电力系统故障分析(ppt 67张)
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电力系统故障分析基本知识ppt课件
电源距短路点的电气距离较远时，由短路而 引起的电源送出功率的变化 S远小于电源的 容量 S，这时可设S ，则该电源为无限大 容量电源。 电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中 保持不变
概念
重要 特性
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
二、暂态过程分析 |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（period）、ω：频率为ω的分量; α ：非周期分量; m ：模值（mode）; M ：最大值 （maximum）; ∞ ：稳态值 （t→∞）;
平均额定电压值
UN
Uav
6
6.3
10
10.5
35
37
110
115
220
230
500
550
1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中
元件参数标幺值的计算
例子（P9，例1-2）
I
~
II
III
10.5/121
110/6.6
1.2标幺制—频率、角速度和时间的基准值
f、ω、t的基准值 fB=fN=50Hz (f*=1) ωB=2ωfB=100π 特点：当f=fN=50Hz时，可有 x*=L* ψ*=I*x* E*=ψ* sinωt=sint*
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
简单故障 （单重故障）
对称故障：三相短路f（3）
电力系统故障
不对称故障
单相短路f（1） 两相短路f（2） 两相接地短路f（1，1） 单相断线O（1） 两相断线O（2）
复杂故障（单重故障）
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
概念
重要 特性
1.3无限大功率电源供电的三相短路分析
二、暂态过程分析 |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（period）、ω：频率为ω的分量; α ：非周期分量; m ：模值（mode）; M ：最大值 （maximum）; ∞ ：稳态值 （t→∞）;
平均额定电压值
UN
Uav
6
6.3
10
10.5
35
37
110
115
220
230
500
550
1.2标幺制—变压器联系的不同电压等级电网中
元件参数标幺值的计算
例子（P9，例1-2）
I
~
II
III
10.5/121
110/6.6
1.2标幺制—频率、角速度和时间的基准值
f、ω、t的基准值 fB=fN=50Hz (f*=1) ωB=2ωfB=100π 特点：当f=fN=50Hz时，可有 x*=L* ψ*=I*x* E*=ψ* sinωt=sint*
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
简单故障 （单重故障）
对称故障：三相短路f（3）
电力系统故障
不对称故障
单相短路f（1） 两相短路f（2） 两相接地短路f（1，1） 单相断线O（1） 两相断线O（2）
复杂故障（单重故障）
1.1 故障概述—故障类型
故障类型：
电力系统故障分析PPT资料62页
停电后的曼哈顿
2019年8月28号伦敦大停电
下午6点，下班高峰，持续两个多小时
地铁停运
25万人被困地铁站
近年的电力系统停电事故
������ 2019年9.23瑞典丹麦大停电 ������ 2019年9.28意大利全国大停电 ������ 2019年中国21个省拉闸限电 ������ 2019年7月12日雅典奥运开幕前一月大停电 ������ 2019年8月18日印尼大停电，1亿多人受灾 ������ 2019年5月25日莫斯科大停电
杂志评为十大开拓性新兴科技领域之一
• ������ 进展：老学科——科技热点和前沿 • ������ 人才需求：“新能源利用、智能电网”重大需求，
电力企业人才需求量上升。
第2节 如何使故障计算更简明？（标幺值）
标幺值 （相对值）
有名值（有单位的物理量） 基准值（与有名值同单位的物理量）
电力系统计算时，注意基准值要求统一！！！
三、短路对电力系统的危害 1、短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害 在发生短路时，由于短路对电力系统的正常运行和电气设
备有很大的危害。在发生短路时，由于电源供电问路的阻抗 减小以及突然短路时的暂态过程，使短路时线路中的短路电 流值大大增加，可能超过该电路的额定电流许多倍。短路点 距发电机的电气距离愈近(即阻抗愈小)，短路电流愈大，例 如么发电机端发生短路时，流过发电机定子回路的短路电流 最大瞬时值可达发电机额定电流的10—15倍。在大容量的 系统中短路电流可达几万甚至几十万安培。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导体时，其热效 应会引起导体或其绝缘的损坏。另一方面，导体也受到很大 电动力的冲击，致使导体变形甚至损坏。因此，各种电气设 备应有足够的热稳定度和机械稳定度(或称动稳定度)，使电 气设备在通过最大可能的短路电流时不致损坏。
电力系统故障分析(ppt)
.
.
.
EaIa1(zG1zL1)Ua1
对负序网络：
.
.
.
.
.
