作业：第一章 电力系统故障分析
电力系统故障分析
1 故障类型电力系统的线路故障总的来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。
横向故障是指各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。
三相短路时，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，又称为对称短路。
其余几种种类型的短路，因系统的三相对称结构遭到破坏，网络中的三相电压、电流不再对称，故称为不对称短路。
运行经验表明，电力系统各种短路故障中，单相短路占大多数，约为总短路故障数的65%，三相短路只占5%～10%。
三相短路故障发生的几率虽然最小，但故障产生的后果最为严重，必须引起足够的重视。
此外，三相对称短路计算又是一切不对称短路计算的基础。
纵向故障主要是指各种类型的断线故障，包括单相断线、两相断线和三相断线。
2 对称分量法和克拉克变换2.1 对称分量变换三相电路中，任意一组不对称的三相相量都可以分解为三组三相对称的分量，这就是所谓的“三相相量对称分量法”。
对称分量法是将不对称的三相电流和电压各自分解为三组对称分量，它们是： （1） 正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序与系统正常运行方式下的相同； （2） 负序分量：三相负序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序与正序相反； （3） 零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。
为了清楚起见，除了仍按习惯用下标a 、b 和c 表示三个相分量外，以后用下标1、2、0分别表示正序、负序和零序分量。
设.a F 、.b F 、.c F 分别代表a 、b 、c 三相不对称的电压或电流相量，.1a F 、.2a F 、.0a F 分别表示a 相的正序、负序和零序分量；.1b F 、.2b F 、.0b F 和.1c F 、.2c F 、.0c F 分别表示b 相和c 相的正、负、零序分量。
通常选择a 相作为基准相，不对称的三相相量与其对称分量之间的关系为：..21..22..01113111a a a b a c F F a a aa F F F F ⎛⎫⎛⎫ ⎪⎛⎫ ⎪⎪ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎝⎭ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭式中，运算子120j a e =，2240j ae =，且有31a =，2310a a ++=；我们令2211111a a S a a ⎛⎫⎪= ⎪ ⎪⎝⎭称为对称分量变换矩阵。
电力系统故障排除手册
电力系统故障排除手册第一章电力系统故障概述 (3)1.1 故障分类 (3)1.1.1 按故障性质分类 (3)1.1.2 按故障影响范围分类 (3)1.2 故障原因分析 (3)1.2.1 设备原因 (3)1.2.2 外部环境原因 (4)1.2.3 系统运行原因 (4)第二章故障检测与诊断 (4)2.1 故障检测方法 (4)2.2 故障诊断流程 (4)2.3 故障诊断设备 (5)第三章电力系统保护装置 (5)3.1 保护装置分类 (5)3.2 保护装置工作原理 (6)3.3 保护装置维护与调试 (6)第四章变压器故障排除 (7)4.1 变压器常见故障 (7)4.1.1 绝缘故障 (7)4.1.2 过热故障 (7)4.1.3 噪音和振动故障 (7)4.1.4 油位异常 (7)4.1.5 绕组短路 (7)4.2 变压器故障排除方法 (7)4.2.1 绝缘故障排除 (7)4.2.2 过热故障排除 (7)4.2.3 噪音和振动故障排除 (8)4.2.4 油位异常排除 (8)4.2.5 绕组短路排除 (8)4.3 变压器维护与保养 (8)4.3.1 定期检查 (8)4.3.2 清洁保养 (8)4.3.3 预防性维护 (8)第五章发电机故障排除 (8)5.1 发电机常见故障 (8)5.2 发电机故障排除方法 (9)5.3 发电机维护与保养 (9)第六章电动机故障排除 (9)6.1 电动机常见故障 (9)6.1.1 定子绕组故障 (10)6.1.2 转子故障 (10)6.1.4 通风散热故障 (10)6.2 电动机故障排除方法 (10)6.2.1 定子绕组故障排除 (10)6.2.2 转子故障排除 (10)6.2.3 控制系统故障排除 (10)6.2.4 通风散热故障排除 (11)6.3 电动机维护与保养 (11)6.3.1 定期检查绝缘电阻，保证绕组绝缘功能良好； (11)6.3.2 定期检查通风散热系统，保证电动机温度正常； (11)6.3.3 定期检查控制系统，保证运行稳定； (11)6.3.4 定期检查转子与定子间隙，防止扫膛故障； (11)6.3.5 定期更换润滑油，保证轴承正常运行； (11)6.3.6 遵循电动机使用说明书，合理使用电动机，避免过载、频繁启动等。
