电力系统故障分析演示幻灯片.ppt
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1、1第一节标幺制第一节标幺制 一、标幺值一、标幺值定义:定义:二、基准值的选取二、基准值的选取选定的各基准值之间应符合各种三相电路定律:选定的各基准值之间应符合各种三相电路定律:如:如:前两式相除:类似单相电路前两式相除:类似单相电路 2只需选择两个基准值:只需选择两个基准值:SB(MVA)、UB(kV)则:则:三、基准值改变时标幺值的换算三、基准值改变时标幺值的换算电力系统各电气设备的阻抗参数是以其本身额定值为基准电力系统各电气设备的阻抗参数是以其本身额定值为基准值的标幺值(或百分值)。值的标幺值(或百分值)。电力系统计算时,必须取统一的基准值。电力系统计算时,必须取统一的基准值。对电抗对电抗
2、X:则:则:3四、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准确计算法准确计算法选定电网功率基准值选定电网功率基准值SB和基本电压级的电压基准值和基本电压级的电压基准值UB。方法:各元件参数的有名值归算至基本电压级,以方法:各元件参数的有名值归算至基本电压级,以SB和和UB求求各元件标幺值。各元件标幺值。方法:由基本电压级的电压基准值方法:由基本电压级的电压基准值UB,按连接不同电压等级,按连接不同电压等级的变压器的实际变比,计算出其它各电压等级的电压基准值,各的变压器的实际变比,计算出其它各电压等级的电压基准值,各元件参数无需
3、归算至基本电压级,直接以元件参数无需归算至基本电压级,直接以SB和其所在电压等级的和其所在电压等级的电压基准值,换算到标幺值。电压基准值,换算到标幺值。推荐使用方法推荐使用方法近似计算法近似计算法忽略变压器的实际变比,假定变压器的变比为各电压等级的忽略变压器的实际变比,假定变压器的变比为各电压等级的平均额定电压之比。平均额定电压之比。各电压等级的平均额定电压:各电压等级的平均额定电压:(约为电网额定电压的(约为电网额定电压的1.05倍)倍)4电网额定电压(电网额定电压(kV)361035110220330500平均额定电压(平均额定电压(kV)3.156.310.537115230345525
4、则:电网中各电压等级的电压基准值为各自的平均额定电压。则:电网中各电压等级的电压基准值为各自的平均额定电压。对发电机的分析我们得知,采用现在通用的方法,发电机对发电机的分析我们得知,采用现在通用的方法,发电机的各种电抗只有采用标么值才符合其理论基础,所以凡涉及发的各种电抗只有采用标么值才符合其理论基础,所以凡涉及发电机电抗时,必须采用标么值计算。电机电抗时,必须采用标么值计算。在短路时,我们知道电网电压主要取决于短路种类和距离在短路时,我们知道电网电压主要取决于短路种类和距离短路点的电气距离,所以在短路计算中,采用标么值近似计算短路点的电气距离,所以在短路计算中,采用标么值近似计算法。法。又由
5、于短路电流远远远远大于对地支路功率造成的电流,又由于短路电流远远远远大于对地支路功率造成的电流,故对地支路忽略。故对地支路忽略。高压电网电阻远小于电抗,高压电网电阻忽略。高压电网电阻远小于电抗,高压电网电阻忽略。5系统主要元件的电抗标么值计算方法(系统主要元件的电抗标么值计算方法(后为近似计算法)后为近似计算法)发电机:铭牌给出额定电压发电机:铭牌给出额定电压UN、额定容量、额定容量SN、以额定值为、以额定值为基准值的电抗标幺值。基准值的电抗标幺值。变压器:铭牌给出额定电压变压器:铭牌给出额定电压UN、额定容量、额定容量SN、短路电压百、短路电压百分数分数Us%(Uk%、Ud%)。)。电抗器:
