【正文】 有電感 L、 R=0時(shí)， Ta=∞， KM =1~2 ? KM一般取為 ~ ? 用途：校驗(yàn)電氣設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度。 //39。[ s in ( ) s in ( ) ] s in ( )atTm m mU U Ui e tZZZ ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? 若改變 α ，使 與時(shí)間軸平行，直流分量起始值較大； ? 若 ，則 與時(shí)間軸垂直，直流分量為零； ? 若短路前為空載，即 ，直流分量起始值較大。 ? 直流分量起始值，與 α和短路前回路中的電流有關(guān)。?uaiaIpIa pIa p+Ip相量圖 波形圖 C φ| 0 |αφU0mImaI0mmII?t = 0 時(shí) 間 軸3. 短路電流交直流分量的特點(diǎn) ? 短路電流瞬時(shí)值大小 – 與電源電壓、電路阻抗大小有關(guān) – 與短路時(shí)刻電壓相位角、電路阻抗角有關(guān) ? 三相交流分量對(duì)稱、三相直流大小不相同，直流分量為短路電流包絡(luò)線的均分線，出現(xiàn)的物理原因是電感電流在突然短路前后不能突變。[ s in ( ) s in ( ) ] s in ( )atTm m maU U Ui e tZZZ ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?在 t≥4Ta 后，直流分量衰減完畢，即 可以看出：短路電流的瞬時(shí)值的大小 與 電源電壓、電路阻抗 大小有關(guān) 與短路時(shí)刻 電壓相位角、電路阻抗角 有關(guān) 穩(wěn)態(tài)短路電流的相量形式 sin( ) ( 4 )sin( )mami I t t TUtZ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?jjj( )j( sin( ) )( sin( ) )mmUI e U e tZUUI e tZUZUUUe???????? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?穩(wěn)態(tài)短路電流相量 =電源的電壓相量 /電路的阻抗 短路電流各分量的波形 /039。 s in ( ) s in ( )mamUiIZ ? ? ? ?? ? ? ?( 0 ) ( 0 )a aii???/00[ s in ( ) s in ( ) s] in ( )atTmm ma a p pI I eitiiI? ? ? ? ? ? ??? ? ??? ?? ???00s in ( ) s in ( )mmIIC ? ? ? ?? ? ? ? ?短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài)， a 相的電流為： 不衰減的交流分量 衰減的直流分量 初始值 C的含義： 直流分量的初始起始值為短路前瞬時(shí)電流與短路后交流分量瞬時(shí)值之差。= + j ( ),()a r c t gmmZ R + R L + L ,UIZL + L=R + R????，其 中t=0時(shí)系統(tǒng)發(fā)生三相短路， f 點(diǎn)左半部和 右半部仍保持對(duì)稱。39。 39。 2. 短路暫態(tài)過程的分析 (電流波形分析的一般方法 ) R L R ′ L ′R L R ′ L ′R L R ′ L ′sin( )amu U t????si n( 120 )bmu U t??? ? ?si n( 120 )cmu U t??? ? ?f ( 3 )●●●0s i n ( )ami I t? ? ?? ? ?LjRLLjRR ?? ??????? )()(39。 ( ) 2 s i n ( ) ( 0 )e t E t t??? ? ?,E ?? 均 為 常 數(shù)E無窮大電源的理解 ? 電源功率為無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路引起的功率改變對(duì)于電源來說是微不足道的，電源電壓的幅值和頻率保持恒定； ? 無窮大電源可以看作是由無限多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。 各種短路故障發(fā)生的概率 ? 三相短路： 5% ? 兩相短路： 4% ? 兩相接地短路： 8% ? 單相接地短路： 83% 三相短路發(fā)生的概率小，但最為嚴(yán)重，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響最大。 ? 人為原因：操作人員的誤操作（未拆地線合閘、帶負(fù)荷拉隔離刀閘等）、人為破壞、無意人為事故 短路的后果 ? 系統(tǒng)阻抗減小，產(chǎn)生大電流（上萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)安培） 發(fā)熱（ I2R），高溫?fù)p害設(shè)備，電弧將許多東西短時(shí)融化 電動(dòng)力（ F=BLI），損壞設(shè)備 ? 造成低電壓：金屬性短路點(diǎn)電壓為零，導(dǎo)致電器設(shè)備無法正常工作，如醫(yī)院、礦山等引起危險(xiǎn) 電磁轉(zhuǎn)矩 Te∝ U2 ? 干擾以至于破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 如大電廠母線故障導(dǎo)致發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行，負(fù)荷中心故障導(dǎo)致失去大量負(fù)荷 ? 