第六章 电力系统的对称故障分析
6.1 短路的一般概念 6.2 标幺制 6.3 恒定电势源供电系统的三相短路 6.4 有限容量电源的三相短路（自学） 6.5 三相短路电流的实用计算
6.1 短路的一般概念
⑴短路的定义:
短路就是指相与相或相与地(对于中 性点接地的系统）之间发生不正常 通路的情况。
⑵短路的种类
2
对称短路： 三相短路(5%)
单相接地短路(65%) 不对称短路： 两相短路(10%)
两相接地短路(20%)
⑶短路的图例及表示符号
3
各种短路的图例和代表符号 短路种类 示意图 代表符号
三相短路 两相短路接地
两相短路 单相短路
f （3）
f （1,1）
f （2） f （1）
4
⑷短路发生的原因
①雷击过电压或操作过电压所引起 的绝缘子、绝缘套管表面闪络放电；
②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；
5
③大风或导线覆冰引起的线路倒杆； ④运行人员的误操作，如带负荷拉刀 闸，线路或设备检修后未拆除接地线 就送电； ⑤鸟或动物跨接裸露导体等。
6
⑸短路的后果
①使短路点附近支路的电流大幅度增 加，引起导体发热或变形；
②系统电压大幅度下降，造成产品报 废、设备损坏等后果；
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最严重的后果
③短路故障会破坏系统的稳定运行。 ④不对称短路会对高压电力线路附 近的通信线路或铁道信号系统产生 严重的干扰。 说明如下：
8
S1
S2
~
~
当短路发生地点离电源不远而持续时 间又较长时，可能使并列运行的发电 厂失去同步，引发系统解列，造成大 面积停电。
9
f (1)
~
I
通信
线路
不对称短路时的不平衡电流产生 的磁通会在邻近平行架设的通信线路 上感应出很大的电动势。
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6.2 标幺制 一、基准值的选择 二、不同基值标幺值间的换算 三、各元件标幺值的近似计算
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标幺制：采用物理量的标幺值进
行分析计算的体制。
标幺值：
标幺值
=
实际有名值（任何单位） 基准值（与实际有名值同单位）
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?标幺值的特点
9① 能简化计算公式和计算过程，便于判断
设备的性能；
举例
9② 具有相对性。当给出某个量的标幺值时，
必须同时给出它的基准值，否则，这个量的 标幺值是无意义的。
9③只要选择合适的基准值，总可使得某物理
量的标幺值为1。
9④没有量纲，物理意义没有有名值明确。
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变压器1：UN=220kV，SN =120MVA
短路电压Us1=31.24kV
变压器2：UN=35kV， SN=400MVA
短路电压 Us2=4.85kV
设UB =UN ,则
U S1*
=
31.24 220
=
0.142
U S 2*
=
4.85 35
=
0.139
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只要选取合适的基准值，标幺值 计算中三相电路的计算公式将和单 相电路的计算公式相同；线电压的 标幺值将和相电压的标幺值相等。
怎样选取合适 的基准值？
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电力系统分析朱一纶课后习题选择填空解答第一章 1）电力系统的综合用电负荷加上网络中的功率损耗称为（D） A、厂用电负荷 B、发电负荷 C、工业负荷 D、供电负荷 2）电力网某条线路的额定电压为Un=110kV，则这个电压表示的是（C）A、相电压 B、1 相电压 C、线电压 D、 3线电压 3)以下（A）不是常用的中性点接地方式。 A、中性点通过电容接地 B、中性点不接地 C、中性点直接接地 D、中性点经消弧线圈接地 4）我国电力系统的额定频率为（C） A、 30Hz B、 40Hz C、50Hz D、 60Hz 5）目前,我国电力系统中占最大比例的发电厂为（B） A、水力发电厂 B、火力发电厂 C、核电站 D、风力发电厂 6）以下（D）不是电力系统运行的基本要求。 A、提高电力系统运行的经济性 B、安全可靠的持续供电 C、保证电能质量 D、电力网各节点电压相等 7）一下说法不正确的是（B） A、火力发电需要消耗煤、石油 B、水力发电成本比较大 C、核电站的建造成本比较高 D太阳能发电是理想能源
8）当传输的功率（单位时间传输的能量）一定时，（A） A、输电的压越高，则传输的电流越小 B、输电的电压越高，线路上的损耗越大 C、输电的电压越高，则传输的电流越大 D、线路损耗与输电电压无关 9）对（A）负荷停电会给国民经济带来重大损失或造成人身事故。 A、一级负荷 B、二级负荷 C、三级负荷 D、以上都不是 10）一般用电设备满足（C） A、当端电压减小时，吸收的无功功率增加 B、当电源的频率增加时，吸收的无功功率增加 C、当端电压增加时，吸收的有功功率增加 D、当端电压增加时，吸收的有功功率减少 填空题在后面 第二章 1）电力系统采用有名制计算时，三相对称系统中电压、电流、功率的关系表达 式为（A）A．S=UI B．S=3UI C．S=UIcos D．S=UIsin 2）下列参数中与电抗单位相同的是（B）A、电导B、电阻C、电纳D、导纳 3）三绕组变压器的分接头，一般装在（B）A、高压绕组好低压绕组 B、高压绕组和中压绕组 C、中亚绕组和低压绕组 D、三个绕组组装 4）双绕组变压器，Γ型等效电路中的导纳为（ A ） A．GT-jBT B．-GT-jBT C．GT+jBT D．-GT+jBT
