第一章 电力系统故障分析的基本知识

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1、第一章电力系统故障分析的基本知识绪论�一、电力系统的组成�二、电力系统运行参量与元件参数�三、电力系统运行状态�四、电磁暂态和机电暂态一、电力系统的组成�电力系统是由发电机、变压器、输电线路、用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互连元件分为两类：�电力元件：他们对电能进行生产（发电机）、变换（变压器、整流器、逆变器）、输送和分配（电力传输线、配电网）、消费（负荷）；�控制元件：改变电力系统的运行状态，如同步电机的励磁调节器、调速器以及继电器等。二、电力系统运行参量与元件参数

2、�运行参量：能够定量地确定系统的运行状态。包括功率、电压、电流、频率以及电动势向量间的角位移等等。�元件参数：由系统元件的物理性质决定，代表元件的特性，如电阻、电抗、电导、输入电阻和转移阻抗，变压器变比，时间常数和放大倍数等。三、电力系统运行状态�稳态：严格地说，其运行参量并不是常量，而是持续地在某一平均值附近变化的量，但变化值很小，可以认为是常量。如“电力系统稳态分析”课的内容，此外静态安全分析也属于电力系统稳态分析的内容。�暂态：电力系统受到各种突然扰动，使电力系统处于暂态过程中，这时运行参量可能发生较大的变化。如过电压、短路

3、等稳态和暂态�电力系统稳态分析得到的是一个系统的平衡状态，不涉及系统元件的动态属性和过渡过程。因此其数学模型不包含微分方程，是一组高阶数的非线性方程。暂态分析中的稳定分析也叫动态分析，主要目的是研究系统在各种干扰下的稳定性，属于动态安全分析，在其数学模型中包含微分方程。四、电磁暂态和机电暂态�电磁暂态过程（故障分析）：受扰动后不涉及到机械量（角位移，角速度）的变化，如短路故障后电网中电流，电压的变化。如在变压器、输电线路中的�机电暂态过程（稳定分析）：受扰动后机械量（角位移，角速度）的变化，分析发电机组转子运动规律。第一章电力系统

4、故障分析的基础知识�第一节故障概述�第二节标幺制�第三节无限大功率电源供电的三相短路电流分析第一节故障概述�短路：电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。在正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。�短路的类型：三相短路、亮相短路、单相短路、两相短路接地。单相短路接地最多。分对称故障和非对称故障。�单相短路接地占大多数。�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，故称为不对称短路。产生短路的原因�自然界的破坏：雷击闪络引起过电压、空气污染使绝缘子表面载正

5、常工作电压下放电、鸟兽跨接在裸露的载流部分以及大风或覆冰引起架空线杆塔倒塌。�人为的破坏：运行人员带负荷拉刀闸，在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作，施工挖沟伤电缆，放风筝落到高压线上。�设备自身问题：绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等。三、短路对电力系统的危害�对设备的危害：短路点的电弧烧坏电气设备，甚至引起爆炸。短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏。另一方面，导体也会受到很大的电动力的冲击，致使导体变形，甚至损坏。�对系统电压的影响：短路还会引起电网中电压降低，对

6、用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废，设备损坏等严重后果。短路对电力系统的危害�对系统稳定性的影响：当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电。这是短路故障的最严重后果。�对通信系统的影响：发生不对称短路时所引起的不平衡电流产生的不平衡磁通，会在邻近的平行的通信线路内感应出相当大的感应电动势，造成对通信系统和铁路信号系统

7、的干扰，甚至危及设备和人身的安全四、减少短路对系统的危害措施�电力系统设计和运行时，都要采取适当的措施来降低发生短路故障的概率，例如采用合理的防雷措施、降低过电压水平、使用结构完善的配电装置和加强运行维护管理等。�在线路上加装电抗器：可以选用轻型的设备�加装继电保护装置：采取减少短路危害的措施，其中，最主要的是迅速将发生短路的元件从系统中切除，使无故障部分的电网继续正常运行四、减少短路对系统的危害措施�自动重合闸：由于大部分短路不是永久性的而是暂时性的，就是说当短路处和电源隔离后，故障处不再有短路电流流过，因此现在广泛采用重合闸措

8、施。所谓重合闸就是当短路发生后断路器迅速断开，使故障部分与系统隔离，经过一定时间再将断路器合上。对于暂时性故障，系统就因此恢复正常运行，如果是永久性故障，断路器合上后短路仍存在，则必须再次断开断路器。装设重合闸的成功率，110kv及以上75%~95