电力系统故障分析(教程)
对老旧线路进行改造或更换。
案例二：变压器故障分析
变压器故障原因 线圈匝间短路。 铁芯硅钢片间短路。
案例二：变压器故障分析
01
变压器过载或轻载运行时间过长。
02
故障表现
变压器温升异常，油温升高。
03
案例二：变压器故障分析
1
变压器声响异常，有“嗡嗡”声或“咕嘟”声。
油位异常，油位下降或升高。
2
应对措施
01
故障表现
02
系统对地绝缘电阻降低或为零。
03
系统出现单相接地或两相接地故障。
04
系统出现谐振现象，导致电压波动或过电压 。
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预防性维护
通过预防性维护，如清洁、润滑、紧固等，降低故障发生的可能性。
更新设备
及时更新老旧设备，采用更可靠、更高效的新设备。
紧急应对措施
1 2
故障隔离
在发生故障时，迅速隔离故障区域，防止故障扩 大。
紧急抢修
组织专业抢修队伍，对故障进行紧急处理，尽快 恢复供电。
3
备用电源
在主电源故障时，启用备用电源，保障重要负荷 的供电。
传输电能，连接发电厂、变压 器和用户。
配电系统
将电能分配给最终用户，包括 变压器、配电线路和用电设备
。
电力系统运行原理
01
02
03
电磁感应
发电机利用电磁感应原理 将机械能转化为电能。
潮流分布
电能通过变压器和输电线 路进行传输和分配，形成 一定的潮流分布。
自动调节
电力系统通过自动调节装 置，如调速器和变压器分 接头，保持系统稳定运行。
电力系统的重要性
电力系统的课程设计-故障分析
目录课程设计（论文）任务书----------------------- （1）第一章．电力系统短路故障概述-------------------------------（1）第二章、电力系统单相短路计算原理-----------------（2）2.1简单不对称故障的计算方法-------------------（2）2.2对称分量法------------------------ （5）2.3基于matlab仿真-------------------------- （6）第三章、电力系统短路故障计算实例--------------- （7）3.1对称分量法应用-------------------- （7）3.2基于matlab的仿真---------------------- （13）3.2仿真结果分析------------------------------（15）3.3两种方案对比------------------------------（16）结束语--------------------------------------- （19）参考文献---------------------------------------（20）第一章．电力系统短路故障概述1、短路产生的原因有很多，主要有以下几个方面：（1）.元件损坏例如绝缘材料的自然老化，设计，安装维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等，(2).气象条件恶化例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌(3）. 违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；(4). 其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
2、短路的危害随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路即能只破坏局部地区的正常供电，也能威胁整个系统的安全运行。
短路的危险后果一般有以下的几个方面：（1）.短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值大的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，使导体和它们的支架遭到破坏。
电力系统故障分析
各种故障示意图
三相短路中流过 某序电流时，其产生的相应序电压与电 流之比值。
＝
序阻抗
将[△U]、[Z]、[I]分别转换成对称分量， 为： 其中：Z1=Zs-Zm称为正序阻抗称为负序 阻抗
Z2=Zs-Zm
Z0=Zs-Zm
在三相参数对称的电路中,各序对称分量具有独立 性。当电路通过某序对称分量的电流时，只产生同 一序对称分量的电压降。
电力系统故障分析基础
电力系统发生的各种短路故障
实践经验指出，电力系统在运行过程中，有可能发生 各种故障和不正常运行情况。 最常见的故障是各种类型的短路，其中包括三相短路、 两相短路、两相接地短路、不同地点的两点接地短路、 单相接地短路、以及电机和变压器绕组的匝间短路。 此外，输电线路的断线也属于故障。