一、初中物理电路故障分析 1、电压表示数为零的情况 A 电压表并联的用电器发生短路 (一灯亮一灯不亮，电流表有示数) B 电压表串联的用电器发生断路 (两灯都不亮，电流表无示数) C 电压表故障或与电压表连线发生断路 (两灯都亮，电流表有示数) 2、电压表示数等于电源电压的情况 A 电压表测量的用电器发生断路 （两灯都不亮，电流表无示数） 注：此时不能把电压表看成断路，而把它看成是一个阻值很大的电阻同时会显示电压示数的用电器，由于电压表阻值太大，根据串联电路分压作用，电压表两端几乎分到电源的全部电压，电路中虽有电流但是很微弱，不足以使电流表指针发生偏转，也不足以使灯泡发光。如果题目中出现“约”、“几乎”的字眼时，我们就锁定这种情况。 B 电路中旁边用电器发生短路 （一灯亮一灯不亮，电流表有示数） 总结：如图，两灯泡串联的电路中，一般出现的故障问题都是发生在用电器上，所以通常都有这样一个前提条件已知电路中只有一处故障，且只发生在灯泡L1或L2上。 若两灯泡都不亮，则一定是某个灯泡发生了断路，如果电压表此时有示数，则一定是和电压表并联的灯泡发生了断路，如果电压表无示数，则一定是和电压表串联的灯泡发生了断路。此两种情况电流表均无示数。 若一个灯泡亮另一个灯泡不亮，则一定是某个灯泡发生了短路，如果电压表此时有示数，则一定是和电压表串联的灯泡发生了短路，如果电压表此时无示数，则一定是和电压表并联的灯泡发生了短路。此两种情况电流表均有示数 3、用电压表电流表排查电路故障 A、用电压表判断电路故障，重要结论：电压表有示数说明和电压表串联的线路正常，和电压表并联的线路有故障。若电路中只有一处故障则电压表无示数时，和电压表并联的线路一定正常。
5-1. 供电系统如题图5-1所示，各元件参数如下。线路L ：长50km ，km x /4.0Ω=； 变压器T ：A MV S N ?=10,%5.10=s V ,11/110=T k 。假定供电点电压为kV 5.106，保持恒定，当空载运行时变压器低压母线发生三相短路。试计算： （1）短路电流周期分量，冲击电流，短路电流最大有效值及短路功率等的有名值； （2）当A 相非周期分量电流有最大或零初始值时，相应的B 相及C 相非周期电流的初始值。 解：kV V kV V V V MVA S B B av B B 5.10,115,,100)2()1(====即选 1512.0115 100504.02 2)1(1=??===B B L V S xL X x 05.110 100 105.02=?===N B S T S S V X x 2012.121=+=∑x x x 当空载运行时,短路点电压9261.0115 5 .106===B S V V V 当低压母线发生三相短路时： (1) 短路电流周期分量 kA kA V S x V I B B p 2394.45 .1031002012.19261.03)2(=??=?= ∑ 冲击电流 kA kA I k i P im im 79.102394.48.122=??== 短路电流最大有效值 kA kA k I I im P im 4014.6)18.1(212394.4)1(212 2 =-?+?=-+= 短路功率MVA MVA V I S B P K 1.775.102394.433)2(=??== (2) 短路电流非周期计算 若A 相非周期分量电流为最大时， kA kA I i P a ap 9945.52394.4414.12)(=?== 相应的B 相及C 相非周期电流的初始值为: kA kA i i i b ap b ap b ap 9973.22 9945 .521)()()(=-=-== 若A 相非周期分量电流为零时， 0)(=a ap i 相应的B 相及C 相非周期电流的初始值为: kA kA I i P b ap 1922.5)30cos(2394.4414.1)12090cos(2000)(-=-?-=--= 000 S 题图 5-1
实验六电力系统对称故障计算及分析 一、实验简介 本实验采用九节点电网模型进行，调用EMS中的“故障分析”高级应用功能。通过本实验，加深对较复杂系统故障计算的理解。 二、实验目的 1．掌握在仿真系统中设置故障。 2．对比不同地点相同故障下短路电流在电网中的分布状况。 三、实验内容 1. 对比线路三相短路前后各电气量的变化，掌握故障分量的换算。 2. 比较线路在不同地点三相短路时同一线路上故障电流的变化。 四、实验步骤及要求 启动仿真系统。运行桌面仿真系统启动文件，进入EMS下“工作平台”，在当前窗口下拉式菜单中依次执行“状态估计”、“故障分析”。在故障计算及分析中，有时需要考虑系统的接地方式，这就涉及到变压器中性点接地刀的操作。在仿真系统的“故障分析”窗口对接地刀的具体操作方法是：选中接地刀，按右键，选“执行中性点接地刀操作”，则原来断开的接地刀就闭合；执行同样操作，也能使原来闭合的接地刀就断开。可根据需要进行相应操作。 1.不同地点三相短路对比 打开九节点全网图，点击线路LineAto2并按下右键，在弹出的菜单项中选“设置故障”，在出现的窗口中“故障类型”栏选择“设置ABC三相短路”，故障位置在线路中部(50%)，故障持续时间设为50ms。按确定后，在菜单栏上选择“请求故障计算”，系统便进行故障计算。在当前“功率潮流”状态下点击“功率潮流”的下拉式菜单，分别选择“故障A相”、“故障B相”、“故障C相”等，电网元件模型上便会出现相应的不同的值，观察记录下各状态下故障线路LineAto2的故障电流和各节点母线电压。 在菜单栏上选择“故障分析”---“清除操作”后，返回基态潮流。此时再对线路LineBto2设置三相短路故障，具体操作方法和步骤与上一步相同，设置故障的信息也与上一步统一，以保证结果有较好的可比性。在线路 LineBto2上按右键，选择“设置ABC三相故障”，故障位置、持续时间设为50ms，按确定后，在菜单栏上选择“请求故障计算”，系统便进行故障计算。
