電力系統(tǒng)分析第10章PPT課件

1、10.1 10.1 對(duì)稱分量法電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)是三相對(duì)稱的。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，電源電勢(shì)及其阻抗仍然對(duì)稱，但是在故障點(diǎn)處，三相阻抗將不對(duì)稱。通常采用故障分量法對(duì)此類電路進(jìn)行分析。對(duì)稱分量法：就是將一組不對(duì)稱的三相相量分解為三組對(duì)稱的三相相量，或者將三組對(duì)稱的三相相量合成為一組不對(duì)稱的三相相量的方法。第1頁(yè)/共54頁(yè) 圖中相量 、 、 幅值相等，相位彼此互差 ，且a a超前b b，b b超前c c，稱為正序分量1201aF1bF1cF 圖中相量 、 、 幅值和相位均相同，稱為零序分量， 0aF0bF0cF 圖中相量 、 、 幅值相等，相位關(guān)系與正序相反，稱為負(fù)序分量2aF2bF2cF第2

2、頁(yè)/共54頁(yè)021021021ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF（10.1）aFbFcF 將三組對(duì)稱的各序相量進(jìn)行合成，得到一組不對(duì)稱的相量第3頁(yè)/共54頁(yè)由電路知識(shí)可知：2402b111120111120b22224022220001201322jaajcaajaajcaaabcjFeFa FFeFaFFeFaFFeFa FFFFaej 第4頁(yè)/共54頁(yè)將一組不對(duì)稱相量用a a相的各序分量表示： 0212211111aaacbaFFFaaaaFFF （10.310.3） spT TF FF F簡(jiǎn)寫為：psF FT TF F1簡(jiǎn)寫為：其逆關(guān)系為其逆關(guān)系為 ：cbaaaaFFFaa

3、aaFFF111113122021（10.410.4）說(shuō)明：一組不對(duì)稱相量可以分解為三組對(duì)稱相量或可以說(shuō)明：一組不對(duì)稱相量可以分解為三組對(duì)稱相量或可以 由三組對(duì)稱相量合成為一組不對(duì)稱相量。由三組對(duì)稱相量合成為一組不對(duì)稱相量。第5頁(yè)/共54頁(yè)對(duì)稱分量法的實(shí)質(zhì)是疊加原理在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。只適用于線性系統(tǒng)的分析。例10.1 三相負(fù)載角接，若c相斷開(kāi)，流過(guò)a、b端線的電流為10A。以a端線電流為參考相量，計(jì)算線電流的各對(duì)稱分量。第6頁(yè)/共54頁(yè) 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，可以應(yīng)用對(duì)稱分量法，將出現(xiàn)不對(duì)稱電流和電壓的原網(wǎng)絡(luò)分解為正、負(fù)、零序三個(gè)對(duì)稱序網(wǎng)絡(luò)，任一元件上流過(guò)的三個(gè)對(duì)稱電流分量或任一節(jié)點(diǎn)的

4、三個(gè)對(duì)稱電壓分量的相量之和，等于對(duì)應(yīng)原網(wǎng)絡(luò)中同一元件上流過(guò)的電流相量或同一節(jié)點(diǎn)的電壓相量。aa1a2a0aa1a2a0=+=+IIIIUUUU第7頁(yè)/共54頁(yè)對(duì)于三相對(duì)稱的元件，各序分量是獨(dú)立的，即正序電壓只與正序電流有關(guān)，如果該元件流過(guò)三相正序電流，則元件上的三相電壓降也是正序的。設(shè)輸電線路末端發(fā)生了不對(duì)稱短路，由于三相輸電線是對(duì)稱元件，每相自阻抗相等，為Z ZS S；任意兩相間的互阻抗設(shè)為Z Zm m。線路上流過(guò)三相不對(duì)稱的電流，則三相電壓降也是不對(duì)稱的。10.2 10.2 對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用 ababaaSmmbmSmbmmsccccUIZZZUZZZIZZZUIUZI第