电力系统暂态分析部分习题答案
电力系统暂态分析部分习题答案(参考)第一章 电力系统故障分析的基本知识1-2、发电机F1和F2具有相同的容量，它们的额定电压分别为6.3kV 和10.5kV ，若以它们的额定值为基本条件的发电机电抗的标么值是相同的，问这两个发电机电抗的欧姆值的比值是多少？ 解：X G1*(N)＝X G1*S N1/U N12 X G2*(N)＝X G2*S N2/U N22∵X G1*(N)＝X G2*(N) ∴X G1*S N1/U N12＝X G2*S N2/U N22 故：X G1/ X G2＝U N12/ U N22＝6.32/10.52＝0.36 1-4、求：①准确计算各元件电抗的标么值，基本段取I 段U BI ＝10.5kV 。
②工程近似计算各元件电抗的标么值，S B ＝100MVA 。
解：① 精确计算法U BI ＝10.5kV S B ＝100MVA U BII ＝5.101215.10⨯＝10.5kV U BIII ＝1106.65.101215.10⨯⨯＝7.26kV T50MV A 10.5kV X d ’’=0.1560MV A 10.5kV/121kV U k %=10.5 0.4Ω/km 100km30MV A110kV/6.6kV U k %=10.53.05010015.0''*=⨯=d X 175.05.10100605.101005.1022*1=⨯⨯=T X 273.01211001004.02*=⨯⨯=L X 289.0121100301101005.1022*2=⨯⨯=T X ② 近似计算法U B ＝U av S B ＝100MVA3.05010015.0''*=⨯=d X 175.0601001005.10*1=⨯=T X 302.01151001004.02*=⨯⨯=L X 35.0301001005.10*2=⨯=T X 1-5、某一线路上安装一台Xk%＝5的电抗器，其额定电流为150A ，额定电压为6kV ，若另一台额定电流为300A 、额定电压为10kV 的电抗器来代替它，并要求保持线路的电抗欧姆值不变，问这台电抗器的电抗百分数值应是多少？解：∵2221113100%3100%N N R N N R R I UX I U X X ⨯=⨯=∴61503001065%%122112=⨯⨯=⨯⨯=N N N N R R I I U U X X1-12、 (1) 若短路前空载，计算短路电流的周期分量及短路电流最大有效值；(2) 若A 相非周期分量电流的初值为零及最大时，计算相应的B 、C 相非周期分量电流的初始值；(3) 若短路前变压器满负荷运行，功率因数为0.9（低压侧），计算最大非周期分量电流的初始值，并与空载时短路比较。
电子课件 电子教案 电力系统故障分析故障分析第一章教案
➢并联电抗器
• 并联电抗器的作用： （1）削弱线路的电容效应，降低工频暂态过电压，并
进而限制操作过电压的幅值； （2）改善沿线电压分布，提高负载线路中的母线电压，
增加了系统的稳定性及输电能力； （3）改善轻负载线路中的无功分布，降低有功损耗
➢ 限流电抗器：主要限制电力系统中的短路电流，以 便于采用轻型电气设备和截面较小的载流体。 限流电抗器是电阻很小的电感线圈，无铁芯，使用时 串接于电路中。
注意： UN Uav UB
对于输电线只要以统一的基准值对其有名值阻抗进行标么 值计算即可。
Z1*(B)
Zll
SB
U
2 av
网络的等效变换
• 1.三角形和星形的等效变换 • 2. 等效电源法 • 3.利用网络的对称性简化网络 • 4.分裂电动势和分裂短路点
三角形和星形的等效变换
1
I&21
Z12 Z13 I&13
第一章 标么制
教学目的：
➢掌握电力系统中各元件标么值的计算方法 ➢掌握电力系统网络化简的方法 ➢掌握常用的网络化简方法
➢掌握电流分布系数和转移电抗的定义及其求取方法，以及它们 之间的关系
标么制的基准值选取
➢ 基本概念 标幺值：在电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、
导纳、电压、电流和功率等进行计算。 有名值：在电力系统计算时，采用有单位的阻
L1
T2
（a）
X L1*
X T 2*
L2 X L2*
（b）
K I II K II-III
U BI U avI U BII U avII
U BII U avII
U U BIII
avIII
X X
*L1 *L 2
电力系统故障分析 绪论
• 电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算
• 实现高压直流输电、FACTS控制器的设计
元件列表
当前运行程序
程序检错
计算程序
数学－物理混合模拟：
RTDS（Real Time Digital Simulator）
全实时数字仿真仪，由加拿大曼尼托巴 RTDS公司开发制造，是一种专门设计用于 研究电力系统中电磁暂态现象的装置 。