第八章 电力系统不对称故障的分析计算 主要内容提示: 电力系统中发生的故障分为两类:短路与断路故障。短路故障包括:单相接地短路、两相短路、三相短路与两相接地短路;断路故障包括:一相断线与两相断线。除三相短路外,均属于不对称故障,系统中发生不对称故障时,网络中将出现三相不对称的电压与电流,三相电路变成不对称电路。直接解这种不对称电路相当复杂,这里引用120对称分量法,把不对称的三相电路转换成对称的电路,使解决电力系统中各种不对称故障的计算问题较为方便。 本章主要内容包括:对称分量法,电力系统中主要元件的各序参数及各种不对称故障的分析与计算。 §8—1 对称分量法及其应用 利用120对称分量法可将一组不对称的三相量分解为三组对称的三序分量(正序分量、负序分量、零序分量)之与。 设c b a F F F ? ? ? 为三相系统中任意一组不对称的三相量、可分解为三组对称的三序分量如下: ()()()()()()()()() 021021021c c c c b b b b a a a a F F F F F F F F F F F F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???++=++=++= 三组序分量如图8-1所示。 正序分量: ()1a F ?、()1b F ? 、()1c F ? 三相的正序分量大小相等,彼此相位互差120°,与系统正常对称运行方式下的相序相同,达到最大值的顺序a →b →c, 在电机内部产生正转磁场,这就就是正序分量。此正序分量为一平衡的三相系统,因此有:()()11b a F F F ? ?? ++ 负序分量:()2a F ? 、()2b F ? 、()2c F ? 三相的负序分量大小相等,彼此相位互差°,与系统正 常对称运行方式下的相序相反,达到最大值的顺序a →c →b,在电机内部产生反转磁场,这就就是负序分量。此负序分量为一平衡的三相系统,因此有:()()()222c b a F F F ? ??++=0。 零序分量:()0a F ? 、()0b F ? 、()0c F ? 三相的零序分量大小相等,相位相同,三相的零序分量同时达到最大值,在电机内部产生漏磁,其合成磁场为零。这就就是零序分量。 如果以a 相为基准相,各序分量有如下关系: 图 8-1 三序分量 F c(0) ·零序 F b(0) ·F a(0) ·120° 120° 120° 正序 F b(1) · F a(1) · F c(1) ·ω 120° 120° 120° 负序 F a(2) · F c(2) ·F b(2) ·ω
研究与开发 年第期 6 电力系统故障录波数据分析 邵玉槐 许三宜 何海祥 丁周方 (太原理工大学电气与动力工程学院,太原 030024 摘要电力系统故障录波数据是电力系统故障分析和保护动作判据的重要依据。本文提出了据电力系统故障录波数据完善了频率分析、谐波分析、故障定位的数学分析方法。采用 java 编程语言完成部分过程的编制工作。同时针对目前双端测距存在的伪根问题,提出了一种新的求解过程。 关键词:电力故系统故障分析;故障录波数据;双端测距 Power System Fault Recorder Data Analysis Shao Y uhuai X u Sa nyi He Haixiang Ding Zhoufang (College of Electrical and Power Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024 Abstr act The power system fault recorder data provides the important basis for fault analysis and protective operating criterion. The paper improved frequency measurement mathematical analysis algorithm and harmonic analysis mathematical
analysis algorithm as well as fault location mathematical analysis algorithm by use of those data. Using java programming language as development tools and accomplish some function. At the same time, the paper proposes a new solving process aiming at false roots in two-terminal fault location. Key words :power system fault analysis ; fault recorder data ; two-terminal fault location 1引言 电力系统故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统或一种装置。近年来, 不同类型的故障录波器已在电力系统中得到广泛应用, 所记录的各种故障录波数据为电力系统故障分析及各种保护动作行为的分析和评价提供了数据来源和依据。 目前,电网调度端已能通过专用网或电话网将电网故障录波数据集中到一起,但如何有效管理和利用这些信息进行必要的故障分析、保护动作行为评价及故障测距等并没有统一的标准 [1]。 2系统总体设计 java 的最大优势就是跨平台,通俗地说可以用于各种操作系统,本系统是以java 为平台开发的基于 IEEE 标准的 COMTRADE 数据格式的面向对象的可视化程序,下面简单说一下设计思路: (1数据采用的格式 目前故障录波器基本上采用 IEEE 的 COMTRADE 标准。每个 COMTRADE 记录都有一组 4个与其相关的文件,其中 CFG 和 DA T 文件有严格的格式,用于存储通道数据和相关解释信息; HDR 没有固定格式。 COMTRADE 文件遵循固定的记录格
1故障类型 电力系统的线路故障总的来说可以分为两大类：横向故障和纵向故障。横向故障是指各种类型的短路，包括三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。三相短路时，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，又称为对称短路。其余几种种类型的短路，因系统的三相对称结构遭到破坏，网络中的三相电压、电流不再对称，故称为不对称短路。运行经验表明，电力系统各种短路故障中，单相短路占大多数，约为总短路故障数的65%，三相短路只占5%～10%。三相短路故障发生的几率虽然最小，但故障产生的后果最为严重，必须引起足够的重视。此外，三相对称短路计算又是一切不对称短路计算的基础。纵向故障主要是指各种类型的断线故障，包括单相断线、两相断线和三相断线。 2对称分量法和克拉克变换 2.1对称分量变换 三相电路中，任意一组不对称的三相相量都可以分解为三组三相对称的分量，这就是所谓的“三相相量对称分量法”。