Ia 2 (z G 2 z L 2 ) (Ia 2 Ib 2 Ic 2 )zN U a 2
.
.
Ia2(zG2zL2)Ua2
对零序网络：
.ห้องสมุดไป่ตู้
.
.
.
.
Ia 0 (z G 0 zL 0 ) (Ia 0 Ib 0 Ic 0 )zN U a 0
（a）
- E&a+ ZG1 -a2E&a+ ZG1 -aE&a+ ZG1
ZN
ZL1
ZL1
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+
a
2U&
-
a1
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(d)
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ZN
ZL
ZL
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I&a I&b I&c
U&
+ a-
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.
.
.
Fa0 Fb0 Fc0
a e j120 1 j 3 22
a 2 e j240 1 j 3 22
1 a a 2 0,a 3 1
.
.
.
.
Fa Fa1Fa2Fa0
.
.
.
.
.
电力系统三相短路故障分析PPT课件
例6-4
• 电力系统接线图如图6-11所示，其中G为发电 机，M为电动机，负载(6)为由各种电动机组合 而成的综合负荷，设在电动机附近发生三相短 路故障，试画出下列电力系统三相短路故障分 析时的等值网络图。
第29页/共67页
例6-4
第30页/共67页
6.3.2.起始次暂态电流的计算
• 得到等值电路后，起始次暂态电流
• 三相短路功率主要是用来校验断路器的切断能力，要求短路时， 断路器一方面能切断这么大的短路电流，另一方面断路器断开 时其触头还要能经受工作电压的作用。
表达式： Skt 3U N It
用标幺值表示为：Skt*
3U N It 3U B I B
It*
I*
在有名值计算中： Skt 3UN I I*SB
第27页/共67页
表6-3 短路分析时元件的近似模型
元件
发电机 （调相机）
负荷
负荷 模型
与稳态模 型相同， 近似计算 时可忽略 电阻。
计算公式
E(0 ) U 0 jI0 X
RL
U（20-）， PL
第X2L8页/U共Q（260L7-）页
EM (0 ) U 0 jI0 X M
若只计电抗，则：
只求其数值
Ik E jX Uk(0) jX
第32页/共67页
Ik E X Uk(0) X
例6-5
• 化简图6-12所示的电力系统等值电路，并求出起始次暂态电流。
第33页/共67页
例6-5
求出起始次暂态电流的标幺值
I1*
E* X13* X12*
1.018 0.5571.43
工作遭到破坏。 4. 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振
第四章电力系统故障分析
方程式的特解，它代表短路电流的周期分量；第二步是上式方程式对应的
齐次方程
Ri L di 0 dt
的一般解，它代表短路电流的自由分量。 短路电流的强制分量与外加电源电势有相同的变化规律，也是恒幅值
的正弦交流，习惯上称为周期分量，并记为iact ，它用下式表示：
iac tIacstm in t()
（1）忽略磁路的饱和与磁滞现象，认为系统 中的各元件参数为恒定。 （2）忽略各元件的电阻。 （3）忽略短路点的过渡电阻。 （4）除不对称故障处出现局部不对称外，实 际的电力系统通常可以当做三相对称的。
4.2无限大电源三相对称短路的基本分析
了解短路电流的变化规律 掌握描述短路电流的三个基本概念
起始次暂态电流I” 冲击电流ip (iim) 短路电流最大有效值Iim 短路容量St
式中，p
R 是特征方程R L
pL
0的根；T
1 p
L 是决定自由分 R
量衰减快慢的时间常数；C是积分常数，由初始条件决定，它即是非
周期电流的起始值idc0。
4.2三相对称短路的基本分析
这样，短路的全电流可以表示为： i s c i a t i c d tc I a t s ct t i m n ) C ( x ( t / T e p )
（1）选择电气设备和截流导体，必须用短路电流 校验其热稳定性和机械强度。
（2）选择和整定继电保护装置，使之能正确地切 除短路故障。
（3）确定限流措施，当短路电流过大造成设备选 择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施。
（4）确定合理的主结线方案和主要运行方式等；
4.1短路的概念及原因
