故障分析 基礎(chǔ)知識(shí).ppt

1、故障分析的基本知識(shí),1基本概念 2標(biāo)么制 3對(duì)稱(chēng)分量法 4序阻抗的基本概念 5電力系統(tǒng)相序網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,新穩(wěn)態(tài) 電壓、頻率的偏差 在允許范圍內(nèi),事故狀態(tài) 運(yùn)行參數(shù)大大偏離正常值 電能質(zhì)量嚴(yán)重變壞 正常供電局部或全部 遭到破壞,正常運(yùn)行狀態(tài) 穩(wěn)態(tài) Steady state,故障 Fault,負(fù)荷增減 原動(dòng)機(jī)調(diào)整,1.1電力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),1 基本概念,1.2 電力系統(tǒng)故障類(lèi)型,短路故障（橫向故障）shunt faults 斷相故障（縱向故障）series faults 復(fù)雜故障 simultaneous faults 短路故障是電力系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的故障！,1.3 短路故障 shunt fault

2、s short circuit faults,短路的概念：指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的一切相與相之間或相與地之間的“短接”。 產(chǎn)生的原因：各種形式的過(guò)電壓；絕緣材料的自然老化、臟污；直接機(jī)械損傷等；人員誤操作（運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘或線(xiàn)路檢修后未拆除地線(xiàn)就加電壓等）；自然災(zāi)害（極端惡劣天氣、地震）等。,1.4 短路的種類(lèi)：,1.5 短路的基本現(xiàn)象： 電流劇烈增加，電壓大幅度下降。,1.6 短路的后果： （1）長(zhǎng)時(shí)間的短路電流會(huì)使設(shè)備過(guò)熱而損壞； （2）電壓大幅度下降會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢及設(shè)備損 壞； （3）產(chǎn)生的不平衡電流會(huì)對(duì)鄰近的通信線(xiàn)路等產(chǎn)生干擾，并危機(jī)設(shè)備和人身的安全； （4）有可能使并列運(yùn)行的

3、發(fā)電廠(chǎng)失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，造成大面積停電。,1.7 斷相故障 Series Faults open conductor faults,斷相故障：指電力系統(tǒng)一相斷開(kāi)或兩相斷開(kāi)的情況。屬于不對(duì)稱(chēng)性故障。 斷相種類(lèi)： 一相斷開(kāi)：one line open (1LO) 二相斷開(kāi)：two lines open (2LO),1.8 復(fù)雜故障 simultaneous faults,復(fù)雜故障：指在電力系統(tǒng)中的不同地點(diǎn)（兩處或兩處以上）同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障的情況。又稱(chēng)復(fù)故障。,物理模擬法：電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室 發(fā)電機(jī)，變壓器，電流互感器，電壓互感器，線(xiàn)路，負(fù)荷，控制系統(tǒng)等,1.9 研究電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的方

4、法：,可模擬電力系統(tǒng)的各種故障，考察繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作情況,數(shù)學(xué)模擬法： （1) 建立數(shù)學(xué)模型： 要求: 簡(jiǎn)單、合理 （2）求解數(shù)學(xué)模型： 工具：計(jì)算器，計(jì)算機(jī) （3）結(jié)果分析： 從物理上加以討論和解釋?zhuān)欠穹瞎こ虒?shí)際情況。,表示電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的數(shù)學(xué)方程式,方便解算,符合工程計(jì)算的實(shí)際要求,MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境.,PSCAD/EMTDC：電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真程序,EMTDC（Electro-Magnetic Trans

5、ient program for DC）是一個(gè)離線(xiàn)的電磁暫態(tài)計(jì)算程序，是PSCAD/EMTDC仿真的核心。它有精確的交直流元件模型、方便的數(shù)據(jù)輸入方式以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，是進(jìn)行交直流系統(tǒng)分析和工程研究的有力工具。,PSCAD（Power system computer Aided Design）作為EMTDC的圖形用戶(hù)界面，完成所要研究系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建、仿真運(yùn)行和結(jié)果分析等任務(wù)。二者相互關(guān)聯(lián)、交互支持。,主要功能： 可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中斷路器操作、故障及雷擊時(shí)出現(xiàn)的過(guò)電壓 可對(duì)包含復(fù)雜非線(xiàn)性元件（如直流輸電設(shè)備）的大型電力系統(tǒng)進(jìn)行全三相的精確模擬，其輸入、輸出界面非常直觀(guān)、方便 進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域