短路故障 shunt faults short circuit faults • 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； 人员误操作（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）；自然 灾害（极端恶劣天气、地震）等。
电力系统故障分析
Power System Fault Analysis
课程要求
★ 了解背景，掌握概念; ★ 培养科研素养：
问题
建模
方法
结果
结论
★ 加强能力：自学、分析、计算、综合 ★ 积极思考，融会贯通。
主要内容
• 绪论
• 故障分析的基本知识(第一章）
• 电力系统元件的各序参数和等值电路（第三章）
莫斯科大停电
• 时间：05年5月25日
• 起因：500/220/110千伏卡希诺变电站110千伏 电流互感器爆炸着火，爆炸碎片击中了220千伏的 悬挂型绝缘子、母联开关和站内所有开关的压缩 空气管道，造成继电保护动作将500千伏和220千 伏的母线切除。 • 停电造成的影响： 影响人口150万至200万人;
短路的种类：
短路种类 示 意 图 短路代表符号
01 电力系统故障类型分析、故障参数计算
S G (N )
X T * = X T (N )*
Sd ST (N )
X R*
X R (%) U R ( N ) S d = 2 100 3I R ( N ) U avXΒιβλιοθήκη L*= XSd
L 2 U av
1.2.3.3 电力系统各元件中的序阻抗 ′ ′ ① 同步发电机序阻抗X 2 = ( X d′ + X q′ ) / 2
ɺ Z 当 δ = 180°时，M 为最小。
ɺ U 此时，ɺ M = 0 ， I M为最大。该点称为振荡中心。 ɺ Z M 的振荡轨迹称为电网的零电位线，在此线上任意 一点电压均为0。
ɺ ɺ ɺ U M = (1 − m) E M e jδ + mE N
Z ∑ = Z M + Z N + Z MN ZM m = Z ∑
由此可见振荡时随振荡角的变化，电流、 电压的幅值均会忽大忽小变化。
振荡时M侧的视在阻抗
ɺ UM 1 1 δ ɺ = ZM = ( − m) Z ∑ − j ( ctg ) Z ∑ ɺ 2 2 2 IM
① 短路计算中所涉及的四个物理量，线电压U，线电流I，三相 功率S和单相等值阻抗Z，它们间应服从功率方程和欧姆定律。 Sd S d = 3U d I d U d = 3Z d I d Id = 3U d
2 Ud Zd = Sd
S * = I *U *
Sd
2 Ud
I 3U d I* = = I Id Sd
（2）大电流接地系统中变压器中性点接地位置和数量 的选择。 原则： 大电流接地系统中变压器中性点接地位置与个数的选 择原则是当系统发生接地故障时，不使变压器承受危险过 电压和使零序电流分布尽可能保持不变，保证零序保护有 足够的灵敏度。 ① 在多电源系统中每个发电厂至少有一台变压器接 地，以防止发生接地短路引起的危险过电压。 ② 在发电厂和低压侧有电源的变电所，变压器多于 一台时，应将部份变压器中性点接地，以便在运行方式改 变时，保持变电所接地变压器数目不变，使零序电流的分 布基本保持不变。
第一讲 电力系统故障分析的基本知识
a 该方程为一阶常系数、线 性、非齐次常微分方程； b 其解即为短路时的全电流， 包括稳态分量与暂态分 量。
⑴ 稳态分量：电路达到稳态时的短路电流 ia又称交 流分量、强制分量或周期分量 i pa ，与所在相的电 源电压有相同的变化规律，即： i pa ia I m sin( t )
Im Um R L
2 2 2
arctan
L
R
⑵ 暂态分量：（又称自由分量或非周期分量）是按 指数规律不断衰减的电流，衰减的速度与时间常 数成正比。 t
iaa Ce
Ta
iaa Ce
t Ta
T
a
L R
① C为待定积分常数，由电路的初始条件决定。 ② 短路全电流表达式为：
⑵ 短路还会引起电网中电压降低，结果可能使 部分用户的供电受到破坏，用电设备不能正常工作。 ⑶ 不对称短路所引起的不平衡电流，产生不平 衡磁通，会在邻近的平行通信线路内感应出电动势， 造成对通信系统的干扰，威胁人身和设备安全。
⑷ 由于短路引起系统中功率分布的变化，发电机 输出功率与输 入功率不平衡，可能会引起并列运行 的发电机失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。 破坏系统的稳定性是短路可能造 成的最严重后果。
⑴ 在三相短路的暂态过程中，任一时刻t的短路电流 有效值 It ，是指以时刻 t 为中心的一个周期内瞬时
电流的方均根值。
⑵ 假设周期分量ipt在计算周期内幅值恒定， t 时刻的
周期电流有效值为
I pt I m /
2
⑶ 假设非周期分量 iat在以时间t 为中心的一个周期内
不变，因此其有效值等于瞬时值，即 I at iat