6.进行短路计算的基本假设 通常采取以下基本假设：
根据电路的开闭定律，电感中的电流不能突变，短路前瞬间（以下表 [0]表示）的电流 i [ 0 ] 应等于短路发生后瞬间（以下表0表示）的电流 i 0 。 将t=0分别代入短路前和短路后的电流算式，应得：
电力系统故障分析相关知识概述PPT(76张)
aqa
Fqa
iad产a生n的ai沿cod轴sPd和， q轴的qa磁n通ai为c：os2 ()Pq
则ia产生磁通为： a a da a q n a a c i2 o P d s n a c i2 ( o 2
1.2.1 abc电压方程和磁链方程
由此可得 ia 产生的 a相绕组磁链为： a L a i a n a n [ n a c i2 o P d s n a c i2 ( o 2 s ) P q ] n 2[c2o P ds co 2(2 s)P q]ia 故 a相绕组的自感为：
L an 2[c2o P ds c2 o ( 2 s )P q]
定子回路
ua
ri a
ea
ri a
d a dt
ub
rib
eb
rib
d b dt
uc
ric
ec
ric
d c dt
转子回路
uf
rf if
ef
rf if
d f
dt
0
rD iD
eD
rD iD
d D
dt
0
rQ iQ
eQ
rQ iQ
d Q
dt
1.2.1 abc电压方程和磁链方程
3. 磁琏方程
a
b
c
f
D
Q
La Mab Mac Maf MaD MaQ
Mab Mac Maf MaD Lb Mbc Mbf MbD Mbc Lc Mcf McD Mbf Mcf Lf MfD MbD McD MfD LD MbQ McQ 0 0
第1章 电力系统故障分析的基本知识ppt课件
停电前后卫星拍到的美国上空照片
停电后的曼哈顿
16
美国电网的运行风险！
17
2003年8月28号伦敦大停电
下午6点，下班高峰，持续两个多小时
地铁停运
25万人被困地铁站
18
近年的电力系统停电事故
2003年9.23瑞典丹麦大停电
2003年9.28意大利全国大停电 2003年中国21个省拉闸限电
3
电阻、电抗、电导、输入阻抗、转移阻抗、 变压器变比、时间常数、放大倍数
直接影响
系统元件 参数
功率、电压、电流、频率、电动势的角位移
定量确定
系统运行 参量
电力系统的运行状态 稳态运行 暂态运行
4
稳态和暂态
5
暂态过程的分类
• 机电暂态过程：转动元件（发电机和电动 机），主要是由于机械转矩和电磁转矩之 间的不平衡引起的。 • 重点：电力系统受到各种扰动后的机电暂 态过程——稳定分析 • 电磁暂态过程：非转动元件（变压器和输 电线），并不涉及角位移、角速度等机械 量。 • 重点：交流电力系统中发生短路故障后的 电磁暂态过程。——故障分析
第1章 电力系统故障分析的基 本知识
第一章 电力系统故障分析的基本知识
• 第1节 什么是电力系统故障？（故障概述）
• 第2节 如何使故障计算更简明？（标幺值） • 第3节 最简单的故障分析是什么？ ——（无限大功率电源供电的三相短路分析）
2
暂态的概念
• 电力系统：发电机、变压器、输电线路、用电设 备（负荷）。分为：电力元件和控制元件。
工作条件下发生污闪；
（2）载流部分的绝缘材料在运行中损坏；
（3）鸟兽跨接在导线上或者杆塔倒塌发生短路；
（4）操作违规。
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& I a1 & I b1 & I c1
& E a
& I a
ZN
& 0 U a
（a）
& U b
& U c
ZN
+ + + & U a1 & - aU &- a 2U a1 a1
(d)
Z - + G & a2 E ZG a - + & aE ZG - a+ ZN
& E a
ZL ZL ZL
& I a & I b & I c
3. 故障类型：
常见的对电力系统危害比较严重的有：短路、断 相以及各种复杂故障等。短路故障是电力系统中 危害最严重的故障。 短路的概念：指电力系统正常运行情况以外的一 切相与相之间或相与地之间的“短接”。 产生的原因：各种形式的过电压、绝缘材料的自 然老化、脏污、直接机械损伤等；运行人员带负 荷拉刀闸或线路检修后未拆除地线就加电压等误 操作；鸟兽跨接在裸露的载流部分以及自然灾害 等 。
系统的频率和电压都是稳定的。当系统受到某种扰
动时，上述功率平衡被打破，系统的运动状态也随
之发生了变化。由于系统中包含有惯性元件，运动
状态的变化不可能瞬时完成，而必须经历一个过渡
状态，这种过渡状态就称为暂态。
2. 什么是电磁暂态？
在暂态过程刚开始的一段时间内，系统
中的发电机以及其它转动机械的转速由于惯 性作用还来不及变化，暂态过程主要的决定 于各元件的电磁参数，这一阶段称为电磁暂 态。
.