5、8頁(yè)/共54頁(yè)Z1、Z2、Z0分別稱為線路的正序、負(fù)序、零序阻抗。 應(yīng)用對(duì)稱分量法：1120120120120120 1201120202smsmsmT UZTIUT ZTIZIZZZZZZZZZZ 第9頁(yè)/共54頁(yè) 元件的序阻抗，即該元件通過(guò)某序電流時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的序電壓與該序電流的比值。 靜止的元件，如線路、變壓器等，正序和負(fù)序阻抗相等； 對(duì)于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，各序電流會(huì)引起不同的電磁過(guò)程，三序阻抗總是不相等的。a相電壓降的序分量表示為：相電壓降的序分量表示為：a111a222a000aaaUZ IUZ IUZ I可見(jiàn)，對(duì)于三組對(duì)稱元件中的不對(duì)稱電流電壓的計(jì)算，可可見(jiàn)，對(duì)于三組對(duì)稱元件中的不對(duì)稱電流

6、電壓的計(jì)算，可以分解成三組對(duì)稱的分量，分別進(jìn)行計(jì)算。以分解成三組對(duì)稱的分量，分別進(jìn)行計(jì)算。第10頁(yè)/共54頁(yè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)中發(fā)生a相短路接地，介紹應(yīng)用對(duì)稱分量法分析短路電流及短路點(diǎn)電壓。第11頁(yè)/共54頁(yè) 應(yīng)用對(duì)稱分量法將故障處電壓分解為正序、負(fù)序、零序三組對(duì)稱分量。故障網(wǎng)絡(luò)分解故障網(wǎng)絡(luò)分解為三個(gè)獨(dú)立為三個(gè)獨(dú)立的序網(wǎng)：的序網(wǎng)：正序網(wǎng)正序網(wǎng)負(fù)序網(wǎng)負(fù)序網(wǎng)零序網(wǎng)零序網(wǎng)第12頁(yè)/共54頁(yè)正序網(wǎng)：包含發(fā)電機(jī)的正序電源電勢(shì)和故障點(diǎn)正序電壓分量，網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)正序電流，對(duì)應(yīng)的各元件阻抗皆為正序阻抗；負(fù)序網(wǎng)：只有故障點(diǎn)電壓的負(fù)序電勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)負(fù)序電流，對(duì)應(yīng)的各元件阻抗為負(fù)序阻抗。零序網(wǎng)：只有故障點(diǎn)電壓的零序電勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)

7、中通過(guò)零序電流，對(duì)應(yīng)的各元件阻抗為零序阻抗。第13頁(yè)/共54頁(yè) 在正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，因三相對(duì)稱，流過(guò)中性線的電流為零，故可將中性點(diǎn)的接地阻抗ZN略去；在零序網(wǎng)絡(luò)中，中性線電流為三倍零序電流，故在單相零序網(wǎng)中接入3ZN的接地阻抗。1112220001202120212000000afaf afaf afaf afafafafaf bf af af af cf af af aEUZ IUZIUZIUUUUIa IaIIIaIa II第14頁(yè)/共54頁(yè)10.3 10.3 同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序和零序電抗在工程計(jì)算中，同步發(fā)電機(jī)零序電抗的變化范圍為： dxx ）6.015.0(0(10.5)(10.5)

8、如果發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地，不能構(gòu)成零序電流的通路，此時(shí)其零序電抗為無(wú)限大。同步發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗一般由制造廠提供，也可按下式估算：無(wú)阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：dqdxxxx45.12（10.710.7）dqdxxxx ） 22.11 (22（10.610.6）汽輪發(fā)電機(jī)及有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：汽輪發(fā)電機(jī)及有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：第15頁(yè)/共54頁(yè)10.4 10.4 異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)序電抗和零序電抗 負(fù)序阻抗： （10.810.8） xx 2 零序電抗：零序電抗： 由于異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組通常接成三角形由于異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組通常接成三角形或不接地的星形，無(wú)零序電流的通路，因而零或不接地的星形，無(wú)零序電

9、流的通路，因而零序電抗數(shù)值為無(wú)限大。序電抗數(shù)值為無(wú)限大。第16頁(yè)/共54頁(yè)10.5 10.5 變壓器的零序電抗 10.5.1 10.5.1 雙繞組變壓器 10.5.2 10.5.2 三繞組變壓器的零序電抗 10.5.3 10.5.3 自耦變壓器的零序電抗 第17頁(yè)/共54頁(yè)對(duì)于靜止元件，二者總是相等的正序電抗：即穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)變壓器的等值電抗負(fù)序電抗：其值與正序電抗相等。零序電抗：取決于變壓器三相繞組的接線方式和 變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)。第18頁(yè)/共54頁(yè)10.5.1 10.5.1 雙繞組變壓器 不計(jì)繞組電阻和鐵芯損耗，雙繞組變壓器的零序等值電路如圖10.410.4。 其中其中 、 分別為兩側(cè)繞組漏抗，

