电力系统故障分析的基本知识

§1电力系统故障分析的基本知识主要内容：1、电力系统故障的基本概念2、三相短路的暂态过程分析3、短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算§1.1 故障概述1 故障分类故障，事故：正常运行情况以外的相与相之间、相与地之间的连接或相的断开。

断线故障（纵向故障、非全相运行）简单故障对称故障短路故障（横向故障）复杂故障不对称故障名称图示符号概率⑴三相短路f（3）5%⑵f（2）10%⑶单相短路f（1）65%⑷两相短路接地f（1。

1）20%⑸一相断线⑹二相断线2 短路原因(1) 相间绝缘或相对地绝缘损坏；(2) 误操作。

3 短路危害(1) 大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）；(2) 烧毁设备（热稳定）；(3) 电网大面积电压下降；(4) 破坏电力系统的稳定；(5) 影响电力系统通讯。

4 减少短路危害的措施(1) 采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。

(2) 通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备行。

(3) 架空线路普遍采用自动重合闸装置。

(4) 装设限流电抗器。

(5) 选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。

5 短路计算目的(1) 合理的配置继电保护及自动装置整定与校验。

(2) 选择最佳的主接线方案及电气设备，确定限流措施。

(3) 进行电力系统暂态稳定的计算。

(4) 确定电力线路对邻近通信线路的干扰等，短路故障又称横向故障，断线故障又称纵向故障。

§1.3 无限大功率电源供电的三相短路分析1 无限大功率电源的概念(1) 无限大电源：常数、0、ω=常数(2) 无限大功率电源是个相对概念。

(若电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可以认为电源为无限大电源。

)2 暂态过程分析(1) 符号约定|0|：故障前瞬间，相当“电路”中的0-0：故障后瞬间，相当“电路”中的0+p或ω：周期分量（）、ω：频率为ω的分量α：非周期分量m ：模值（）M ：最大值（）∞：稳态值（t→∞）(2) 暂态过程分析(对称短路可仅取一相分析，其他两相有模相同、相位差120°的结果。

电力系统暂态分析学习指导第二部分电力系统暂态分析第一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NBN B SSX X ⋅=)*()*( ………………………………（7-1）式中 )*(N X —— 发电机额定值为基准值的电抗标幺值；BS —— 基准容量； NS —— 发电机额定容量。

（2） 变压器NBK B SSU X ⋅=100%)*( ………………………………（7-2）式中 %KU ——变压器短路电压百分数。

（3） 电力线路架空线路2)*(4.0BBB USL X ⋅⋅= ………………………（7-3） 电缆线路2)*(08.0BBB USL X ⋅⋅= ……………………… （7-4） 式中 L —— 电力线路长度； BU —— 基准电压。

电⼒系统故障分析的基本知识1 电⼒系统故障分析的基本知识1.1 电⼒系统故障分析概述⼀、概念简介短路：电⼒系统故障的基本形式。

短路故障（横向故障）：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。

短路类型：4种。

最多的短路类型：单相短路对称短路（三相短路）、⾮对称短路（其余三种短路类型）。

断线故障（⾮全相运⾏、纵向故障）：⼀相断线、⼆相断线。

不对称故障：⾮对称短路、断线故障简单、复杂故障：简单故障指系统中仅有⼀处短路或断线故障；复杂故障指系统中不同地点同时发⽣不对称故障。

⼆、短路原因、危害原因：客观（绝缘破坏：架空线绝缘⼦表⾯放电，⼤风、冰雹、台风）、主观（误操作）。

危害：短路电流⼤（热效应、电动效应）、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产⽣不平衡磁通影响通信线路。