6、或頻域計(jì)算仿真 電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算 實(shí)現(xiàn)高壓直流輸電、FACTS控制器的設(shè)計(jì),RTDS（Real Time Digital Simulator）,全實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀，由加拿大曼尼托巴RTDS公司開(kāi)發(fā)制造，是一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于研究電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)現(xiàn)象的裝置 。,在國(guó)際上RTDS已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，逐步替代傳統(tǒng)的物理模擬方式。如西門(mén)子、ABB等知名企業(yè)都有自己的RTDS實(shí)驗(yàn)室，將RTDS作為產(chǎn)品功能測(cè)試的重要手段；RTDS也在國(guó)內(nèi)得到越來(lái)越多的認(rèn)可，如許繼、南瑞、國(guó)電南自、北京四方等，以及眾多高校。,RTDS由硬件和軟件組合而成。RTDS的硬件主要由如GPC、RPC、3PC和TP

7、C等運(yùn)算板卡和其他相配套的輸入輸出板卡構(gòu)成。軟件核心為PSCAD/EMTDC。,RTDS仿真裝置是一個(gè)理想的對(duì)保護(hù)和控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、研究和試驗(yàn)的工具。當(dāng)進(jìn)行閉環(huán)試驗(yàn)的時(shí)候，應(yīng)用大量的數(shù)學(xué)量和模擬量的輸入/輸出接口，實(shí)際的保護(hù)和控制裝置能與RTDS的仿真裝置相連以便與模擬的電力系統(tǒng)相互作用。,數(shù)學(xué)物理混合模擬：,2 標(biāo)么制,標(biāo)么值 (Per Unit Values) 的定義 三相系統(tǒng)基準(zhǔn)值 (Base Values) 的選擇 不同基準(zhǔn)的標(biāo)么值之間的相互轉(zhuǎn)換 不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算。,標(biāo)么制：各物理量均用標(biāo)么值來(lái)表示的相對(duì)單位制。,2.1 標(biāo)么值的定義 注意：(1) 標(biāo)么值是一

8、個(gè)沒(méi)有量綱的量。 (2) 標(biāo)么值具有相對(duì)性（相對(duì)于基準(zhǔn)值）。,2.2 三相系統(tǒng)基準(zhǔn)值的選擇 一般說(shuō)來(lái)，基準(zhǔn)值是可以任意選擇的。 為了計(jì)算方便 通常要求各電氣量基準(zhǔn)值之間的關(guān)系與三相對(duì)稱(chēng)時(shí)各電氣量實(shí)際有名值之間的關(guān)系相同。,實(shí)際分析計(jì)算中，通常首選基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)功率通常取100MVA或1000MVA，基準(zhǔn)電壓可選為網(wǎng)絡(luò)的各級(jí)額定電壓或平均額定電壓。,已知標(biāo)么值，可根據(jù)基準(zhǔn)值求出有名值,各電氣量的標(biāo)么值計(jì)算公式：,2.3 三相系統(tǒng)中標(biāo)么值計(jì)算特點(diǎn):,（1）,（2）,（3）,（4） 標(biāo)么值電氣量經(jīng)變壓器后不變化。,第一步：先將以額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)么值換算為有 名值； 第二步：將有名值換算成

9、以統(tǒng)一基準(zhǔn)值為基準(zhǔn)的標(biāo)么值。,2.4 不同基準(zhǔn)的標(biāo)么值之間的相互轉(zhuǎn)換,問(wèn)題的提出：,電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備的銘牌參數(shù)通常是以本身的額定條件為基準(zhǔn)的標(biāo)么值或百分值給出的。而進(jìn)行電力系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，必須取統(tǒng)一的基準(zhǔn)值。因此必須把以額定值為基準(zhǔn)的標(biāo)么值換算成統(tǒng)一基準(zhǔn)下的標(biāo)么值。,（1）發(fā)電機(jī),通常給定,通常給定,短路電壓百分?jǐn)?shù),（2）變壓器,短路電壓:二次繞組短路，逐漸升高一次測(cè)繞組所加電壓，當(dāng)一次側(cè)電流達(dá)到額定值時(shí)，一次側(cè)繞組所加的電壓,通常給定,電抗百分?jǐn)?shù),（3）電抗器,2.5 有變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)中 各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算,問(wèn)題的提出：,精確計(jì)算法 近似計(jì)算法,（1） 精確計(jì)算法 選擇任