10、分別為兩側(cè)繞組漏抗， 為零序勵(lì)磁電抗。為零序勵(lì)磁電抗。IxIIx0mx 零序電壓施加在變壓器繞組的三角形側(cè)或不接地星形側(cè)，零序電壓施加在變壓器繞組的三角形側(cè)或不接地星形側(cè)，無(wú)論另一側(cè)繞組的接線方式如何，都沒(méi)有零序電流，零序無(wú)論另一側(cè)繞組的接線方式如何，都沒(méi)有零序電流，零序電抗為：電抗為： 0 x第19頁(yè)/共54頁(yè) 圖10.5 YN10.5 YN，d d接線變壓器零序等值電路 1. 接線變壓器dYN,000IImIImx xxxxx（10.910.9）第20頁(yè)/共54頁(yè)2. 2. 接線變壓器yYN,00mxxx（10.1010.10） 圖10.6 YN10.6 YN，y y接線變壓器零序等值電路

11、 第21頁(yè)/共54頁(yè)3. 3. ， 接線變壓器YNyn 如果二次側(cè)除接地的中性點(diǎn)外，沒(méi)有其它接地點(diǎn)，此時(shí)零序電抗的計(jì)算與 相同。 ,NYyxxxxxxxxIImIImI000)(其中：其中：x為外電路接地電抗。為外電路接地電抗。 如果二次側(cè)另外有一個(gè)接地點(diǎn)第22頁(yè)/共54頁(yè) 圖10.7 YN10.7 YN，ynyn接線變壓器零序等值電路 第23頁(yè)/共54頁(yè) 的數(shù)值主要決定于變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)。0mx 三個(gè)單相變壓器組成的三相變壓器，三相四柱式三個(gè)單相變壓器組成的三相變壓器，三相四柱式或（五柱式）變壓器以及鐵殼式變壓器或（五柱式）變壓器以及鐵殼式變壓器, ,可以近似可以近似認(rèn)為：認(rèn)為：0mx 對(duì)于

12、三相三柱式變壓器，磁通路徑磁阻大，零序?qū)τ谌嗳阶儔浩鳎磐窂酱抛璐?，零序電抗較小，一般需經(jīng)試驗(yàn)方法求得零序勵(lì)磁電抗。電抗較小，一般需經(jīng)試驗(yàn)方法求得零序勵(lì)磁電抗。第24頁(yè)/共54頁(yè)10.5.2 10.5.2 三繞組變壓器的零序電抗 1. 1. 接線變壓器ydYN ,xxxxIII0 （10.1210.12） 可以忽略其零序勵(lì)磁電抗0mx第25頁(yè)/共54頁(yè)2. 2. 接線變壓器yndYN,ydYN, 如沒(méi)有另一接地點(diǎn)，變壓器的零序電抗與如沒(méi)有另一接地點(diǎn)，變壓器的零序電抗與 相同相同0()IIIIIIIIIIIx xxxxxxx （10.1310.13） 如如側(cè)另有一對(duì)地電抗側(cè)另有一對(duì)地電抗

13、為為x x的接地點(diǎn)，如圖的接地點(diǎn)，如圖10.810.8（b b）所示）所示, ,零序電抗為：零序電抗為：第26頁(yè)/共54頁(yè)圖10.8 10.8 三繞組變壓器零序等值電路 3. 3. 接線變壓器ddYN ,IIIIIIIIIIIxxxxxx0 （10.1410.14）第27頁(yè)/共54頁(yè)10.5.3 10.5.3 自耦變壓器的零序電抗 自耦變壓器中兩個(gè)有直接電氣聯(lián)系的自耦繞組，一般用來(lái)聯(lián)系兩個(gè)直接接地系統(tǒng) 兩個(gè)自耦繞組共用一個(gè)中性點(diǎn)和接地線，如果有第三繞組，一般接成三角形。第28頁(yè)/共54頁(yè)（1 1） 中性點(diǎn)直接接地的 和 接線自耦變壓器 aYN,daYN,零序電抗的求解與普通的變壓器相同。00(

