第4章对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电.ppt

1、第四章 对称分量法及电力系统元件的各序参数和等值电路,1,线路故障,三相永久短路；三相瞬时短路；两相相间永久短路；两相相间瞬时短路；两相对地永久短路；两相对地瞬时短路；单相永久短路；单相瞬时短路；三相永久开断；三相瞬时开断；两相开断，故障后跳三相；两相瞬时开断；单相开断，故障后跳三相；单相瞬时开断。,2,第一组、幅值相等，相位为a超前b120度，b超前c120度,正序,幅值相等，相序相反，称之为负序。,幅值和相位均相同，称为零序,第一节 对称分量法,3,4,三组对称的相量合成得到三个不对称的相量。,5,其中：,6,代入,7,三组对称的相量合成得到三个不对称的相量,逆关系,8,上述两式说明由三个

2、不对称的相量可以唯一地分解成三组对称的相量（即对称分量）：正序分量、负序分量、零序分量。也表示了三个相量和另外三个相量之间的线性变换关系。,9,针对三相不对称电流的分析,三相不对称电流经过线性变换后，可分解成三组对称的电流。,如果电力系统某处发生不对称短路，短路点外的其它元件参数都是对称的，三相电路电流和电压的基频分量都变成不对称的相量。,10,正序分量电流，是对称的相量,负序分量电流，是对称的相量,零序分量电流，是对称的相量，完全相等,11,由上式可以看出，只有当三相电流之和不等于零时才有零序分量。如果三相系统是三角形接法，或者是没有中性线的星形接法，三相线电流之和总为零，不可能有零序分量电

3、流。只有在有中性线的星形接法中才有可能 则中性线中的电流，即为三倍零序电流。,所以，零序电流必须有中性线作为通路,12,三相系统的线电压之和为零，因此三相不对称的线电压分解为对称分量时，其中总不会有零序分量。,13,14,第二节 对称分量法在不对称故障分析中的应用,对于三相对称的元件，各序分量是独立的，即正序电压只与正序电流有关，负序、零序也如此。,以一回三相对称的线路为例子说明：,设该线路每相的自感阻抗为zs，相间的互感阻抗为zm，如果在线路上流过三相不对称的电流，则虽然三相阻抗是对称的，三相电压降也是不对称的。,15,三相电压降与三相电流有如下关系：,16,其中：,Zs即为电压降的对称分量

4、和电流的对称分量之间的阻抗矩阵,17,各序分量是独立的,Z(1)、Z(2)、Z(0)分别为线路的正序、负序、零序阻抗。对于静止的元件，如线路、变压器等，正序和负序阻抗相等；对于旋转电机，正序和负序阻抗不相等。,18,同步发电机对称运行时，只有正序电流存在，相应电机的参数就是正序参数。稳态时的同步电抗xd、xq，暂态过程中的，都属于正序电抗。,19,由,不对称电流、电压问题的计算，可分解成三组对称的分量，分别进行计算。由于每组分量都是对称的，故只需计算一相即可。,20,故障f发生的不对称短路，使f点的三相对地电压Ufa、Ufb、Ufc和由f点流出的三相电流（即短路电流）Ifa、Ifb、Ifc 均

5、为三相不对称，而这时发电机的电动势仍为三相对称的正序电动势，各元件发电机、变压器和线路的三相参数依旧是对称的，把故障处电压和短路电流分解成三组对称分量。,21,短路点电压、电流的各序分量,那么，各相的电压平衡关系式是什么？,22,a相的电压平衡关系:,等值电路图，又称为三序序网图？,23,三序序网图,24,a相的电压平衡关系式中有六个未知数，即故障点的三序电压和三序电流，但方程数只有三个，故不能解出未知数。,由于是故障处为a相接地，故存在以下关系式：,25,边界条件,26,联立求解，可计算故障点三相电压和短路电流,27,对称分量法分析电力系统的不对称故障问题的步骤,1、列出各序的电压平衡方程2

6、、结合故障处的边界条件3、计算故障处a相的各序分量4、最后求得各相的量,28,a相接地的复合序网,29,第三节 同步发电机的负序和零序电抗,第四节 异步电动机的负序和零序电抗,第五节 变压器的零序电抗和等值电路,各元件的序阻抗：该元件中流过某序电流时，其产生的相应序电压与电流之比值。,对于静止元件，正序和负序阻抗总是相等的，因为改变相序并不改变相间的互感；,对于旋转电机，各序电流通过时引起不同的电磁过程，三序阻抗总是不相等。,30,对称运行时，只有正序电抗：不对称运行时，有正序、负序和零序电抗。,第三节 同步发电机的负序和零序电抗,31,不对称短路时的定子电流,基频交流分量,直流分量,正序分量