解决措施：继电保护快速隔离、⾃动重合闸、串联电抗器等三、短路计算重要性电⽹三⼤计算之⼀。

电⽓设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施。

四、短路计算的基本步骤1) 制定电⼒系统故障时的等效⽹络；2) ⽹络化简；3) 对短路暂态过程进⾏实⽤计算。

1.2 标⼳制⼀、标⼳制概念故障计算中采⽤标⼳值（相对值）表⽰，数值简明、运算简单、易于分析。

⼆、基准选取三相电路系统基准值可任意，⼀般：位的物理量）基准值（与有名值同单量）有名值（有单位的物理标⼳值（相对值）＝频率、⾓速度、时间的基准值三、基准值改变时标⼳值的换算B B B B B B B B B B B 2B 4 S ()U ()()() S , U 2 S U S BBB B MVA KV I KA Z I I U I Z S Ω===个基准值参数：、、、满⾜关系：则任意选定其中个基准参数即可。

电⽹中⼀般选定：、则：注意：标⼳值之******S =U ,=Z I U I ))(())(( ))((X B N )*(22)*(22)*(*(B)NB B N N N BB N N B B N N N I I U U X S S U U X U S S U X X ==→＝为基准）下标为基准折算（下标电抗电⾓速度倒数）时间：同步电⾓速度）⾓速度：额定频率）频率：(1(2 (f f N sB N s B B t f ωπωω==== ))((100(%)X )())((100(%)X )( *(B)R 22T*(B)NBB N R BBN N s I I U U U U S S U U ＝：电抗百分数转换电抗器电抗标⼳值＝：短路电压百分数转换变压器电抗标⼳值上式直接转换即可发电机电抗标⼳值：四、变压器联系的不同电压等级⽹络中各元件参数标⼳值的计算原则：选定某个归算电压等级，对其它电压等级的参数⽤联系变压器变⽐进⾏归算。

第一章 习题1-1 有一电力网络，各元件参数已在图中注明。

要求：1. 准确计算各元件电抗的标幺值（采用变压器实际变比），基本段取Ⅰ段10.5=B U KV 。

2. 工程近似计算各元件电抗的标幺值（采用变压器平均额定电压比），为统一起见建议100=B S .题1-1图1-2 某一线路上安装一台%5=k X 的电抗器，其额定电流为150A ，额定电压为6KV ，若用另一台额定电流为300A 、额定电压为10KV 的电抗器来代替它，并要求保持线路的电抗欧姆数不变，问这台电抗器的电抗百分数值应当是多少？1-3 有一输电线路接在一个无穷大功率系统上，当A 相电压刚好过零时发生三相短路。

已知短路后的稳态短路电流有效值等于5KA ，试在以下两个条件下求短路瞬间三相中各相短路电流中非周期分量的初始值。

1.ϕ（线路阻抗角）90= .2. 0=ϕ 假定短路前线路空载，A 相电压的始相角0=α()=+A m U U sin t ωα(120)=+- B m U U sin t ωα(120)=++ C m U U sin t ωα1-4 下图为一无穷大功率电源供电系统，额定电压为6.3KV ，设在K 点发生了三相短路。

如果设计要求通过电源的冲击电流不得超过30KA ，问并行敷设的电缆线路最多容许几条？已知电抗器和电缆的参数如下：电抗器：6KV ，200A ，4%=X ，额定有功功率损耗为每相1.68KW 。

电缆：长1250m ，0.083/=ΩX KM ，0.37/=Ωr KM 。

题1-4图1-5 一台变压器接在无限大功率电源上，以其额定条件为基准的电抗、电阻标幺值分别为0.1=T X ，0.01=T r 。

当在变压器的副边发生三相短路。

（1） 短路前变压器空载，求短路电流的周期分量及冲击电流。

（2） 短路前变压器满载，cos 0.8=ϕ（低压侧），当A 相电压合闸相角，30=α时发生短路，写出暂态过程中A 相电流非周期分量表达式。

电力系统故障分析1 故障基础知识电力系统的故障一般分为简单故障和各种复杂故障。

简单故障是指电力系统正常运行时某一处发生短路或断线故障的情况，其又可分为短路故障（横向故障）和断线故障（纵向故障），而复杂故障则是指两个或两个以上简单故障的组合。