14、)IIIIIIIIIIIIIIxxxxxxxxxxx第29頁(yè)/共54頁(yè) (2) (2) 中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地的中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地的 和和 接線自耦變壓器接線自耦變壓器aYN,daYN,當(dāng)自耦變壓器的中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地時(shí)，兩個(gè)繞組的零序電流要影響中性點(diǎn)電位，其值為)(30oIIInnIIxU一、二次側(cè)端點(diǎn)與中性點(diǎn)之間一、二次側(cè)端點(diǎn)與中性點(diǎn)之間的電壓值為的電壓值為Un、Un，中，中性點(diǎn)對(duì)地電壓為性點(diǎn)對(duì)地電壓為Un，一、二，一、二次側(cè)繞組額定電壓為次側(cè)繞組額定電壓為UN、UN，折算到一次側(cè)的一、，折算到一次側(cè)的一、二次繞組端點(diǎn)對(duì)地電壓為二次繞組端點(diǎn)對(duì)地電壓為U、U，則，則 U-U= Un-Un UN/UN第

15、30頁(yè)/共54頁(yè)IIININIInInIIIIUUUUx0)(折算到一次側(cè)的等值零序電抗如果中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地，折算到一次側(cè)的零序等值電抗為如果中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地，折算到一次側(cè)的零序等值電抗為：2)1 (3IININnIIIUUxxIIIx第31頁(yè)/共54頁(yè)中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地的 自耦變壓器daYN ,星形零序等值電路中折算至一次側(cè)的各電抗為：)1 (3)(21IININnIIIIIIIIIIIIIIUUxxxxxx)(3)(212IININIININnIIIIIIIIIIIIIIIIUUUUxxxxxx1()3()2INIIIIIIIIIIIIIIIIIInIINUxxxxxxU（10.1610.1

16、6）第32頁(yè)/共54頁(yè)xxxxxxxxIIIIIIIIIII)(0從變壓器I I側(cè)觀察到的零序等值電抗的有名值為： （10.1710.17）圖10.10 10.10 中性點(diǎn)經(jīng)電抗接地的自耦變壓器零序等值電路第33頁(yè)/共54頁(yè)10.6 10.6 架空輸電線的零序阻抗 10.6.1 “導(dǎo)線大地”回路的自阻抗與互阻抗 10.6.2 單回路架空輸電線的零序阻抗 10.6.3 雙回路架空輸電線的零序阻抗 10.6.4 有架空地線時(shí)輸電線的零序阻抗 第34頁(yè)/共54頁(yè)10.6 10.6 架空輸電線的零序阻抗 輸電線的正、負(fù)序阻抗及等值電路完全相同。 研究零序阻抗，必須考慮大地（或架空地線）的影響。第35頁(yè)

17、/共54頁(yè)10.6.1 “導(dǎo)線大地”回路的自阻抗與互阻抗 1. 1. “單導(dǎo)線大地”回路0.050.1445lg()gsaDZRjkmr單導(dǎo)線大地回路單位長(zhǎng)度的自阻抗為： 圖10.11 10.11 “單導(dǎo)線大地”回路 第36頁(yè)/共54頁(yè)2. 2. “雙導(dǎo)線大地”回路 圖10.12 10.12 “雙導(dǎo)線大地”回路 abggmDDjRZlg1445.0（10.1910.19） 雙回路間單位長(zhǎng)度的互阻抗為：第37頁(yè)/共54頁(yè)10.6.2 單回路架空輸電線的零序阻抗 圖10.13 10.13 單回路架空輸電線路 02330.4335lg()gagmDZRRjkmD r零序電抗為：第38頁(yè)/共54頁(yè)10

18、.6.3 雙回路架空輸電線的零序阻抗 圖10.14 平行雙回線的零序電流通路 兩平行回路間的互阻抗： 經(jīng)過(guò)完全換位后，第二回路對(duì)第一回路a a相的互阻抗為：00.150.4335lg()()gZjD DkmD式中，式中， 稱為兩個(gè)回路之間的幾何均距。稱為兩個(gè)回路之間的幾何均距。兩回路間的距離愈小，回路間的互感抗愈大，使每回輸電線的零序等值電抗愈大。第39頁(yè)/共54頁(yè)10.6.4 有架空地線時(shí)輸電線的零序阻抗 由于架空地線中的零序電流與輸電線的零序電流相反，相當(dāng)于導(dǎo)線旁邊的一個(gè)短路線圈，其互感為去磁作用，減小了輸電線的等值零序阻抗。因此，零序阻抗與架空地線的材質(zhì)、架空地線與輸電線間的距離有關(guān)。對(duì)