.
.
.
.
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.
.
.
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.
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F a0 F a1 F a2
. .
.
二、对称分量法在不对称故障计算中的应用
& E a - +
ZG ZG ZG
ZL ZL ZL
I&b 0 I&c 0
-
& a2E a & aE a
+ +
Z Z L1 - + G1 & Z a2 E Z L1 a - + G1 & aE Z Z L1 a - + G1
电力系统故障分析
丛伟
个人简介
工学博士，副教授，硕士研究生导师 山东大学电气工程学院 继电保护研究所副所长 1996年考入山东工业大学，2005年12月博士毕业留校 2009年开始独立招收研究生，研究方向为电力系统继电 保护 承担国家级课题2项，省级课题2项，国家电网公司重大 科技项目1项，重点科技项目10余项
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：
1.什么是暂态？ 2.什么是电磁暂态？
3.故障类型
4.研究电力系统暂态过程的方法
5.故障计算的基本假设
1.什么是暂态？
正常情况下电力系统处于稳态运行，此时发电厂 中原动机的输入功率和发电机的输出功率相平衡，
短路的种类：
短路种类 示 意 图 短路代表符号
三相短路
K ( 3)
两相短路
K ( 2)
单相接地短路
K (1)
两相接地短路
K (1,1)
各种短路的示意图和代表符号
短路的基本现象：电流剧烈增加，电压大幅度 下降。 短路的后果： （1）长时间的短路电流会使设备过热而损坏； （ 2）电压大幅度下降会造成产品报废及设备损 坏； （ 3）有可能使并列运行的发电厂失去同步，破 坏系统稳定，造成大面积停电；
6. 故障计算的基本假设：
（1）磁路的饱和、磁滞忽略不计， （2）系统中除不对称故障处以外都可当 作是对称的。 （3）各元件的电阻略去不计。 （4）短路为金属性短路。
故障分析的基本知识
1-1对称分量法
1-2序阻抗的基本概念 1-3电力系统相序网络的构成
对称分量法 一、 对称分量法
将一组不对称的三相量看成是三组不 同的对称三相量之和，在线性电路中， 应用叠加原理，对这三组对称分量分别 按对称三相电路去解，然后将其结果叠 加起来。这种方法就叫做对称分量法。
& F c1
120°
120°
& F a1
120°
& F a2
120° 120°
120°
& F b2
& F c0 & F c2
Z G2 Z G2
Z L2 Z L2
Z G2 Z L2
&a2 I
+ + + & & & Ua Ub Uc (b)
ZN
&a 2 U
+
&b 2 I
+
&c 2 I
+
&& a- aU a 2U a2 2
(e)
U a1
& a2E + - a & aE - a + ZN
& E a
+
ZG ZG ZG
ZL
ZG0 ZG0
& F b0
& F a0
& F b1
（a）正ห้องสมุดไป่ตู้分量
（b）负序分量
（c）零序分量
图 3-1 三相不对称相量所对应的三组对称分量
Fb1 a2 Fa1, Fc1 a2 Fb1 aFa1 Fb2 aFa2, Fc2 aFb2 a Fa2
2 . . . . .
.
.
.
.
.
Fa0 Fb0 Fc0
(f)
图 3-5 利用对称分量法分析电力系统的不对称短路
1 3 ae j 2 2 1 3 2 j 240 a e j 2 2 1 a a 2 0, a 3 1
j 120
.
.
.
F a F a 1F a 2F a 0 F aF b F b 1F b 2F b 0 a F a 1 a 0 a 2F
2 2 F F a F c F c 1F c2F c 0 a a 1 a 2F a 0
. . 1 . (F a F b F c ) 3 . . 1 . (F a a F b a 2 F c ) 3 . . 1 . (F a a 2 F b a F c ) 3
ZL0 ZL0 ZL0
& I a0 & I b0 & I c0
& ZL I a
ZL
&+ U a2 + & U a0 (c)
&+ U a1
& I b
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ZG0
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& E a
ZL ZL ZL
& I a & I b & I c
3. 故障类型：
常见的对电力系统危害比较严重的有：短路、断 相以及各种复杂故障等。短路故障是电力系统中 危害最严重的故障。 短路的概念：指电力系统正常运行情况以外的一 切相与相之间或相与地之间的“短接”。 产生的原因：各种形式的过电压、绝缘材料的自 然老化、脏污、直接机械损伤等；运行人员带负 荷拉刀闸或线路检修后未拆除地线就加电压等误 操作；鸟兽跨接在裸露的载流部分以及自然灾害 等 。
系统的频率和电压都是稳定的。当系统受到某种扰
动时，上述功率平衡被打破，系统的运动状态也随
之发生了变化。由于系统中包含有惯性元件，运动
状态的变化不可能瞬时完成，而必须经历一个过渡
状态，这种过渡状态就称为暂态。
2. 什么是电磁暂态？
在暂态过程刚开始的一段时间内，系统
中的发电机以及其它转动机械的转速由于惯 性作用还来不及变化，暂态过程主要的决定 于各元件的电磁参数，这一阶段称为电磁暂 态。
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F a0 F a1 F a2
. .