6、铭牌给出额定电压电抗器:铭牌给出额定电压UN、额定电流、额定电流IN、电抗电压百、电抗电压百分数分数XR%。线路:一般已知单位长度的电抗线路:一般已知单位长度的电抗x,线路长度,线路长度l。6例:用近似计算法求如图电力系统的等值电路的参数标幺值。例:用近似计算法求如图电力系统的等值电路的参数标幺值。解:取:解:取:发电机:发电机:变压器变压器T-1:110kV线路:线路:7变压器变压器T-2:电抗器:电抗器:6kV电缆:电缆:8无限大系统三相短路无限大系统三相短路无限大系统特点无限大系统特点理想电压源:短路前后电源电压不变,无内阻抗,无频率变理想电压源:短路前后电源电压不变,无内阻抗,无频率变
7、化,无限容量。化,无限容量。系统短路前:系统短路前:系统短路后:系统短路后:短路后电感电流不能突变短路后电感电流不能突变9短路前空载,短路前空载,时发生短路,非周时发生短路,非周期分量起始值达到最大值期分量起始值达到最大值短路前空载,短路前空载,时发生短路,非周时发生短路,非周期分量起始值达到最小值期分量起始值达到最小值10冲击电流和最大有效值电流:冲击电流和最大有效值电流:短路前后,交流电流瞬时值一般不同,而电感元件电流不短路前后,交流电流瞬时值一般不同,而电感元件电流不能突变。则短路后电路应感应出短路电流非周期分量,该分量能突变。则短路后电路应感应出短路电流非周期分量,该分量按指数衰减。非
8、周期分量起始值越大,短路电流总电流瞬时值按指数衰减。非周期分量起始值越大,短路电流总电流瞬时值越大。非周期分量起始值最大情况下的最大瞬时值电流,我们越大。非周期分量起始值最大情况下的最大瞬时值电流,我们称为短路冲击电流;其全电流在以冲击电流为中心的一个周期称为短路冲击电流;其全电流在以冲击电流为中心的一个周期内的有效值,我们称之为最大有效值电流。内的有效值,我们称之为最大有效值电流。在工程计算中:在工程计算中:冲击电流冲击电流:(KM:冲击系数,一般取:冲击系数,一般取KM=1.81.9)当短路发生在大容量发电机(当短路发生在大容量发电机(12MW以上)供电的母线上,以上)供电的母线上,KM=
9、1.9;当短路发生在其它地点,则;当短路发生在其它地点,则KM=1.8最大有效值电流:最大有效值电流:11第二节三相短路第二节三相短路 一、次暂态短路电流(短路电流周期分量起始值)实用计算一、次暂态短路电流(短路电流周期分量起始值)实用计算1次暂态短路电流次暂态短路电流我们构造发电机次暂态电势:我们构造发电机次暂态电势:认为发电机在短路前后瞬间保持不变,作为短路计算认为发电机在短路前后瞬间保持不变,作为短路计算时发电机的等值电势。而以发电机直轴次暂态电抗时发电机的等值电势。而以发电机直轴次暂态电抗xd”作为短路作为短路时发电机等值电抗。时发电机等值电抗。发电机机端至故障点的电抗为发电机机端至故
10、障点的电抗为xe则次暂态短路电流:则次暂态短路电流:12对于负荷,我们根据情况有多种处理方式:对于负荷,我们根据情况有多种处理方式:电动机负荷作为短路电流提供者电动机负荷作为短路电流提供者当系统的负荷为异步电动机时,异步电动机可能向短路点当系统的负荷为异步电动机时,异步电动机可能向短路点提供短路电流,其机理类似于发电机或调相机。由于正常运行提供短路电流,其机理类似于发电机或调相机。由于正常运行时,负荷电流总是流向电动机,故:时,负荷电流总是流向电动机,故:(x”为电动机次暂态电抗)为电动机次暂态电抗)则只有短路后机端电压小于则只有短路后机端电压小于E”时电动机才送出短路电流。时电动机才送出短路
