電力系統(tǒng)故障分析及計(jì)算

1、1第四章第四章電力系統(tǒng)故障分析及計(jì)算電力系統(tǒng)故障分析及計(jì)算在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障。盡管故障出現(xiàn)的幾率很小，持續(xù)的時(shí)間也不長(zhǎng)，但產(chǎn)生的后果卻往往十分嚴(yán)重。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)將經(jīng)歷急劇變化。輕則造成電流增大，電壓下降，從而危及設(shè)備的安全或使設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行；重則將導(dǎo)致電力系統(tǒng)對(duì)用戶的正常供電局部甚至全部遭到破壞，從而對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。因此對(duì)電力系統(tǒng)故障應(yīng)予以高度重視。作為電力系統(tǒng)三大計(jì)算之一，電力系統(tǒng)的

2、故障計(jì)算主要計(jì)算電力系統(tǒng)的故障所引起的電磁暫態(tài)過(guò)程，即電參量（電壓、電流）和磁參量（磁鏈）的變化情況，分析故障發(fā)生的原因及其產(chǎn)生的后果，從而為防止故障的發(fā)生和盡可能減少故障產(chǎn)生的損害提出有效措施。電力系統(tǒng)的故障屬暫態(tài)范疇，大部分電磁量將隨時(shí)間變化，描述其特性的是微分方程，這給分析計(jì)算帶來(lái)一定困難。在分析過(guò)程中通常盡量避免對(duì)微分方程直接求解，而是采用一定的工具（如拉普拉斯變換）和假設(shè)使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化，即把“微分方程代數(shù)化，暫態(tài)分析穩(wěn)態(tài)化”。

3、在分析不對(duì)稱故障時(shí)，各相之間電磁量的耦合使問(wèn)題的分析更為復(fù)雜，此時(shí)常用的分析方法是盡量避開(kāi)對(duì)不對(duì)稱故障直接求解，而是采用一定的工具（如對(duì)稱分量變換）將不對(duì)稱問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)稱問(wèn)題的迭加進(jìn)行處理，即把“不對(duì)稱問(wèn)題對(duì)稱化”。這就是電力系統(tǒng)故障計(jì)算方法的特點(diǎn)。本章共分為三部分。第一部分介紹有關(guān)電力系統(tǒng)故障的基本概念及故障計(jì)算中標(biāo)幺值的特點(diǎn)，并通過(guò)無(wú)限大功率電源供電時(shí)三相短路電流的計(jì)算，對(duì)電力系統(tǒng)故障分析有一初步的認(rèn)識(shí)。第二部分為電力系統(tǒng)對(duì)稱故障的

4、分析計(jì)算，主要內(nèi)容為同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的分析計(jì)算和電力系統(tǒng)三相短路電流的實(shí)用計(jì)算。第三部分為電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障的分析計(jì)算，內(nèi)容包括用對(duì)稱分量法分析計(jì)算各種不對(duì)稱故障以及正序等效定則的應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié)電力系統(tǒng)故障計(jì)算的基本知識(shí)電力系統(tǒng)故障計(jì)算的基本知識(shí)一故障概述一故障概述(一)故障的分類凡造成電力系統(tǒng)運(yùn)行不正常的任何連接或情況均稱為電力系統(tǒng)的故障。電力系統(tǒng)的故障有多種類型，如短路、斷線或它們的組合。短路又稱橫向故障，斷線又稱為縱向故

5、障。短路故障可分為三相短路、單相接地短路（簡(jiǎn)稱單相短路）兩相短路和兩相接地短路，分別簡(jiǎn)記為f（3）、f（1）、f（2）和f（1，1）。注意兩相短路和兩相接地短路是兩類不同性質(zhì)的短路故障，前者無(wú)短路電流流入地中，而后者有。三相短路時(shí)三相回路依舊是對(duì)稱的，故稱為對(duì)稱短路；其他幾種短路均使三相回路不對(duì)稱，因此稱為不對(duì)稱短路。斷線故障可分為單相斷線和兩相斷線，分別簡(jiǎn)記為o（1）、o（2）。三相斷線如同開(kāi)斷一條支路，一般不作為故障處理。斷線又稱為

