力系统故障分析与
计算课件作为电力工程师必备的教学资料，其重要性也不言而喻。
首先，该课件对于传授专业知识和技能方面具有重要意义。
该课件着
重强调电力系统故障的原因、分析和解决方法，例如故障电流计算、
合并电阻计算、平衡重合不重合故障及其计算、距离保护中的故障计
算等内容，帮助学生深入了解电力系统故障的本质和处理方法，掌握
处理故障的基本技能。
其次，该课件对于提高学生的实践能力具有重要意义。
该课件涵盖了
大量的实例分析和计算，靠近实际建构实战，有着很好的应用性，学
生可以通过实际操作和计算来增强自己处理电力系统故障的能力，更
好地解决实际问题，并为今后工作打下坚实的基础。
第三，该课件对于培养学生创新能力具有重要意义。
当电力系统出现
故障时，故障处理的方法和方案都需要根据实际情况进行调整和变化，因此，学生必须具备较高的创新和应变能力。
该课件通过实例和案例
分析，帮助学生掌握不同情况下的应对策略，培养学生的应变能力和
创新思维，具有非常重要的意义。
综上所述，电力系统故障分析与计算课件对于电力工程师的专业素质
提升、实践能力提高和创新能力培养具有重要的促进作用，因此，我
们应该尽可能多地学习和掌握这些知识和技能，将其发扬光大，为推
动电力工业发展做出自己的贡献。