第二部分电力系统暂态分析 第二部分电力系统暂态分析 新 第7章电力系统故障分析的基本知识 一、基本要求 掌握电力系统故障的类型和电力系统故障的危害性：掌握电力系统各元件参数标么值 的计算和电力系统故障分析的标么值等值电路：了解无限大电源系统三相短路电流分析： 掌握无限大电源系统三相短路电流的周期鱼短路冲击电流、最大有效值电流和短路容 量的计算。 二、重点内容 1、电力系统故障类型 电力系统的故障分为：短路故障和断线故障。电力系统的短路故障一般称为横向故障， 它是相对相或者相对地发生的故障：断线故障称为纵向故障，包括一相断线、两相断 线和三相新线故障。 电力系统的故障大多数是短路故障。我们着重分析短路故障。 2、短路故障的类型 短路故障的类型分为三相短路、单相蜘物地、两相短路和两相短路接地。其中三相 短路时三相回路依旧是对称的，因此称为对称短路：其它三种短路都使得三相回路不 对称，故称为不对称短路。断线故障中，一相断线或者两相断线会使系统出现非全相 运行情况，也属于不对称故障。 在电力系统实际运行中，单相短路接地故障发生的几率较高，其次是两相短路接地和 两相短路，出现三相短路的几率很少。 需要注意的是：中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地电流很小，允许运行1~2 小时。 3、电力系统各元件参数标么值的计算（算） (1)发电机 X=Xn‘S (7-1) 式中X 一发电机额定值为基准值的电抗标么值：S。一基准容量： Sy一发电机额定容量。 (2)变压器 Xom=U5%.S .(7-2) 100Sw
第二部分 电力系统暂态分析 第二部分 电力系统暂态分析 第7章 电力系统故障分析的基本知识 一、基本要求 掌握电力系统故障的类型和电力系统故障的危害性；掌握电力系统各元件参数标幺值 的计算和电力系统故障分析的标幺值等值电路；了解无限大电源系统三相短路电流分析； 掌握无限大电源系统三相短路电流的周期分量、短路冲击电流、最大有效值电流和短路容 量的计算。 二、重点内容 1、电力系统故障类型 电力系统的故障分为：短路故障和断线故障。电力系统的短路故障一般称为横向故障， 它是相对相或者相对地发生的故障；断线故障称为纵向故障，包括一相断线、两相断 线和三相断线故障。 电力系统的故障大多数是短路故障。我们着重分析短路故障。 2、短路故障的类型 短路故障的类型分为三相短路、单相短路接地、两相短路和两相短路接地。其中三相 短路时三相回路依旧是对称的，因此称为对称短路；其它三种短路都使得三相回路不 对称，故称为不对称短路。断线故障中，一相断线或者两相断线会使系统出现非全相 运行情况，也属于不对称故障。 在电力系统实际运行中，单相短路接地故障发生的几率较高，其次是两相短路接地和 两相短路，出现三相短路的几率很少。 需要注意的是：中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地电流很小，允许运行 1~2 小时。 3、电力系统各元件参数标幺值的计算（近似计算） （1） 发电机 N B B N S S X = X ⋅ *( ) *( ) .（7-1） 式中 X*(N) —— 发电机额定值为基准值的电抗标幺值； S B —— 基准容量； SN —— 发电机额定容量。 （2） 变压器 N K B B S U S X = ⋅ 100 % *( ) .（7-2） 新 疆 大 学
式中U%一变压器短路电压百分数。 (3)电力线路 架空线路 (7-3) 电缆线路 X=0.08-L S U .(7-4) 式中L一电力线路长度：U。一基淮准电压。 (4)电抗器 XR%Ux Sa X=1005, .(7-5) 式中X%一电抗器电抗百分数：I。、U。一基淮电流、电压： 、。一电抗搭颜定电流、图 4、无限大功率电源系统三相短路分析 (1)系统电源功率为无限大时，外电路发生故障引起的功率变化远远小于电源功率， 因而电源的电压和频率均为恒定的系统，称为无限大功率电源系统。 (2)无限大功率电源系统发生三相短路时，短路电流包含两个分量：一个是幅值恒定 的交流分量（周期分量）：一个是衰减的直流分量（非周期分量）。短路的全电流为： i=1.sin(o+g-+Ce7.(7-6) 式中I。一短路电流周期分量的幅值：乙心一积分常数： T。一短路电流非周期分量衰减时间常数。 (3)短路冲击电流、最大有效值电流、短路容量 2.551"Ky=1.8 冲击电流： iv Kul =Kyl= .(7-7) 2.691”Ky=1.9 1.521Ky=1.8 最大有效值电流：=合 .(7-8 1.62K=1.9 短路容量： Sa=13.U.Ia .(7-9) 式中1。一短路电流周期分量的有效值。 三、例题分析