对称分量法是将不对称的三相电流和电压各自分解为三组对称分量，它们是： （1） 正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序与系统正常运行方 式下的相同； （2） 负序分量：三相负序分量的大小相等，相位彼此相差2pi/3，相序与正序相反； （3） 零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。 为了清楚起见，除了仍按习惯用下标a 、b 和c 表示三个相分量外，以后用下标1、2、0分别表示正序、负序和零序分量。设. a F 、. b F 、. c F 分别代表a 、b 、c 三相不对称的电压或电流相量，. 1a F 、. 2a F 、. 0a F 分别表示a 相的正序、负序和零序分量；. 1b F 、. 2b F 、. 0b F 和 .1c F 、.2c F 、. 0c F 分别表示b 相和c 相的正、负、零序分量。 通常选择a 相作为基准相，不对称的三相相量与其对称分量之间的关系为： ..21..2 2..01113111a a a b a c F F a a a a F F F F ???? ??? ? ? ? ?= ? ? ? ? ? ??? ? ????? 式中，运算子120j a e = ，2240j a e = ，且有31a =，2310a a ++=； 我们令 2211111a a S a a ?? ?= ? ??? 称为对称分量变换矩阵。我们有： 120abc F SF = 它的逆
电力系统分析（下册）题库
①简单②收敛快③准确④占用内存小 15.通常逆调压的调压范围是（基准为U N）（） ①0～5% ②2.5～%7.5% ③5%～10% ④0～10% 1 16.仅改变变压器变比调压的是（） ①典型的顺调压②典型的逆调压③典型的常调压④均不对 1 17.在发电机稳态运行状态中，机械功率P T与电磁功率相比，将（） ①大②小③相等④无关系 3 18.P－δ曲线被称为（） ①耗量特性曲线②负荷曲线③正弦电压曲线④功角曲线 4 19.等面积定则主要用于分析简单系统的（） ①潮流计算②故障计算③调压计算④暂态稳定分析 4 20.关于中等长度线路下述说法中错误的是（） ①长度为100km~300km的架空输电线路属于中等长度线路； ②潮流计算中中等长度线路采用集中参数 型等值电路作为数学模型； ③潮流计算中中等长度线路可以忽略电导和电纳的影响； ④潮流计算中中等长度线路可以不考虑分布参数的影响。 3 21.如果高压输电线路首、末端电压之间的关系为U1
摘要 电力系统发生不对称短路故障的可能性是最大的，本课题要求通过对电力系统分析不对称短路故障进行分析与计算，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择和继电保护等提供重要的依据。 关键字：标么值；等值电路；不对称故障
目录 一、基础资料 (3) 二、设计内容 (3) 1.选择110kV为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。并求出各序元件的 参数。 (3) 2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。 (6) 3.K处发生单相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电流。 (7) 4.设在K处发生两相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。求出短路电 流。 (9) 5.讨论正序定则及其应用。并用正序定则直接求在K处发生两相直接短路时的短路电 流。 (11) 三、设计小结 (12) 四、参考文献 (12) 附录 (12)
一、基础资料 1. 电力系统简单结构图如图1所示。 图1 电力系统结构图 在K 点发生不对称短路，系统各元件标幺值参数如下：（为简洁，不加下标*） 发电机G1和G2：S n =120MV A ，U n =10.5kV ，次暂态电动势标幺值1.67，次暂态电抗标幺值0.9，负序电抗标幺值0.45； 变压器T1：S n =60MV A ，U K %=10.5 变压器T2：S n =60MV A ，U K %=10.5 线路L=105km ，单位长度电抗x 1= 0.4Ω/km ，x 0=3 x 1, 负荷L1：S n =60MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 负荷L2：S n =40MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 取S B =120MV A 和U B 为所在级平均额定电压。 二、设计内容 1.选择110kV 为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。并求出各序元件的参数（要求列出基本公式，并加说明） 在产品样本中，电力系统中各电器设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的都是标么值，即以本身额定值为基准的标么值或百分值。 计算系统各元件表么值（取基准容量：120B S MVA =；基准电压：B av U U =（kv ））
基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 摘要：本文介绍了MATLAB软件在电力系统中的应用，以及利用动态仿真工具Simulink 和电力系统工具箱PSD进行仿真的基本方法。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。结果表明，仿真波形基本符合理论分析，说明了MATLAB是电力系统仿真研究的有力工具。 