短路故障有4种类型：三相短路（(3)K ）、两相短路（(2)K ）、单相接地短路（(1)K ）和两相短路接地（(1.1)K ）；断线故障分为一相断线和两相断线。

其中发生单相接地短路故障的概率最高，占65%。

在本次设计中，对这六种故障都进行了建模仿真，由于单相接地短路故障发生的几率最高，因此本文将该故障作为典型例子来分析建模仿真过程。

2 单相短路接地故障分析假设系统短路前空载，短路模拟图如图1所示。

图1 单相接地短路当系统中的f 点发生单相（A 相）直接短路接地故障时，其短路点的边界条件为A 相在短路点f 的对地电压为零，B 相和C 相从短路点流出的电流为零，即：00fA fB fC U I I ===将式子（1）转换成各个序分量之间的关系。

对于0fA U =，有如下关系：(1)(2)(0)0fA fA fA fA U U U U =++=根据0fB fC I I ==可以得出：2(1)2(2)(0)11110331110fA fA fA fA fA fA fA I I aa I I aa I I I ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦于是，单相短路接地时，用序分量表示的边界条件为：(1)(2)(0)(1)(2)(0)0fA fA fA fA fA fA fA U U U U I I I ⎧=++=⎪⎨==⎪⎩(1) (2) (3)由边界条件组成复合序网（复合序网是指在短路端口按照用序分量表示的边界条件，将正序、负序和零序三个序网相互连接而成的等值网络）从A 相短路接地的序分量边界条件式（3）可见，它相当于三序序网的端头进行串联，如图2所示图2 单相接地短路复合序网复合序网直观地表达了不对称短路故障的地点和类型，对复合序网进行分析计算，可以解出短路点处的各序电压，电流分量，如下：（1）电流分量序电流分量为 ： 00(1)(2)(0)(1)(2)(0)fA fA fA fA fA U U I I I Z Z Z Z ∑∑∑====++∑ 三相电流为：(1)033/0fA fA fA fB fC I I U Z I I ⎧==∑⎪⎨==⎪⎩（2）电压分量序电压分量为：(1)(1)(1)(2)(0)00(2)(2)0(0)(0)0()/fA fA fA fA fA fA fA fA U U I Z U Z Z Z Z U U ZZ U U Z∑∑∑∑∑⎧⎡⎤=-=+∑⎪⎣⎦⎪⎪=-⎨∑⎪⎪=-⎪∑⎩三相电压为：(4) (5) (6) ()()()()(1)(2)(0)222(1)(2)(0)(2)(2)(1)22(1)(2)(0)(2)(2)(1)11fA fA fA fA fB fA fA fA fA fC fA fA fA fA U U U U U a U aU U a a Z a Z I U aU a U U a a Z a Z I ∑∑∑∑⎧=++=⎪⎪⎡⎤=++=-+-⎨⎣⎦⎪⎡⎤⎪=++=-+-⎣⎦⎩(7)。