式中 U K % ——变压器短路电压百分数。 （3） 电力线路 架空线路 *( ) 2 0.4 B B B U S X = ⋅ L ⋅ .（7-3） 电缆线路 *( ) 2 0.08 B B B U S X = ⋅ L ⋅ . （7-4） 式中 L—— 电力线路长度； UB —— 基准电压。 （4） 电抗器 *( ) 2 100 3 % B B N R N B U S I X U X = ⋅ ⋅ .（7-5） 式中 %—— 电抗器电抗百分数； 、 —— 基准电流、电压； X R B I UB NI 、 —— 电抗器额定电流、电压。 U N 4、无限大功率电源系统三相短路分析 （1）系统电源功率为无限大时，外电路发生故障引起的功率变化远远小于电源功率， 因而电源的电压和频率均为恒定的系统，称为无限大功率电源系统。 （2）无限大功率电源系统发生三相短路时，短路电流包含两个分量：一个是幅值恒定 的交流分量（周期分量）；一个是衰减的直流分量（非周期分量）。短路的全电流为： Ta t ia I m t Ce − = sin(ω +α −φ) + .（7-6） 式中 I m —— 短路电流周期分量的幅值； C —— 积分常数； Ta —— 短路电流非周期分量衰减时间常数。 （3）短路冲击电流、最大有效值电流、短路容量 冲击电流： ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ′′ = ′′ = = = ′′ = 2.69 1.9 2.55 1.8 2 M M M M m M I K I K i K I K I .（7-7） 最大有效值电流： ⎪ ⎩ ⎪ ⎨ ⎧ ′′ = ′′ = = + − = 1.62 1.9 1.52 1.8 1 2( 1) 2 2 M M M m M I K I K K I I .（7-8） 短路容量： 3 d S = ⋅U ⋅ d I .（7-9） 式中 dI —— 短路电流周期分量的有效值。 三、例题分析 新 疆 大 学
第二部分电力系统暂态分析 例7-1：电力网络接线如图所示，计算网络各元件参数标么值，并画出网络等值电路 G T-1 L-I A T-2 DK L-2 ()+D+ 30MVA 31.5MVA 80km SMVA 6kV 2.5km r6) 10.5kV 10.5/121 0.421km11016.6 0.3k4 0.08Q/km 1=0.26 10.5 10.5 x(%=5 解：采用近似计算。 选取S,=100MWA,U。选取各段的平均电压，则各元件的电抗标么值为： 100 U=10.5k 1a“辐5x05-55u Um =115kV 色巴 100 Uam =6.3kV 1a高。505 100 1成5692 1.发电机 2.变压器下1 X-0是5×-03 100 100 S 3.架空线路L-X1=04L.2=0.4×80×100 =0.24 UR 1152 4.变压器T2 x-%g-0105x10 =0.7 100Sw 15 6100 5.电抗器 XDK= X%U.SB=0.05× 100√3xU6 3x0363=146 6.电缆线路L-2X2=0.08L 38x25x00-0504 632 画出等值电路为：
第二部分 电力系统暂态分析 例 7-1： 电力网络接线如图所示，计算网络各元件参数标幺值，并画出网络等值电路。 ∼ ( ) 3 f G T-1 L-1 T-2 DK L-2 30MVA 10.5kV x=0.26 31.5MVA 10.5/121 10.5 15MVA 110/6.6 10.5 6kV 0.3kA x(%)=5 80km 0.4Ω / km 2.5km 0.08Ω / km A 解：采用近似计算。 选取 S B =100MVA ，U B 选取各段的平均电压，则各元件的电抗标幺值为： 10.5 115 6.3 BI BII BIII U k U U k = = = V kV V 1 1 2 2 2 3 100 5.5 3 3 10.5 100 0.5 3 3 115 100 9.2 3 3 6.3 B B B B B B B B B S I k U S I k U S I k U = = = × = = = × = = = × A A A 1．