关键词：电力系统；仿真；故障；MATLAB；GUI Abstract：This paper introduces the applications of MATLAB in power system analysis, and the basic simulation method of taking use of Simulink and PSD. On MATLAB simulation platform, take a single machine-infinite-bus system as modeling objects, by selecting the module, parameter settings, and connecting modules to simulate and analyse various fault of power system. At the same time, in order to facilitate comparison and analysis simulation waveform, design a GUI for showing waveform clearly. The results show that the simulation waveform in line with theoretical analysis, indicates that MATLAB is a powerful tool for researching simulation of power system. Keywords：PowerSystem; Simulation; Fault; Matlab; GUI 0 前言[1,2] 随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。现在，我们主要使用的电力系统仿真软件有：EMTP程序，用于电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态过电压分析，暂态保护装置的综合选择等。PSCAD／EMTDC程序，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律。PSASP，其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有MathWorks公司开发的MATLAB软件。在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink 环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。更重要的是，MATLAB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。本篇论文将在熟练掌握MATLAB软件的基础上，对电力系统的故障进行建模、仿真、分析，并且设计一个GUI图形用户界面来反映故障波形。 1 MATLAB简介[3] MATLAB有强大的运算绘图能力，给用户提供了各种领域的工具箱，而且编程语法
7 电力系统对称故障分析计算 7. 1 习题 1) 电力系统短路的类型有那些？那些类型与中性点接地方式有关？ 2）什么是横向故障？什么是纵向故障？ 3）短路有什么危害？ 4）无限大容量电源的含意是什么？ 5）什么是最恶劣的短路条件？ 6）什么是冲击电流？什么是冲击系数？ 7）无限大容量电源供电系统发生对称三相短路周期分量是否衰减？ 8）无限大容量电源供电系统发生对称三相短路是否每一相都出现冲击电流？ 9）什么是无限大容量电源供电系统短路电流最大有效值？如何计算？ 10）无限大容量电源供电系统短路电流含那些分量？交流分量、直流分量都衰减吗？衰减常数如何确定？ 11）用瞬时值计算公式说明t=0时周期分量与非周期分量的关系。 12）下图为长方形超导线圈长lm，宽1m，处于均匀磁场B0中，其线圈平面与磁场B0垂直时闭合开关k，此时超导线圈的磁链是多少？线圈转90○时，磁链又是多少？ k 图7- 1 习题7-12 13）为什么设定发电机电流、电压、磁链的正方向？每个回路的电流、电压和各绕组磁链的正方向、绕组轴线正方向如何规定？ 14）写出a相回路的瞬态电压方程（考虑其它绕组对a相回路的互感）。
15）（7-1）式回路方程与磁链方程（7-2）式什么关系？ 16）（7-1）式回路方程是否可解？为什么？ 17）哪些电感系数不变化？为什么不变化？ 18）什么是磁链？什么是一个绕组的自磁链？什么是绕组之间的互磁链？ 什么是一个绕组的总磁链？ 19）什么是综合相量？在派克变换中的作用是什么？ 20）什么是派克变换矩阵？为什么进行克变换？电流、电压、磁链的派克变换矩阵是否相同？ 21）派克变换矩阵中的θ角是什么角？ 22）以知a ，b ，c 三相电压u t a =+1sin()ωα，u t b =+-11200 sin()ωα， u t c =++11200sin()ωα，求d ，q ，0轴电压。 23）读者自己对磁链方程（7-2）式到（7-9）和回路方程（7-1）式到（7-8）式的做一次派克变换推导。明确体验（7-2）式中的电感系数已变成常数。 24）如何由派克方程导出发电机稳态电压方程？什么是虚构电势&E Q ？它有什么作用？如何 计算？ 25）如何依据发电机稳态电压方程画稳态相量图？ 26）已知发电机正常运行于额定参数P N =100MW ，cos φ=0.85， U N =10.5kV ，X d =1，X q =0.7，R =0下，求发电机空载电势E q 并画相量图。 27）短路后，定子绕组、转子励磁绕组都含有哪些电流分量？各按什么时间 常数衰减？ 28）&'E ，'E q 各是什么电势？两者有什么关系？'E q ||0、'E q 0、'E q 、E q ||0电势 是什么关系？ 29）不计阻尼时，定子直流分量电流, 励磁绕组基频交流电流分量按什么时间常数衰减？励磁绕组直流电流，定子二倍频交流电流分量按什么时间常数衰减？ 30）''&E ，''E q ，''E d 各是什么电势？三者有什么关系？''E q 短路前后是否 变化？''E q ||0与''E q 是否相等？''E q ||0与E q ||0什么关系？''E q ||0值在空载下短路与负载下短路是否一样？
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)111103311 10fA fA fA fA fA fA fA I I a a I I a a 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) fA fA fA fA fA fA fA U U U U I I I ?=++=?? ==?? (1) (2) (3)
