电力系统故障分析及计算

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1、第四章电力系统故障分析及计算在电力系统的运行过程中，不可避免地会出现故障。尽管故障出现的几率很小，持续的时间也不长，但产生的后果却往往十分严重。电力系统发生故障时，运行状态将经历急剧变化。轻则造成电流增大，电压下降，从而危及设备的安全或使设备无法正常运行；重则将导致电力系统对用户的正常供电局部甚至全部遭到破坏，从而对国民经济造成重大损失。因此对电力系统故障应予以高度重视。作为电力系统三大计算之一，电力系统的故障计算主要计算电力系统的故障所引起的电磁暂态过程，即电参量（电压、电流）和磁参量（磁链）的变化情况，分析故

2、障发生的原因及其产生的后果，从而为防止故障的发生和尽可能减少故障产生的损害提出有效措施。电力系统的故障属暂态范畴，大部分电磁量将随时间变化，描述其特性的是微分方程，这给分析计算带来一定困难。在分析过程中通常尽量避免对微分方程直接求解，而是采用一定的工具（如拉普拉斯变换）和假设使问题得以简化，即把“微分方程代数化，暂态分析稳态化”。在分析不对称故障时，各相之间电磁量的耦合使问题的分析更为复杂，此时常用的分析方法是尽量避开对不对称故障直接求解，而是采用一定的工具（如对称分量变换）将不对称问题转化为对称问题的迭加进行处

3、理，即把“不对称问题对称化”。这就是电力系统故障计算方法的特点。本章共分为三部分。第一部分介绍有关电力系统故障的基本概念及故障计算中标幺值的特点，并通过无限大功率电源供电时三相短路电流的计算，对电力系统故障分析有一初步的认识。第二部分为电力系统对称故障的分析计算，主要内容为同步发电机突然三相短路的分析计算和电力系统三相短路电流的实用计算。第三部分为电力系统不对称故障的分析计算，内容包括用对称分量法分析计算各种不对称故障以及正序等效定则的应用。第一节电力系统故障计算的基本知识一．故障概述(一)故障的分类凡造成电力系

4、统运行不正常的任何连接或情况均称为电力系统的故障。电力系统的故障有多种类型，如短路、断线或它们的组合。短路又称横向故障，断线又称为纵向故障。短路故障可分为三相短路、单相接地短路（简称单相短路）两相短路和两相接地短路，分别简记（3）（1）（2）（1，1）为f、f、f和f。注意两相短路和两相接地短路是两类不同性质的短路故障，前者无短路电流流入地中，而后者有。三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相回路不对称，因此称为不对称短路。断线故障可分为单相断线和两相（1）（2）断线，分别简记为o、o

5、。三相断线如同开断一条支路，一般不作为故障处理。断线又称为非全相运行，也是一种不对称故障。大多数情况下在电力系统中一次只有一处故障，称为简单故障或单重故障，但有时可能有两处或两处以上故障同时发生，称为复杂故障或多重故障。由此，将电力系统故障作如下分类：1⎧（3）⎧对称故障：三相短路f⎪⎪（1）⎪⎪⎧单相短路f⎪⎪⎪（2）⎪⎪⎪两相短路f⎪简单故障（单重故障）⎨⎪（1，1）⎪不对称故障⎨两相接地短路f电力系统故障⎪⎪⎪⎪（1）⎨单相断线o⎪⎪⎪⎪⎪两相断线o（2）⎪⎩⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎩复杂故障（多重故障）电力系统中最常

6、发生、危害最严重的故障是短路故障，因此故障计算的重点是短路，也常称为短路计算。(二)短路发生的原因及产生的后果所谓短路，是指电力系统正常运行情况之外的一切相与相之间或相与地之间的短接。电力系统正常运行时，相与相以及相与地之间是不直接相连的，或者说是相互间绝缘的。如果由于某种原因使绝缘破坏，形成了相互间的通路，就发生了短路。由上述定义可知，导致短路发生的原因是绝缘受到破坏。引起绝缘破坏的原因有多种：电气设备绝缘材料的自然老化、污秽或机械损伤，雷击引起过电压，自然灾害引起杆塔倒地或断线，鸟兽跨接导线引起短路，运行人员

7、误操作（如检修后未拆除地线就合闸）等。电力系统的运行经验表明，各类短路发生的几率不同，其中单相接地发生得最多，三相短路发生得最少。根据某些系统的统计资料，在所有短路故障中，三相短路占5%，单相接地占65%，两相短路占10%，两相接地短路占20%。虽然三相短路发生的几率最小，但其产生的后果最严重，同时它又是分析不对称故障的基础，因此将重点进行研究。短路故障一旦发生，往往造成十分严重的后果，主要有：（1）电流急剧增大。短路时的电流要比正常工作电流大得多，严重时可达正常电流的十几倍。大型发电机出线端三相短路电流可达几万

8、甚至十几万安培。这样大的电流将产生巨大的冲击力，使电气设备变形或损坏，同时会大量发热使设备过热而损坏。有时短路点产生的电弧可能直接烧坏设备。（2）电压大幅度下降。三相短路时，短路点的电压为零，短路点附近的电压也明显下降，这将导致用电设备无法正常工作，例如异步电动机转速下降，甚至停转。（3）可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏。电力系统发生短路后，发电机输出的电磁功率减少，而