发电机 0.87 30 100 = * ⋅ = 0.26× = N B G N S S X X 2．变压器 T-1 0.33 31.5 100 0.105 100 % 1 = ⋅ = × = N K B T S U S X 3．架空线路 L-1 1 2 2 100 0.4 0.4 80 0.24 115 B L B S X L U = ⋅ = × × = 4．变压器T-2 0.7 15 100 0.105 100 % 2 = ⋅ = × = N K B T S U S X 5．电抗器 2 2 % 6 100 0.05 1.46 100 3 3 0.3 6.3 N B DK N B X U S X I U = ⋅ ⋅ = × ⋅ = × 6．电缆线路 L-2 2 2 2 100 0.08 0.08 2.5 0.504 6.3 B L B S X L U = ⋅ = × × = 画出等值电路为： 新 疆 大 学
E0.870.330.24 新1.460.504 X2=4.1 I= 11 47024 f==1m=0.24×92=2.2k4 福 Iw=2.55I=2.55×2.2=5.2k4 Iy-1.52I=1.52×2.2=3.38k4 U=(X4+X3+X6)=0.240.7+1.46+0.504)=0.62 U4=UUg2=0.62×115=73.6k 例1-2：电力网络接线如图所示，计算网络各元件参数标么值，并画出网络等值电路。 ⊙+0 C0 中 1.k4 x=8 20MVA 20MVA 2*15MVA 10.5y10.5/121 100Km 0.42/ki 110/6.6 3=0.2U4%=10.5 Uk%=10.5 解：采用近似计算。 选取S。=100MWA,U。选取各段的平均电压，则各元件的电抗标么值为： 1.发电机 XG=X.w. =0 2.变压器T1 箭是2罗-02 3.架空线路L -04L清=05x04xi0m *715=0151 4欲是0版骨07
(3) f E 0.87 0.33 0.24 0.7 1.46 0.504 (3) ⇓ f X 4.1 Σ = 1 2 3 4 5 6 '' 1 1 0.24 4.1 I X ∗ Σ = = = '' '' 3 0.24 9.2 2.2 B I I I k = =∗ = × = A '' 2.55 2.55 2.2 5.2 MI = = I k × = A '' 1.52 1.52 2.2 3.38 MI = = I k × = A '' 456 ( ) 0.24(0.7 1.46 0.504) 0.62 U I A∗ ∗ = + X X + X = + + = 2 0.62 115 73.6 U U A A UB = ⋅ ∗ = × = kV 例 1-2： 电力网络接线如图所示，计算网络各元件参数标幺值，并画出网络等值电路。 ∼ 20MVA 10.5kV x=0.2 20MVA 10.5/121 Uk%= 10.5 2*15MVA 110/6.6 Uk%=10.5 100km 0.4Ω/ km 6kV 1.5kA x= 8 解：采用近似计算。 选取 S B =100MVA ，U B 选取各段的平均电压，则各元件的电抗标幺值为： 1．发电机 1.0 20 100 = * ⋅ = 0.2 × = N B G N S S X X 2．变压器 T-1 0.525 20 100 0.105 100 % 1 = ⋅ = × = N K B T S U S X 3．架空线路 L 2 2 1 100 0.4 0.5 0.4 100 0.151 2 115 B L B S X L U = ⋅ ⋅ ⋅ = × × × = 4．变压器T-2 0.7 15 100 0.105 100 % 2 = ⋅ = × = N K B T S U S X 新 疆 大 学
第二部分电力系统暂态分析 5.电抗器 -00音-0s器 100=0465 等值电路为： 新 0.7 6 >0.465 5人 1.00.5250.15 0.7 国 大 学
第二部分 电力系统暂态分析 5．电抗器 2 2 % 6 100 0.08 0.465 100 3 3 1.5 6.3 N B DK N B X U S X I U = ⋅ ⋅ = × ⋅ = × 等值电路为： 1.0 0.525 0.15 0.7 0.465 E 0.7 1 2 3 4 5 6 新 疆 大 学