11、电流。一般工程中只考虑,当三相短路发生在大容量电动机机端一般工程中只考虑,当三相短路发生在大容量电动机机端时,该电动机提供短路电流。时,该电动机提供短路电流。13负荷不作为短路电流提供者负荷不作为短路电流提供者一般当三相短路不发生在大容量电动机机端时,均不将负一般当三相短路不发生在大容量电动机机端时,均不将负荷作为短路电流提供者。荷作为短路电流提供者。对故障前的负荷:对故障前的负荷:考虑:由欧姆定律计算各电源考虑:由欧姆定律计算各电源E|0|”,即是考虑了正常情况,即是考虑了正常情况下负荷的影响。下负荷的影响。不考虑:因正常负荷电流远远小于短路电流,则认为故障不考虑:因正常负荷电流远远小于短路
12、电流,则认为故障前空载。前空载。空载时,全网各处电压、电势相等,则各电源的次暂态电空载时,全网各处电压、电势相等,则各电源的次暂态电势等于故障点未故障时的电压。即:势等于故障点未故障时的电压。即:更进一步假设:正常运行时,各点电压、电势均运行于平更进一步假设:正常运行时,各点电压、电势均运行于平均额定电压附近。均额定电压附近。有:有:14对故障后的负荷:对故障后的负荷:考虑:将其作为恒定阻抗,并计入系统总阻抗。考虑:将其作为恒定阻抗,并计入系统总阻抗。如故障前,某负荷为如故障前,某负荷为P+jQ,运行电压为,运行电压为UD|0|。其阻抗:其阻抗:不考虑:认为负荷阻抗为无穷大。(负荷阻抗一般远大
13、于不考虑:认为负荷阻抗为无穷大。(负荷阻抗一般远大于线路、变压器等元件的电抗)线路、变压器等元件的电抗)15以下图所示系统在以下图所示系统在f点三相短路为例:点三相短路为例:当故障前后均不考虑负荷时,对电网进行化简:当故障前后均不考虑负荷时,对电网进行化简:则:当采用假设:,有:则:当采用假设:,有:即系统中任何一点发生三相短路,短路电流的标幺值为从即系统中任何一点发生三相短路,短路电流的标幺值为从该点看进去全网总阻抗的倒数。该点看进去全网总阻抗的倒数。上述结论具有普遍意义。上述结论具有普遍意义。162短路容量短路容量电力系统短路电流水平,通常用短路容量(短路功率)表电力系统短路电流水平,通常
14、用短路容量(短路功率)表示。示。短路容量定义为:某点发生三相短路时的次暂态电流乘以短路容量定义为:某点发生三相短路时的次暂态电流乘以该点的额定电压。该点的额定电压。其有名值公式:其有名值公式:用平均额定电压代替用平均额定电压代替UN:即采用标幺值时:即采用标幺值时:173冲击电流和最大有效值电流:冲击电流和最大有效值电流:短路前后,交流电流瞬时值一般不同,而电感元件电流不短路前后,交流电流瞬时值一般不同,而电感元件电流不能突变。则短路后电路应感应出短路电流非周期分量,该分量能突变。则短路后电路应感应出短路电流非周期分量,该分量按指数衰减。非周期分量起始值越大,短路电流总电流瞬时值按指数衰减。非
15、周期分量起始值越大,短路电流总电流瞬时值越大。非周期分量起始值最大情况下的最大瞬时值电流,我们越大。非周期分量起始值最大情况下的最大瞬时值电流,我们称为短路冲击电流;其全电流在以冲击电流为中心的一个周期称为短路冲击电流;其全电流在以冲击电流为中心的一个周期内的有效值,我们称之为最大有效值电流。内的有效值,我们称之为最大有效值电流。在工程计算中:在工程计算中:冲击电流冲击电流:(KM:冲击系数,一般取:冲击系数,一般取KM=1.81.9)当短路发生在大容量发电机(当短路发生在大容量发电机(12MW以上)供电的母线上,以上)供电的母线上,KM=1.9;当短路发生在其它地点,则;当短路发生在其它地点