6、非全相運(yùn)行，也是一種不對(duì)稱故障。大多數(shù)情況下在電力系統(tǒng)中一次只有一處故障，稱為簡(jiǎn)單故障或單重故障，但有時(shí)可能有兩處或兩處以上故障同時(shí)發(fā)生，稱為復(fù)雜故障或多重故障。由此，將電力系統(tǒng)故障作如下分類：3快恢復(fù)正常等。這些措施均須建立在故障計(jì)算的基礎(chǔ)上。在發(fā)電廠、變電所以及整個(gè)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，都必須事先進(jìn)行短路計(jì)算，以此作為合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體、確定限制短路電流的措施、合理配置各種繼電保護(hù)并整

7、定其參數(shù)等的重要依據(jù)。因此故障計(jì)算對(duì)于電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行具有十分重要的意義。二二故障計(jì)算中的標(biāo)幺值故障計(jì)算中的標(biāo)幺值在電力系統(tǒng)故障計(jì)算中大多采用標(biāo)幺制，使運(yùn)算過(guò)程簡(jiǎn)單、數(shù)值簡(jiǎn)明、便于分析。故障計(jì)算中的標(biāo)幺制和潮流計(jì)算中的標(biāo)幺制有所不同，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：1廣泛采用標(biāo)幺制中的近似計(jì)算法。標(biāo)幺制近似計(jì)算法是取系統(tǒng)平均額定電壓為基準(zhǔn)電壓即UiB=UiaN，而且認(rèn)為每一元件的額定電壓就等于其相應(yīng)的平均額定電壓，即UN=UaN。這樣在不同電

8、壓等級(jí)電網(wǎng)中變壓器的變比就取為相應(yīng)的平均額定電壓之比，從而其標(biāo)幺變比恒為1。至于基準(zhǔn)功率SB仍取某一整數(shù)，如取為100MVA。采用近似計(jì)算時(shí)，各元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)算公式就十分簡(jiǎn)單，分列如下：TNBsTGNBGGSSUXSSXX100%100%==??；變壓器發(fā)電機(jī)22aNBDDaNBLLUSZZUSXX＝；負(fù)荷＝線路??(4－1)aNRNBRRUISXX3100%＝電抗器?2在故障計(jì)算中還要牽涉到時(shí)間、轉(zhuǎn)速和頻率等物理量?；鶞?zhǔn)頻率取工頻

9、，fB=fN我國(guó)為50Hz；基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速取同步速，NBωω=，我國(guó)為100sradπ；與此相應(yīng)，基準(zhǔn)角度為180π，從而角度α的標(biāo)幺值為αrad180π（弧度）。時(shí)間的基準(zhǔn)值取為tB=NBωω11=從而時(shí)間t的標(biāo)幺值為tNωrad。這樣選取時(shí)間基準(zhǔn)值的好處是使得ωt的標(biāo)幺值和有名值相等，從而可以方便地計(jì)算tcossinωω、t等量。3在故障分析中采用標(biāo)幺制計(jì)算的步驟仍為四步：取基準(zhǔn)，化標(biāo)幺，計(jì)算，將結(jié)果返回有名值。需要說(shuō)明的是，在潮流計(jì)算中

10、常省略第四步，因?yàn)橛?jì)算結(jié)果是電壓和功率，二者的有名值和標(biāo)幺值之間的關(guān)系十分清楚，所以一般無(wú)需再進(jìn)行返回計(jì)算。但在故障分析中所求的主要是電流，而電流的基準(zhǔn)值隨電壓等級(jí)而不同（因?yàn)镮B=SB)3(BU），所以通常必須求出其有名值?！纠?－1】作出圖4－1所示電力系統(tǒng)的近似標(biāo)幺值等值電路。有關(guān)參數(shù)為：發(fā)電機(jī)G：30MW150%5.1085.0cos===GGNXkVUφ升壓變壓器5.31:1MVAT10.5121kV，Us%=10.5輸電線L