19、已建成的線路一般都通過(guò)實(shí)測(cè)確定其零序阻抗。圖圖10.15 10.15 有架空地線的單回線路有架空地線的單回線路第40頁(yè)/共54頁(yè)10.7 電纜線路的零序阻抗電纜線路的零序阻抗可能介于以下兩種情況之間：（1 1）鉛（鋁）包護(hù)層各處都有良好的接地，大地和護(hù)層中都有零序電流流通。在這種情況下，地中電流達(dá)到最大值，而護(hù)層中電流達(dá)到最小值。護(hù)層中電流的去磁作用最小，零序電抗達(dá)到最大值。 （2 2）鉛（鋁）包護(hù)層在各處都經(jīng)相當(dāng)大的阻抗接地，）鉛（鋁）包護(hù)層在各處都經(jīng)相當(dāng)大的阻抗接地，從而可以認(rèn)為零序電流只通過(guò)護(hù)層返回，零序電抗達(dá)到從而可以認(rèn)為零序電流只通過(guò)護(hù)層返回，零序電抗達(dá)到最小值。流過(guò)大地的電流最小值

20、。流過(guò)大地的電流 。0gI第41頁(yè)/共54頁(yè)電纜線路的零序阻抗一般也是通過(guò)實(shí)測(cè)確定。在近似計(jì)算中可取表10.1給出了工程計(jì)算中常用元件的各序電抗，可以在計(jì)算中選取。10106 . 45 . 3(10 xxrr），第42頁(yè)/共54頁(yè) 表10.1 10.1 各類元件的電抗平均值 第43頁(yè)/共54頁(yè)接上頁(yè)第44頁(yè)/共54頁(yè)10.8 電力系統(tǒng)的序網(wǎng)絡(luò) 10.8.1 正序網(wǎng)絡(luò) 10.8.2 負(fù)序網(wǎng)絡(luò) 10.8.3 零序網(wǎng)絡(luò) 第45頁(yè)/共54頁(yè) 利用對(duì)稱分量法分析電力系統(tǒng)的各種不對(duì)稱故障，首先應(yīng)該繪出與系統(tǒng)各序阻抗相對(duì)應(yīng)的序網(wǎng)絡(luò)，利用序網(wǎng)絡(luò)依次求得待求電量的各序分量之后，再進(jìn)行合成，求得最終結(jié)果。 在制定

21、各序網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一般從故障點(diǎn)做起，根據(jù)各序電流的流通路徑，確定各序網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，由各元件的序阻抗構(gòu)成一個(gè)完整的序網(wǎng)絡(luò)。第46頁(yè)/共54頁(yè)10.8.1 正序網(wǎng)絡(luò)首先在短路點(diǎn)f f加入短路點(diǎn)電壓的正序分量1aU正序分量電流流經(jīng)的元件，用相應(yīng)的正序阻抗表示，其中發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗 表示，發(fā)電機(jī)的電勢(shì)用次暫態(tài)電勢(shì) 表示。dx E 中性點(diǎn)阻抗不計(jì)入正序網(wǎng)絡(luò)。第47頁(yè)/共54頁(yè)第48頁(yè)/共54頁(yè)10.8.2 10.8.2 負(fù)序網(wǎng)絡(luò) 在短路點(diǎn)f f處加入短路點(diǎn)電壓的負(fù)序分量 ，各元件的電抗用負(fù)序電抗表示。發(fā)電機(jī)沒(méi)有負(fù)序電勢(shì)，中性點(diǎn)阻抗不計(jì)入負(fù)序網(wǎng)絡(luò)。2aU第49頁(yè)/共54頁(yè)10.8.3 零序網(wǎng)絡(luò) 在短路點(diǎn)f f處加入短路電壓的零序分量 。 零序電流的流通情況與短路點(diǎn)的位置和變壓器繞組的接線方式及中性點(diǎn)是否接地有關(guān)。0aU流經(jīng)各元件的電抗均用零序電抗表示流經(jīng)各元件的電抗均用零序電抗表示發(fā)電機(jī)無(wú)零序電勢(shì)發(fā)電機(jī)無(wú)零序電勢(shì)發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)均無(wú)零序電流流過(guò)。發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)均無(wú)零序電流流過(guò)。中性點(diǎn)電抗中性點(diǎn)電抗 有三倍的零序電流通過(guò)。有三倍的零序電流通過(guò)。在同一電壓等級(jí)的網(wǎng)路中，必須要有兩個(gè)接地點(diǎn) 才能構(gòu)成零序電流的通路。