电路故障分析总结归纳 如果电压表有示数，说明电压表的两个接线柱与电源两极间连接良好，并且电压表没被短路，如果电流表有示数，说明电流表所在电路是通路，电路故障很可能是某处短路。 一、开路的判断 1、如果电路中用电器不工作（常是灯不亮），且电路中无电流，则电路开路。 2、具体到那一部分开路，有两种判断方式： ①把电压表分别和各处并联，则有示数且比较大（常表述为等于电源电压）则电压表两接线柱之间的电路开路（电源除外）； ②把电流表分别与各部分并联，如其他部分能正常工作，电流表有电流，则当时与电流表并联的部分断开了。（适用于多用电器串联电路） 二、短路的判断 1、串联电路或者串联部分中一部分用电器不能正常工作，其他部分用电器能正常工作，则不能正常工作的部分短路。 2、把电压表分别和各部分并联，导线部分的电压为零表示导线正常，如某一用电器两端的电压为零，则此用电器短路。 ※根据近几年中考物理中出现的电路故障，总结几条解决这类问题的常用的主要判断方法： “症状”1：用电器不工作。诊断： （1）若题中电路是串联电路，看其它用电器能否工作，如果所有用电器均不能工作，说明可能某处发生了断路；如果其它用电器仍在工作，说明该用电器被短路了。 （2）若题中电路是并联电路，如果所有用电器均不工作，说明干路发生了断路；如果其它用电器仍在工作，说明该用电器所在的支路断路。 “症状”2：电压表示数为零。诊断： （1）电压表的两接线柱到电源两极之间的电路断路； （2）电压表的两接线柱间被短路。
“症状”3：电流表示数为零。诊断： （1）电流表所在的电路与电源两极构成的回路上有断路。 （2）电流表所在电路电阻非常大，导致电流过小，电流表的指针几乎不动（如有电压表串联在电路中）。 （3）电流表被短路。 “症状”4：电流表被烧坏。诊断： （1）电流表所在的电路与电源两极间直接构成了回路，即发生了短路。 （2）电流表选用的量程不当。 三、归纳： 串联电路中，断路部位的电压等于电源电压，其它完好部位两端电压为0V. 串联电路中，短路部位的电压等于0V，其它完好部位两端有电压，且电压之和等于电源电压。 不管“短路、断路”成因是多么复杂，其实质却很简单，我们可以认为“短路”的用电器实质就是电阻很小，相当于一根导线，“断路”的用电器实质就是电流无法通过相当于断开的电键。在分析中用导线代替“短路”的用电器，用断开的电键代替“断路”的用电器，往往会收到意想不到的效果。 形成故障的原因很多，比如“短路”有可能是用电器两个接线柱碰线造成，也可能是电流过大导致某些用电器内部击穿，电阻为零；“断路”有可能是导线与用电器接触不良造成，也可能是电流过大将用电器某些部分烧断造成。
第五章复习题 一、选择题 1＞电力系统频率主要取决于（）o A.无功平衡 B.有功平衡 C.各节点电压的高低 D.各节点注入电流的大 小 2、在系统运行中，调频厂最好由（）担任。 A.核电厂 B.热电厂 C.高效率机组电厂 D.非洪水季节水电厂 3、有功功率最优分配的准则是（）。 A.按等耗量微增率 B.按等比耗量 C.按效率相同 D.按消耗量 4、为了能及时向增加的负荷供电而设置的备用应是（）。 A.事故备用 B.检修备用 C.冷备用 D.热备用 5、频率的二次调整是由（）o A.发电机组的调速系统完成的 B.负荷的频率特性来完成的 C.发电机组的调频系统完成的 D.有功功率的经济分配完成的 6、电力系统屮能实现无差调节的调频方式是（） A. 一次调频 B.二次调频 C.都可以 D.都不能 7、系统有功备用容量中，哪种可能不需要专门设置（） A.负荷备用 B.国民经济备用 C.事故备用 D.检修备用 8、电力系统有功功率最优分配的原则是（）o A.等面积原则 B.等力矩原则 C.等负荷原则 D.等耗量微增率原则 9、电力系统的有功电源是（） A.发电机 B.变压器C?调相机 D.电容器 10、负荷的单位调节功率可以表示为（）
5 町 5 巧A? KL= △了 B. KL二出巴C? KL= D? KL=从
11、运转中的发电设备所留有的备用容量称为（） A.冷备用 B.热备用 C.检修备用 D.国民经济备用 12、发电机单位时间内消耗的能源与发出的有功功率的关系称为（） A.比耗量 B.耗量微增率 C.耗量特性 D.单位调节功率 13、如果发电机不参加调频，当负荷增加时，系统的频率会（）o A.升高； B.降低； C.不变 14、单位时间内输入能量增量与输出功率增量的比值称为（）o a?比耗量；b.耗量特性；c?耗量微增率；d?等耗量微增率 二、判断题 1、A系统运行于50Hz, B系统运行于49.8Hz,两系统通过联络线组成互联系统，则联络线上的功率从A流向Bo （） 1、电力系统各电源之间有功功率的最优分配原则是等网损微增率准则。（） 2、常规电网屮同步发电机是电力系统屮唯一的有功电源。（） 3、调频厂增加出力时，使系统频率下降。（） 4、发电机多发无功功率时会受到定子电流的限制，而使容量不能充分利用。（） 5、利用电力系统的一次调频就能保持系统的频率。（） 6、调差系数越大，则同等频率下降时发电机所带负荷增大越多。（） 7、系统频率的上升将使负荷所需要的有功功率减小。（） 8、电力系统频率的二次调整是由发电机组的调速器完成的。（） 9、为了增加发电机调节负荷的能力，希望发电机的转差率。越小越好。（） 10、电力系统有功功率和无功功率的流向都是从高电压节点流向低电压节点。（） 三、填空题 1、能够实现无差调节的调频方式是_________________ O 2、电力系统频率调整分为______________ , _____________ , ______________ o 3、发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，称为_____ o