电力系统的基本概念与故障分析计算电力系统是指由电力设备、电力线路、变电站等构成的一个完整的能够供电的系统。

在电力系统的正常运行中，可能会遇到一些故障，例如线路短路、设备损坏等。

故障对电力系统造成不利影响，甚至会对周围的环境和设备造成危害。

本篇文档将从基本概念和故障分析计算两个方面对电力系统进行详细介绍。

一、基本概念1. 电压、电流和电功率电压是指电场的强度，即电势差。

电流是指在电路中由于电势差而产生的电子流动。

电功率是指电能转化为其他形式能量时的速率。

2. 相、线和相序电力系统中涉及到的电压和电流可以表示为相或者线。

相是指交流电中相位相同的电压或电流，而线是指相位差120度的电压或电流。

相序是指电压或电流在有序周期性变化中的顺序。

3. 三相电源和三相负载电力系统中常用的是三相电源和三相负载。

三相电源是指三个相位交替生成的电源。

三相负载是指三个相位各自接受电源供电，并提供相应的电动力。

4. 电路拓扑电力系统中的电路可通过图形表示，这就是电路拓扑。

通过拓扑图能够清晰地理解电力系统的电路结构，更好地进行故障分析和计算。

二、故障分析计算1. 线路短路线路短路是电力系统中最常见的故障之一。

短路通常是由于电线分离或电器故障造成的，在故障发生时，电流会变得很大，这可能会导致设备损坏或起火。

短路的计算方法通常涉及到电流计算和电路阻抗的计算。

2. 过电压过电压是指电压突然升高或降低，可能是因为设备损坏或电源开关过程中反冲电压引起的。

过电压可能会导致设备损坏或短路。

3. 电力系统稳定性电力系统稳定性是指电网正常运行的能力。

当电力系统发生故障时，系统可能会失去稳定性，导致断电或更严重的事故。

电力系统的稳定性计算需要考虑各种电路和负载情况，并根据计算结果调整电压和频率。

总之，电力系统是一个重要的能源供给系统，在正常运行中需要注意安全和可靠性。

在故障分析和计算中，需要遵循严格的规范和标准，确保对电力系统的分析结果准确有效。

电力系统分析基础目录稳态部分一．电力系统的基本概念填空题简答题二．电力系统各元件的特征和数学模型填空题简答题三．简单电力网络的计算和分析填空题简答题四．复杂电力系统潮流的计算机算法简答题五．电力系统的有功功率和频率调整1．电力系统中有功功率的平衡2．电力系统中有功功率的最优分配3．电力系统的频率调整六．电力系统的无功功率和频率调整1．电力系统的无功功率平衡2．电力系统无功功率的最优分布3．电力系统的电压调整暂态部分一．短路的基本知识1.什么叫短路2.短路的类型3.短路产生的原因4.短路的危害5.电力系统故障的分类二．标幺制1.数学表达式2.基准值的选取3.基准值改变时标幺值的换算4.不同电压等级电网中各元件参数标幺值的计算三．无限大电源1.特点2.产生最大短路全电流的条件3.短路冲击电流im4.短路电流有效值Ich四．运算曲线法计算短路电流1．基本原理2.计算步骤3.转移阻抗4.计算电抗五．对称分量法1.正负零序分量2.对称量和不对称量之间的线性变换关系3. 电力系统主要元件的各序参数六．不对称故障的分析计算1.单相接地短路2.两相短路3.两相接地短路4.正序增广网络七．非故障处电流电压的计算1.电压分布规律2.对称分量经变压器后的相位变化稳态部分一一、填空题1、我国国家标准规定的额定电压有 3kv 、6kv、 10kv、 35kv 、110kv 、220kv 、330kv、 500kv 。

2、电能质量包含电压质量、频率质量、波形质量三方面。

3、无备用结线包括单回路放射式、干线式、链式网络。

4、有备用界结线包括双回路放射式、干线式、链式、环式、两端供电网络。

5、我国的六大电网：东北、华北、华中、华东、西南、西北。

6、电网中性点对地运行方式有：直接接地、不接地、经消弧线圈接地三种，其中直接接地为大接地电流系统。

7、我国110kv及以上的系统中性点直接接地，35kv及以下的系统中性点不接地。

二、简答题1、电力网络是指在电力系统中由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。

电力系统分析基础知识第一部分：电力系统分析基础知识1、电力系统中性点有哪些接地方式？各具什么特点？2、输电线的等值电路存有那几种形式？它们适用于的条件就是什么？3、当变压器带有一定负荷时，在其中要产生哪些功率损耗？它们与变压器的容量、负荷和电压有怎样的关系？空载时有无损耗？为什么？4、在展开多电压级电力网络的排序时，为什么功率不展开隆哥蒙，而电阻和磁滞应当隆哥蒙？电压和电流应不应隆哥蒙？5、电力系统接线如图所示，电网各级电压示于图中，求1)发电机和各变压器高低压侧额定电压；2)设t-1高压两端工作于+2.5%粘毛，t-2工作于主粘毛，t-3高压两端工作于-5%粘毛，谋各变压器实际变比。