系統(tǒng)總出力與總負(fù)荷不平衡，導(dǎo)致 發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)加速和減速 ，造成系統(tǒng)振蕩、頻率變化、發(fā)電機(jī)失步、電壓崩潰而造成局部以至于電力系統(tǒng)大面積停電，損失將極為嚴(yán)重。 ? 可以認(rèn)為 發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)過程左右了電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程 。系統(tǒng)內(nèi)的元件（如發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路、電動(dòng)機(jī)）上發(fā)生的 相與相之間或相與地之間 的短路故障。如果擾動(dòng)后電力系統(tǒng)在出現(xiàn)異常（如停電），就是電力系統(tǒng)事故。 第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí) ? 故障概述 ? 標(biāo)幺制（自學(xué)） ? 無限大功率電源供電的三相短路分析 第一節(jié) 故障概述 ? 1. 電力系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài) ? 2. 暫態(tài)過程的分類 ? 3. 電力系統(tǒng)短路的類型、原因及后果 ? 4. 短路電流計(jì)算的意義 1. 電力系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài) ? 穩(wěn)態(tài) (steady state) ：電力系統(tǒng)正常的運(yùn)行狀態(tài)（相對(duì)靜止、三相對(duì)稱），分為正常安全和正常不安全狀態(tài)；穩(wěn)態(tài)分析（如潮流計(jì)算、有功最優(yōu)分配，等） ? 暫態(tài)過程 (transient process)：當(dāng)電力系統(tǒng)受到某種干擾，其由一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過渡到另外一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過渡過程，分為電磁暫態(tài)和機(jī)電暫態(tài) ? 電力系統(tǒng)處于 穩(wěn)態(tài) ，可以用 相量 進(jìn)行分析 ? 滿足條件： – 節(jié)點(diǎn) 電壓 幅值、頻率、相位不隨時(shí)間變化 – 節(jié)點(diǎn) 電流 幅值、頻率、相位不隨時(shí)間變化 , , ,U I ? ?t02 電力系統(tǒng)暫態(tài)過程介紹 ? 暫態(tài)過程的分類 ? 暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因 ? 影響暫態(tài)過程的元件 暫態(tài)過程的分類 ? 波過程 ：與運(yùn)行操作（如開關(guān)動(dòng)作）及雷擊時(shí)的過電壓有關(guān)，涉及電流、電壓波的傳播，過程最短（ 微妙 ~毫秒級(jí)） —— 高電壓工程 ? 電磁暫態(tài)過程 ：當(dāng)故障剛開始的那段時(shí)間，轉(zhuǎn)速來不及改變，參數(shù)主要由電磁參數(shù)決定；與短路（或斷線）故障有關(guān)，涉及工頻電流、電壓隨時(shí)間的變化，持續(xù)時(shí)間較波過程長(zhǎng)（ 毫秒 ~秒 ） —— 故障分析！！ ? 機(jī)電暫態(tài) ：轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速改變，參數(shù)不僅與電磁參數(shù)有關(guān)，還與機(jī)械參數(shù)有關(guān)；與系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定性破壞、異步運(yùn)行等有關(guān)，涉及發(fā)電機(jī)組功角、轉(zhuǎn)速、原動(dòng)機(jī)功率、系統(tǒng)頻率、電壓隨時(shí)間的變化，過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（ 秒 ~分鐘 ） —— 穩(wěn)定性分析 暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因 ? 電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)（ steady state）。電力系統(tǒng)保護(hù)與自動(dòng)控制 山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 課程內(nèi)容及課時(shí)安排 ? 電力系統(tǒng)故障分析 (8講 ) ? 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 (3講 ) （靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性） ? 電力系統(tǒng)繼電保護(hù) (3講 ) （電流保護(hù)、距離保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、電氣元件保護(hù) ） ? 