初中电路分析问题及考题汇编 电路分析 一、方法介绍 1.电路简化 这是电路分析中的一个非常重要的步骤，只有把比较复杂的电路简化才能进行电路的分析。对于电路的简化概括为一下几种方法： ⑴对于电路中存在的电流表，由于其电阻极小，因此可以用导线将其取代； ⑵对于电路中存在的电压表，由于其电阻极大，因此可以看作断路而直接将电压表去掉； ⑶对于电路中存在的短路、断路的这部分电路，由于实际没有电流通过，因此也可以直接将该部分电路去掉； ⑷对于电路出现的导线端点可以不经电源、用电器、等任意移动； ⑸对于电路中出现的滑动变阻器，可以看作是有两个定值电阻组成的电路。 经过以上几种电路简化后，电路就会变得比较简单，容易识别出是并联还是串联，明确各用电器的关系，接下去进行第二个步骤是电表的对应。 2.电表对应 经过电路简化后，电路中基本只出现电源、用电器，电路显得比较简单，把刚才去掉的电表复原上去，。 3.电路判断 根据题目要求对简化后、电表复原后的电路，结合串并联电路的知识、综合题意进行判断，比如电表的测量分析、电路连接的分析、电路故障的分析、动态电路各电表的示数变化情况等。 二、典型例题分析：（注：以下分析电压表和电流表分别用“A表、V表”代替） 例1如图1-1所示的电路，开关S闭合后，判断电路的连接情况及各电表的测量对象。 例2如图2-1所示的电路，分析开关S闭合前后A表和V表的变化情况。 例3如图3-1所示，判断V表的测量对象。 例4如图4-1所示，滑动变阻器的滑片P向右移动时，各电表示数变化情况。
例5在图5所示的电路中,电源电压不变。闭合电键K，电路正常工作。 一段时间后，发现其中一个电压表示数变大，则（） A．灯L可能变亮 B．灯L亮度可能不变 C．电阻R可能断路 D．电阻R可能短路 例6如图6-1所示，电源电压保持不变，闭合开关S，滑片P向右移动， 各电表的变化情况怎样。 分析：本题是一个比较复杂、综合的电路分析题。首先根据电路的简化原则，进行如图6-2所示的简化，把虚线框内的部分电路去掉，变成如图6-3所示的电路，很明显灯L与滑动变阻器的连接方式是并联，再把各电表进行对应，A1测滑动变阻器的电流，A2测干路电流，V表测并联电路的路端电压，最后判断，当滑片向右移动是变阻器的阻值变大，则A1和A2均变小，V表示数不变。 三、对应演练： 1. 在图7中，灯泡L1和灯泡L2是_ _ __联连接的。当电键K断开时，电压表的示数将________；电流表A1的示数将__________，电流表A2的示数将__________ (选填“增大”、“不变”或“减小”)。 2.在如图8所示的电路中，当电键K断开时，电阻R1与R2是________联连接的。电键K闭合时，电压表的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。 3. 在如图9所示的电路中，当电键K闭合后，电路中A表、V表及灯泡亮度的变化情况。 4. 在如图所示的电路中，电源电压不变。闭合电键K后，灯L1、L2都发光。一段时间后，其中一灯突然熄灭，而电流表、电压表的示数都不变，则产生这一现象的原因可能是（）A．灯L1短路 B．灯L2短路 C．灯L1断路 D．灯L2断路 5. 如图所示，闭合电键K，当滑动变阻器的滑片P向右移动时，电流表的示数将_______，电压表的示数将 (选填“变小”、“不变”或“变大”)。
相分量法和序分量法各自的特点，以及相互的区别和联系 序分量法的原理 对称分量法的特点（相对于其他序分量法） 序分量法和相分量法在进行复杂故障分析时的流程。 对同步发电机的数学模型进行派克变换的数学和物理意义是什么？（05A） 对同步发电机的数学模型进行派克（Park）变换的数学和物理意义是什么？（03A） 写出dp0坐标下的同步发电机的磁链方程和电压方程，简述派克（Park）变换在同步发电机建模及分析中的作用是什么？（04电科院） 相分量法和序分量法各自的特点，以及相互的区别和联系 1)相分量是客观存在的。因此相分量法能够准确地反映电力网络的所有实际问题，故障处理方法直观实用。 2)由于相坐标空间里元件参数存在耦合的问题，相分量计算方法的计算量比较大，同时复杂的耦合关系也使得相分量法在网络处理上不同于单相的情况，比采用单相网络的分析计算技术要困难得多。 方便的系统运行描述和准确地系统参数仿真是相分量法最大的优势。国外许多大型研究机构都将相分量法作为主要的计算工具。一个著名的例子就是EMTP。 1)序分量是相分量经过数学变换得到的。序分量法通过坐标变换使在相坐标空间存在三相耦合关系的对称元件在序分量坐标空间得到解耦， 2)在完全由对称元件组成的系统中，耦合的三相网络可以等效成三个独立的序分量对称网络，在网络分析方面与三个单相网络相同，可以使用单相网络分析的方法进行处理，并且能够大幅度简化计算。 3)序分量法因为模型简单、算法组织性强和计算速度快而得到了更广泛的认同，在更多的实用化的电力系统分析计算软件包中得到了应用。 序分量法中最经典的就是对称分量法，对称分量法可以方便地通过序网连接方式的改变而实现单一不对称简单故障，但是对于任意复杂故障，序网的边界条件不易实现，同时序网的连接方式随故障的不同而变化，不利于程序的实现。相分量法能够轻松地处理任意的复杂故障，程序实现也极其方便。对于一些不对称情况，都会在序网序网坐标空间内解耦失败，从而不能实现序网分离，序网法因此遭受严重影响。 想分量法可以直接计算不对称元件组成的系统，而无需做任何处理。 复杂故障计算的方法： 对称分量法为代表的序分量法可以十分方便地通过序网连接方式的改变来仿真单一不对称简单故障，但是对于继电保护专家们感兴趣的任意复杂故障，比如一点同时发生断线和短路故障时，序网的边界条件不易实现，同时序网的连接方式随故障的不同而变化，不利于程序的实现。 相分量法能够轻松地处理任意的复杂故障，程序实现也极其方便。 随着电力工业的飞速发展，三相参数不对称的元件不断出现，电力系统三相参数不对称的问题越来越突出。由于参数的三相不对称，元件不能实现在序分量坐标空间解耦，也就不能形成独立的序网，因而序分量的序网连接的故障处理方法也就不能继续使用了。 一些不对称的情况和未来即将使用的统一潮流控制器、静止无功补偿器等不对称元件一样，都会使元件在序分量坐标空间的解耦失效，从而不能实现序网的分离。序分量法的应用因此遭到严重影响，即使简单故障的分析也不能采用序分量法计算。目前文献中采用序分量法处理三相参数不对称元件的主要途径就是采用补偿法。 在这种情况下，相分量法就表现出明显的优势。它可以直接计算不对称元件组成的系统，无需做任何处理。