10、意段作為基本段，并取其功率、電壓作為 系統(tǒng)的統(tǒng)一基準(zhǔn)值，將其它各段的參數(shù)向基本段歸算。,其他各段參數(shù)折算到基本段：,選第一段作為基本段：,簡(jiǎn)便方法：根據(jù)變壓器變比，確定其它段的基準(zhǔn)電壓:,（2) 近似計(jì)算法,問(wèn)題的提出：同一電壓等級(jí)的升壓變壓器繞組的額定電壓與降壓變壓器繞組的額定電壓有所不同。,平均額定電壓：同一電壓等級(jí)中的最高額定電壓與最低額定電壓的的算數(shù)平均值。,設(shè)取第一段為基準(zhǔn)段，且 ，,元件的額定電壓就是系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓,近似的含義：假定同一電壓等級(jí)中各元件的額定電壓等于網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓，變壓器的實(shí)際變比修正為變壓器兩側(cè)的平均額定電壓之比。,主要元件標(biāo)么值計(jì)算公式如下：,3.1 不對(duì)稱(chēng)

11、三相系統(tǒng)中對(duì)稱(chēng)分量法的應(yīng)用,一組不對(duì)稱(chēng)的三相量可以分解成三組不同的對(duì)稱(chēng)三相量（正序分量 負(fù)序分量 零序分量）之和。,3 電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路,一、 對(duì)稱(chēng)分量 (Symmetrical Components),“1” 正序分量；,“2” 負(fù)序分量；,“0” 零序分量；,大小相等，相位互差120，相序與正常運(yùn)行方式下的相序相同。,大小相等，相位互差120，相序與正常運(yùn)行方式下的相序相反。,大小相等，相位相同。,（a）正序分量,（b）負(fù)序分量,（c）零序分量,positive sequence component,negative sequence component,zero sequ

12、ence component,零序分量：,若三相量之和為零，則該不對(duì)稱(chēng)相量組中不包含零序分量。,三相系統(tǒng)中，線(xiàn)電壓中有沒(méi)有零序分量？,在有中線(xiàn)的星形接法中，中線(xiàn)電流中有沒(méi)有零序分量？大小如何？,零序電流，必須以中線(xiàn)（包括以地代中線(xiàn)）作為通路，且中線(xiàn)流過(guò)的電流等于一相零序電流的三倍。,三角形接法，線(xiàn)電流中有沒(méi)有零序分量？,三相參數(shù)對(duì)稱(chēng)電路中，某一序的對(duì)稱(chēng)分量電流，只產(chǎn)生同一序分量的電壓降。反之，某一序的對(duì)稱(chēng)分量電壓，也只產(chǎn)生同一序的對(duì)稱(chēng)分量電流。獨(dú)立性！,3.2 對(duì)稱(chēng)分量法在不對(duì)稱(chēng)故障計(jì)算中的應(yīng)用,在線(xiàn)性對(duì)稱(chēng)電路(三相參數(shù)對(duì)稱(chēng))中，應(yīng)用疊加原理，對(duì)這三組對(duì)稱(chēng)分量分別按對(duì)稱(chēng)三相電路去解，然后將其結(jié)

13、果疊加起來(lái)，就是不對(duì)稱(chēng)三相電路的解。這種方法稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)分量法。,正序網(wǎng)絡(luò),負(fù)序網(wǎng)絡(luò),零序網(wǎng)絡(luò),正序網(wǎng)絡(luò)：,負(fù)序網(wǎng)絡(luò)：,零序網(wǎng)絡(luò)：,歸納：對(duì)任意網(wǎng)絡(luò)，短路點(diǎn)各序電壓和電流滿(mǎn)足,表明了各種不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)故障點(diǎn)出現(xiàn)的各序電流和電壓之間的相互關(guān)系；表示了不對(duì)稱(chēng)故障的共性， 與故障類(lèi)型無(wú)關(guān)。,4 序阻抗的基本概念,正序阻抗：指僅有正序電流流過(guò)該元件（三相對(duì)稱(chēng)）時(shí)，所 產(chǎn)生的正序電壓降與此正序電流之比。,負(fù)序阻抗：指僅有負(fù)序電流流過(guò)該元件（三相對(duì)稱(chēng)）時(shí)，所 產(chǎn)生的負(fù)序電壓降與此負(fù)序電流之比。,零序阻抗：指僅有零序電流流過(guò)該元件（三相對(duì)稱(chēng)）時(shí)，所 產(chǎn)生的零序電壓降與此零序電流之比。,對(duì)稱(chēng)三相網(wǎng)絡(luò)：,對(duì)于旋轉(zhuǎn)元件