6、降压变压器型号为sfl1-20000／110，额定容量为20000kva，电压110±2×2.5%／11kv，空载损耗p0=22kw，空载电流百分数i0%=0.8，短路损耗pk=135kw，短路电压百分数ud%=10.5。

求变压器等值电路及其参数。

7、某电力网接线如下图右图，各元件参数见到下表中，其中t-2高压两端直奔+2.5%分后接点运转，其它变压器均在主接头运行。

试1）做出元件参数用出名值则表示的等值电路，挑110kv为基本级；2）作出元件参数用标么值表示的等值电路，要求用两种方法计算。

取sb=100mva,ub=110kv。

第二部分：潮流计算1、推论电压损耗的公式。

2、推论功率损耗的公式。

3、计算电压损耗和功率损耗的公式中，所计算的功率是每相损耗还是三相总损耗？如果是每相损耗，试说明各参数的意义；如果是三相总损耗，说明各参数的意义。

4、电网线路和变压器电阻元件上的电压迫降如何排序？电压迫降的大小主要由什么同意？电压迫降的增益主要由什么同意？什么情况下可以发生线路末端电压低于首端电压的情况？=p+jq，5、如图所示系统，已知线路阻抗分别为r12+jx12，r23+jx23，节点运算负荷为s222，试进行潮流计算，画出节点1、节点=p+jq。

电力系统分析基础知识点总结电力系统是指由发电厂、变电站、输电线路和配电网等组成的电能供应系统。

电力系统的分析是对电力系统进行各种参数和运行条件的计算和评估，以保证电力系统的安全、稳定和经济运行。

下面是电力系统分析的基础知识点总结：一、电力系统模型1.电力系统分析的第一步是建立系统的数学模型。

常用的电力系统模型有节点模型、支路模型和矩阵模型。

2.节点模型是利用节点电压和分支电流表示电力系统的模型，适用于潮流计算、稳定计算等。

3.支路模型是利用支路电流和支路电压表示电力系统的模型，适用于短路计算、暂态稳定计算等。

4.矩阵模型是利用节点电压和支路电流构造的矩阵表示电力系统的模型，适用于状态估计、谐波计算等。

二、电力系统潮流计算1.电力系统潮流计算是解决电力系统节点电压和分支电流的问题。

2.潮流计算的目标是求解电力系统中每个节点的电压和每条支路的电流。

3.潮流计算的方法包括高斯-赛德尔迭代法、牛顿-拉夫逊迭代法、迭代法等。

三、电力系统短路计算1.电力系统短路计算是解决电力系统发生短路故障时，电流的分布和电压的变化的问题。

2.短路计算的目标是求解电力系统中每个节点的短路电流和各个分支的短路电压。

3.短路计算的方法包括节点法、支路法、短路阻抗法等。

四、电力系统暂态稳定计算1.电力系统暂态稳定计算是解决电力系统在故障情况下的暂态过程，如发电机的转速和电压的变化等问题。

2.暂态稳定计算的目标是求解电力系统中各个节点、线路和发电机的暂态响应。

3.暂态稳定计算的方法包括直接法、分步法、迭代法等。

五、电力系统谐波计算1.电力系统谐波计算是解决电力系统中谐波电流和谐波电压的问题。

2.谐波计算的目标是求解电力系统中各个节点的谐波电压和各个支路的谐波电流。

3.谐波计算的方法包括傅里叶级数法、谱域法、蒙特卡洛法等。

六、电力系统状态估计1.电力系统状态估计是利用实时测量数据对电力系统的状态进行估计，如电压的估计、负荷的估计等。