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二、对称分量法在不对称故障计算中的应用
& E a - +
ZG ZG ZG
ZL ZL ZL
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-
& a2E a & aE a
+ +
Z Z L1 - + G1 & Z a2 E Z L1 a - + G1 & aE Z Z L1 a - + G1
电力系统故障分析
丛伟
个人简介
工学博士，副教授，硕士研究生导师 山东大学电气工程学院 继电保护研究所副所长 1996年考入山东工业大学，2005年12月博士毕业留校 2009年开始独立招收研究生，研究方向为电力系统继电 保护 承担国家级课题2项，省级课题2项，国家电网公司重大 科技项目1项，重点科技项目10余项
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：
1.什么是暂态？ 2.什么是电磁暂态？
3.故障类型
4.研究电力系统暂态过程的方法
5.故障计算的基本假设
1.什么是暂态？
正常情况下电力系统处于稳态运行，此时发电厂 中原动机的输入功率和发电机的输出功率相平衡，
短路的种类：
短路种类 示 意 图 短路代表符号
三相短路
K ( 3)
两相短路
K ( 2)
单相接地短路
K (1)
两相接地短路
K (1,1)
各种短路的示意图和代表符号
短路的基本现象：电流剧烈增加，电压大幅度 下降。 短路的后果： （1）长时间的短路电流会使设备过热而损坏； （ 2）电压大幅度下降会造成产品报废及设备损 坏； （ 3）有可能使并列运行的发电厂失去同步，破 坏系统稳定，造成大面积停电；
6. 故障计算的基本假设：
（1）磁路的饱和、磁滞忽略不计， （2）系统中除不对称故障处以外都可当 作是对称的。 （3）各元件的电阻略去不计。 （4）短路为金属性短路。
故障分析的基本知识
1-1对称分量法
1-2序阻抗的基本概念 1-3电力系统相序网络的构成
对称分量法 一、 对称分量法
将一组不对称的三相量看成是三组不 同的对称三相量之和，在线性电路中， 应用叠加原理，对这三组对称分量分别 按对称三相电路去解，然后将其结果叠 加起来。这种方法就叫做对称分量法。
& F c1
120°
120°
& F a1
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& F b2
& F c0 & F c2
Z G2 Z G2
Z L2 Z L2
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ZG ZG ZG
ZL
ZG0 ZG0
& F b0
& F a0
& F b1
（a）正ห้องสมุดไป่ตู้分量
（b）负序分量
（c）零序分量
图 3-1 三相不对称相量所对应的三组对称分量
Fb1 a2 Fa1, Fc1 a2 Fb1 aFa1 Fb2 aFa2, Fc2 aFb2 a Fa2
2 . . . . .
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.
Fa0 Fb0 Fc0
(f)
图 3-5 利用对称分量法分析电力系统的不对称短路
1 3 ae j 2 2 1 3 2 j 240 a e j 2 2 1 a a 2 0, a 3 1
j 120
.
.
.
F a F a 1F a 2F a 0 F aF b F b 1F b 2F b 0 a F a 1 a 0 a 2F
2 2 F F a F c F c 1F c2F c 0 a a 1 a 2F a 0
. . 1 . (F a F b F c ) 3 . . 1 . (F a a F b a 2 F c ) 3 . . 1 . (F a a 2 F b a F c ) 3
ZL0 ZL0 ZL0
& I a0 & I b0 & I c0
& ZL I a
ZL
&+ U a2 + & U a0 (c)
&+ U a1
& I b
+ & + U a0 -
ZG0
a 2U a 2
aU a 2 a
+ + -
aU a1
&+ I c
ZN
2
&+ U a0
& U a0
+ + & & U b0 U c0 +