14、（發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)），各序電流分別通過(guò)時(shí)，將會(huì)引起不同的電磁過(guò)程：正序電流產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；負(fù)序電流產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；零序電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子位置無(wú)關(guān)。因此，旋轉(zhuǎn)元件的正序、負(fù)序、零序阻抗互不相等。,結(jié)論： 對(duì)靜止元件（架空輸電線(xiàn)、電纜、變壓器、電抗器等），正序阻抗與負(fù)序阻抗相等，零序阻抗與正、負(fù)序阻抗不同。,變壓器的阻抗:,變壓器正序電抗與負(fù)序電抗相等，等于一、二次繞組漏抗之和。其標(biāo)么值即為短路電壓,變壓器的零序阻抗:,變壓器零序電抗與變壓器的結(jié)構(gòu)（單相、三相及鐵心的結(jié)構(gòu)形式）、連接方式以及中性點(diǎn)是否接地有關(guān)。,雙繞組變壓器：,對(duì)由三個(gè)單相變壓器組成的變壓器組及

15、三相五柱式或殼式變壓器，因磁導(dǎo)大，零序勵(lì)磁電流很小，所以零序勵(lì)磁電抗可視為接近無(wú)窮大：,對(duì)三相三柱式變壓器：,當(dāng)零序電壓施加在繞組接成三角形或中性點(diǎn)不接地的星形那一側(cè)時(shí)，不管變壓器另一側(cè)繞組如何連接，其各繞組中都沒(méi)有零序電流通過(guò)。,負(fù)荷的阻抗：,異步電動(dòng)機(jī)占系統(tǒng)總負(fù)荷的50以上，可近似地取異步電動(dòng)機(jī)的各序阻抗作為負(fù)荷阻抗。,正序阻抗：,正常運(yùn)行時(shí)：,計(jì)算穩(wěn)態(tài)短路電流時(shí)：,計(jì)算次暫態(tài)電流時(shí)：,負(fù)序阻抗：,或,零序阻抗：,電動(dòng)機(jī)一般中性點(diǎn)不接地，不考慮其零序阻抗。,輸電線(xiàn)路和電纜的阻抗：,架空輸電線(xiàn)、電纜的正序電抗與負(fù)序電抗相等。架空線(xiàn)的零序電抗與平行線(xiàn)的回路數(shù)以及有無(wú)架空地線(xiàn)和地線(xiàn)的導(dǎo)電性能有關(guān)

16、。電纜的零序電抗與電纜的外包皮的接地情況有關(guān)。,5 電力系統(tǒng)相序網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,在制定各序網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先了解系統(tǒng)的接線(xiàn)、接地中性點(diǎn)的分布狀況以及各元件的各序參數(shù)和等值電路；然后再分別各序，由短路點(diǎn)開(kāi)始，查明序電流在網(wǎng)絡(luò)中的流通情況，以確定各序網(wǎng)絡(luò)的組成元件及其網(wǎng)絡(luò)的具體連接。,序網(wǎng)絡(luò)：由同一序的相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)和阻抗根據(jù)電力系統(tǒng)的接線(xiàn)所構(gòu)成的單相等值電路。,組成負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的元件與組成正序網(wǎng)絡(luò)的元件完全相同。各元件的阻抗要用負(fù)序參數(shù)表示。發(fā)電機(jī)及各種旋轉(zhuǎn)電機(jī)的負(fù)序阻抗與正序阻抗不同，其他靜止元件的負(fù)序阻抗等于正序阻抗。發(fā)電機(jī)的負(fù)序電動(dòng)勢(shì)為零。,正序網(wǎng)絡(luò):,正序網(wǎng)絡(luò)就是通常用以計(jì)算對(duì)稱(chēng)三相短路時(shí)的網(wǎng)絡(luò)。流過(guò)正序電流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。正序電動(dòng)勢(shì)就是發(fā)