機(jī)動(dòng)學(xué)時(shí)（ 1講） 參考教材 ? 李光琦， 《 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析（第三版） 》 ，中國(guó)電力出版社， 2022。 ? 韓學(xué)山，張文，等， 《 電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ) 》 ，機(jī)械工業(yè)出版社， 2022。各種擾動(dòng)（ disturbance）導(dǎo)致電力系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)。 ? 引起電力系統(tǒng)事故的擾動(dòng)有多種，最常見的是 短路故障（ short circuit fault）。 ? 其他 短路故障 ：絕緣破壞的匝間短路 ? 其他故障 ： 斷線 、 復(fù)雜故障 （系統(tǒng)中同時(shí)有兩處及以上發(fā)生故障） 影響暫態(tài)過程的元件 ? 電力系統(tǒng)的電磁暫態(tài)過程取決于系統(tǒng)中的各元件 —— 發(fā)電機(jī) 、變壓器、輸電線路、電動(dòng)機(jī)等的電磁暫態(tài)過程。 有源元件決定！ 3 電力系統(tǒng)短路的類型、原因及后果 ? 短路的類型 ? 短路的原因 ? 短路的后果 ? 短路電流計(jì)算的意義 ? 各種短路故障發(fā)生的概率 ? 三相短路 symmetrical three phase fault ： f (3) ? 兩相短路 phasetophase fault : f (2) ? 單相接地短路 single phasetoground fault: f (1) ? 兩相接地短路 double phasetoground fault: f (1,1) 電力系統(tǒng)短路的類型 短路的原因 ? 舉例： …… ? 絕緣的污染或自然老化 ? 自然原因：風(fēng)、雨、雷、電、雪、鳥、獸、蟲害、樹木等。 短路電流計(jì)算的意義 ? 是選擇電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的依據(jù)：必須具有足夠的熱穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度 ? 是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的依據(jù)：電氣主接線 ? 是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)配置及參數(shù)整定的依據(jù) ? 是確定限制短路電流措施的依據(jù) 各種元件發(fā)生故障的概率 統(tǒng)計(jì)結(jié)果： ? 110kV線路： 78% ? 600kW以上發(fā)電機(jī)： % ? 110kV變壓器： % ? 110kV母線： 8% 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明， 架空輸電線路是電力系統(tǒng)中比較薄弱的環(huán)節(jié)，發(fā)生短路的幾率最高。 第二節(jié) 標(biāo)幺制 ? 1. 標(biāo)幺值 ? 2. 基準(zhǔn)值的選取 ? 3. 基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算 ? 4. 變壓器聯(lián)系的不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中各元件參數(shù)標(biāo)幺值的計(jì)算 – 準(zhǔn)確計(jì)算法 – 近似計(jì)算法（重點(diǎn)，必考） 第三節(jié) 無限大功率電源供電的三相短路電流分析 ? 1. 無窮大交流電源的概念 ? 2. 短路暫態(tài)過程分析 ? 3. 短路電流交直流分量的特點(diǎn) ? 4. 沖擊電流及發(fā)生的條件 1. 無窮大交流電源 ? 指電壓大小、頻率在任何擾動(dòng)下，均 不發(fā)生變化、內(nèi)阻為零 的交流電源。 ? 實(shí)際中， 若供電電源的內(nèi)阻抗小于短路總阻抗的10%時(shí)，就可以認(rèn)為供電電源為無窮大電源 。 39。0 39。0 39。 右半部： i 逐漸衰減至零； 左半部：短路前， 短路后，阻抗值從 對(duì) a 相電路列寫微分方程： s in ( ) ( 0 )aamdiR i L U t tdt ??? ? ? ?初始條件： ( 0 ) ( 0 )aaii? ? ?一階 常系數(shù) 線性 非齊次 微分方程 +初始條件 ， 可以求解！！ 非齊次 微分方程的解 =齊次 微分方程的 通解 +非齊次 微分方程的 特解 =直流分量 /非周期分量 /自由分量 +交流分量 /周期分量 /強(qiáng)制分量 sin( )sin( )aaa apTptmTmtiCeCeUtZiIit? ? ?? ? ?????????? ???齊次方程的通解 非齊次方程的特解 0aa diR i L dt??= + j a r c tg ( )aLZ R L, =RLCTR????數(shù)為 ,未 知 常如何確定C？ 短路電流瞬時(shí)值為： 確定非周期分量的初始值 C 00s i n ( ) s i n ( )a a p pi i i mm CII? ? ? ????????? ? ? ? ?代 入0 0 039。 s in ( ) ( 4 )a m ai I t t T? ? ?? ? ? ?短路電流瞬時(shí)值為： /039。[ s in ( ) s