16、,则KM=1.8最大有效值电流:最大有效值电流:18例:电力系统及参数如图所示:当电厂例:电力系统及参数如图所示:当电厂110kv高压母线发生三高压母线发生三相短路时,求故障点的次暂态电流、冲击电流,以及此时发电相短路时,求故障点的次暂态电流、冲击电流,以及此时发电机的机端电压。机的机端电压。解:取解:取 19二、应用运算曲线求任意时刻短路点的短路电流(交流分量有二、应用运算曲线求任意时刻短路点的短路电流(交流分量有效值)效值)发电机短路后,由于其内部复杂的电枢反应,其短路电流发电机短路后,由于其内部复杂的电枢反应,其短路电流交流分量是衰减的,再考虑短路后发电机强行励磁使得短路一交流分量是衰减
17、的,再考虑短路后发电机强行励磁使得短路一定时间后,短路电流较无强行励磁时有增大,故理论计算几乎定时间后,短路电流较无强行励磁时有增大,故理论计算几乎不可能。故采用运算曲线的方法求任意时刻短路电流。不可能。故采用运算曲线的方法求任意时刻短路电流。1运算曲线的制作运算曲线的制作制作运算曲线的网络图:制作运算曲线的网络图:短路前,发电机以额定电压和额定功率运行,短路前,发电机以额定电压和额定功率运行,50%负荷接负荷接在变压器高压母线,在变压器高压母线,50%负荷接在短路点外。负荷接在短路点外。改变改变xL模拟不同电气距离时三相短路,记录不同时刻的短模拟不同电气距离时三相短路,记录不同时刻的短路电流
18、。路电流。20对应不同时刻,以计算电抗(发电机额定值为基准的标对应不同时刻,以计算电抗(发电机额定值为基准的标幺值)为横坐标,以该时刻三相短路电流标幺值幺值)为横坐标,以该时刻三相短路电流标幺值If(发电机(发电机额定值为基准值)为纵坐标,得该发电机运算曲线。额定值为基准值)为纵坐标,得该发电机运算曲线。按我国电力系统统计的汽轮发电机、水轮发电机参数,按我国电力系统统计的汽轮发电机、水轮发电机参数,逐台计算在不同逐台计算在不同xL条件下某时刻条件下某时刻t的短路电流,然后取平均值,的短路电流,然后取平均值,得运算曲线(一套为汽轮发电机、一套为水轮发电机)。得运算曲线(一套为汽轮发电机、一套为水
19、轮发电机)。(见附表)(见附表)212应用运算曲线计算短路电流的方法应用运算曲线计算短路电流的方法求各电源对短路点的转移阻抗求各电源对短路点的转移阻抗运用运算曲线计算短路电流时,将各发电机用运用运算曲线计算短路电流时,将各发电机用xd”作为等作为等值电抗,不计网络中的负荷。(制作运算曲线时已近似考虑值电抗,不计网络中的负荷。(制作运算曲线时已近似考虑负荷影响)。负荷影响)。对等值电路图进行化简,消去除电动势节点和短路点以外对等值电路图进行化简,消去除电动势节点和短路点以外的所有节点,而不经任何中间节点,直接连接发电机电势与的所有节点,而不经任何中间节点,直接连接发电机电势与短路点的电抗,即该电
20、源对短路点的转移阻抗。短路点的电抗,即该电源对短路点的转移阻抗。求各电源的计算电抗求各电源的计算电抗xjs:转移阻抗是以系统转移阻抗是以系统SB为基准值的标幺值。而运算曲线中的为基准值的标幺值。而运算曲线中的电抗为以发电机的额定值电抗为以发电机的额定值SN为基准值的标幺值,故转移阻抗为基准值的标幺值,故转移阻抗需按需按SN归算为计算电抗归算为计算电抗xjs。查运算曲线,得以发电机额定值为基准值的各电源送至短路查运算曲线,得以发电机额定值为基准值的各电源送至短路点的电流标幺值。点的电流标幺值。上步各电流有名值之和,即为短路点的电流。上步各电流有名值之和,即为短路点的电流。22注意:短路计算时,电
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