电力工程 2010．9 143 电力系统的故障分析及应对措施 杨 利 鸡西电业局密山一次变电所 黑龙江 密山 158300 【摘 要】电力是国家的支柱能源和经济命脉。随着现代社会生产力水平的不断提高，电能用户对于供电可靠性特别是连续性的要求越来越高，优质、可靠、稳定的电力供应己成为电力用户的普遍需求。电网的扩大、运行条件日趋复杂、电网用电设备种类和数量的大量增加、自然灾害和误操作等因素使得电网故障频繁发生。但是，电力系统的事故，尤其是由于各种偶然因素造成的事故从客观上讲是不可能完全避免的。如果局部故障未能得到及时有效的处理，还可能导致全网的大规模停电事故。 【关键词】电力系统 故障 措施 线路 电力系统可能发生的故障类型比较多，其中短路故障是电力系统中最常见危害最严重的故障。在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的，如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，就称电力系统发生了短路故障。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。电力系统的运行经验表明，短路故障主要是单相接地短路。 1、电力系统主要故障分类 1.1 输电网络故障 输电网络是电力系统中的一个中间环节，负责将电能从各发电中心送到各负荷中心。输电网络包括输电线路、母线以及监控装置。电力系统运行中，输电网络的异常与事故主要可以划分为输电线路故障、母线故障、系统振荡、系统瓦解等。 1.2 输电线路故障 输电线路的故障，大都是“瞬时性”的故障，在线路被继电保护迅速动作控制断路器跳闸后，故障点的绝缘平衡可自行恢复，故障随即消失。此时，如果把跳闸的线路断路器重新合上，就能够恢复正常的供电。在输电线路故障中，常见的几种故障类型包括: (1)单相接地短路；单相接地短路是最常见的故障，约占全部故障的80%以上。对于中性点直接接地系统，发生单相接地时，要求迅速切除故障点。对于中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的系统，发生单相接地时，允许短时间带电运行，但要求尽快寻找接 地点，将接地部分退出运行并进行处理。 (2)两相接地短路；两相接地短路一般不会超过全部故障机率 的10%。在中性点直接接地系统中，这种故障多在同一地点发生; 在中性点非直接接地系统中，常见情况是先发生一点接地，而后其 他两相对地电压升高，在绝缘薄弱处形成第_接地点，此两点多数 不在同一点。 (3)两相短路及二相短路；两相短路及二相短路相对较少，一 般不超过全部故障机率的5%，但这种故障比较严重，故障发生后 要求更迅速的切除。 1.3 母线故障 电力系统中枢纽变电所的母线上发生故障时，可能会使系统用 户停电，使相关的联络线过载，严重的还可能引起系统稳定的破坏， 造成严重后果。发生母线故障的原因主要有:母线短路或母线保护 拒动、误动作;送出故障引起的越级跳闸等等。 1.4 系统振荡 系统振荡对输电网络的打击要更大，严重的可能使系统瓦解。系 统振荡时，各发电机和电源联络线电力系统故障诊断上的功率、电流、 以及某些节点的电压将有不同程度的周期性的变化。同步振荡时，规 程规定还有较多的时间允许来消除振荡源，当异步振荡时，规定在系 统振荡超过二分钟仍未消除时，就应迅速按规定的解列点解列。 1.5 系统瓦解 系统瓦解是指由于电力系统稳定破坏、频率崩溃、电压崩溃、 连锁反应或自然灾害等原因造成的大面积的停电事故状态，对电力 系统和用户危害最大，损失也最大。一般这种系统瓦解事故起源于 一条输电线路或一组变压器的过负荷造成的连锁反应。所以对单个 元件的事故处理务必要迅速、及时，防止事故的扩大、对输电网络 产生毁灭性的影响。 1.6 电力变压器故障 （1）绝缘结构:电力变压器包括油浸变压器和十式变压器，而 大容量的变压器一般都是油浸变压器。其绝缘结构主要由油、纸、纸板和其他固体绝缘等构成的固体——油绝缘结构。绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因。虽然在设计上具有足够的电气强度和优良的机械性能，但是在制造过程中的偶然因素会造成一些先天性局部缺陷是这些缺陷会造成绝缘体内部或表面出现某些区域电场强度高于平均电场强度，当这些区域的击穿场强低于平均击穿场强时，将会首先发生放电、而其他区域仍保持绝缘特性，从而形成局部放电。 （2）高压断路器故障:在电力系统中，高压断路器是最重要的设备之一，高压断路器在电网中主要有控制和保护两种作用，即能根据电网的需要进行相应电力设备及线路的投切以及当电力设备或线路发生故障时，将故障部分迅速从电网中切除，保证电网无故障部分可靠运行。高压断路器的主要技术参数有::额定电压、额定 电流、额定开断电流、额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流、额定短路持续时间、额定短路关合电流和动作时间。高压断路器性能的可靠性关系到整个电力系统的安全运行。 1.7 其它电力设备故障 除了变压器和断路器，电力系统中还包括隔离开关、电压电流 匀_感器、避雷器和电容型设备等重要设备。这些设备的情况也会影响整个系统的正常运行。 2、电力系统运行保护措施及改进建议 2.1 闭锁操作 闭锁食指独立式电压无功综合控制装置在检测并判断到装置本身自检出现异常、变压器和电容器以及系统出现异常时，即使停止自动调节，并能发出信号的功能。电力系统采用独立式电压无功综合控制系统设置多种闭锁功能，当闭锁信号发出时，运行人员应仔细查看菜单显示的异常信息，并作出相应处理。只有确认外围回路确实没有问题才能按复归按钮。属于保护动作或遥控拒动情况时更应仔细检查,如电容器、主变保护动作后,只有故障消除、设备重新投入运行,才能解除闭锁。 2.2 压板投退操作 独立式电压无功综合控制系统设有专门的压板控制变压器和电容器的动作,当电容器检修时未退相应的出口压板,当达到动作定值时,独立式电压无功综合控制系统可能会投入电容器,若恰好此时电容器处有检修工作人员,则会威胁到人身安全,建议将压板投退操作编入典型操作票中,运行人员当作现场规程来执行。 2.3 统计功能的完善 电容器投退前后母线电压值、电容器动作时间、投退动作次数,主变分接头动作前后的档位及母线电压、分接头动作时间和次数等数据,是分析设备运行情况、为设备检修提供依据的基础数据,也是电力系统运行月报中的必要内容。目前独立式电压无功综合控制系统只能显示一条闭锁信息,而不能将这些数据发送到后台机。建议将闭锁信息的详细内容发送到后台机,并增加数据统计功能,以利于运行人员及时发现和处理异常,提高系统利用率。 参考文献 [1] 王晓东.电力系统故障诊断[M].河北工业大学,2007.12. [2] 毛晓东.电力系统故障诊断应用技术研究[M].哈尔滨工程大学,2009.03. [3] 李强.电力系统故障诊断方法研究[M].山东大学.2004.