7、,负序分量,零序分量,正序分量和三相短路时的基频交流分量一样，产生同步速顺转子旋转方向旋转的磁场，给电机带来的影响与三相短路时相同。,基频零序分量在三相绕组中产生大小相等，相位相同的脉动磁场，只形成各自绕组的漏磁场，无法形成合成磁场，对转子绕组没有任何影响,32,基频负序分量,在转子绕组中感生两倍基频的交流，进而产生两倍基频脉动磁场,与转子方向相反以两倍速旋转的磁场,与转子方向相同以两倍速旋转的磁场,与定子电流基频负序分量产生的旋转磁场相对静止,在定子绕组中感应出三倍基频的正序电动势,定子电路不对称,定子电路中产生三倍基频的三相不对称电流,三倍基频的正序分量,三倍基频的负序分量,三倍基频的零序

8、分量,33,三倍基频负序分量,在转子绕组中感生四倍基频的交流，进而产生四倍基频脉动磁场,与转子方向相反以四倍速旋转的磁场,与转子方向相同以四倍速旋转的磁场,与定子电流三倍基频负序分量产生的旋转磁场相对静止,在定子绕组中感应出五倍基频的正序电动势,定子电路不对称,定子电路中产生五倍基频的三相不对称电流,五倍基频的正序分量,五倍基频的负序分量,五倍基频的零序分量,34,结果,定子电流中含有无限多的奇次谐波分量；转子电流中含有无限多的偶次谐波分量；,由定子电流基频负序分量派生,定子电流基频正序分量密切相关,高次谐波分量和基频正序分量一样衰减，至稳态时仍存在。,35,不对称短路时的定子电流,基频交流分

9、量,直流分量,正序分量,负序分量,零序分量,36,定子电流中直流分量在定子和转子中引起的变化与基频负序分量的分析类似。定子电流中包含无限多的偶次谐波分量；转子电流中包含无限多的奇次谐波分量；,这些高次谐波分量和定子直流分量一样衰减，直至为零。,37,同步发电机的负序电抗,同步发电机负序电抗：发电机端点的负序电压基频分量与流入定子绕组的负序电流基频分量的比值。,实用计算中，负序电抗取：,38,定义：施加在发电机端点的零序电压基频分量与流入定子绕组的零序电流基频分量的比值。定子绕组的零序电流只产生定子绕组漏磁通，与此磁通相对应的电抗就是零序电抗，其变化范围为：,同步发电机的零序电抗,39,不同类型

10、同步电机的零序电抗,有阻尼绕组水轮发电机：0.040.125,无阻尼绕组水轮发电机：0.040.125,汽轮发电机：0.0360.08,调相机：0.08,注：发电机中性点通常是不接地的，即零序电流不能通过发电机，这时发电机的等值零序电抗为无限大。,40,异步电动机在扰动瞬时的正序电抗为；从实验曲线看出异步电动机的负序电抗为：,第四节 异步电动机的负序和零序电抗,41,注：异步电动机三相绕组通常接成三角形或不接地星形，因而即使在其端点施加零序电压，定子绕组中也没有零序电流流通，即异步电动机的零序电抗为：,42,实际上，当系统发生不对称故障时，异步电动机端点的正序电压低于正常值，使电动机的驱动转矩

11、相应减小；另一方面，端点的负序电压产生制动转矩使得电动机的转速迅速下降，转差率增大，使得转子相对于负序的转差率接近于1。,变压器的正序、负序电抗就是稳态运行时的等值电抗；变压器的零序电抗与变压器三相绕组的接线方式和变压器的结构密切相关。,第五节 变压器的零序电抗和等值电路,43,变压器的类型,双绕组变压器,三绕组变压器,自耦变压器,YN,d接线变压器,YN,y接线变压器,YN,yn接线变压器,YN,d,y接线变压器,YN,d,yn接线变压器,YN,d,d接线变压器,中性点直接接地,中性点经电抗接地,44,双绕组变压器,零序电压施加在三角形侧或不接地星形侧时，变压器中都没有零序电流流通，这种情况

12、下，变压器的零序电抗视为无穷大。零序电压施加在接地星形一侧时，大小相等、相位相同的零序电流将通过三相绕组经中性点流入大地，构成回路。但在另一侧，零序电流流通的情况则随该侧的接线方式而异。,45,YN,d接线变压器,变压器星形侧流过零序电流时，在三角形侧各相绕组中将感应零序电动势，接成三角形的三相绕组为零序电流提供了通路。但因零序电流三相大小相等、相位相同，它只在三角形绕组中形成环流，而流不到绕组以外的线路上去。,46,零序系统是对称三相系统，其等值电路可用一相表示。就一相而言，三角形侧感应的电动势以电压降的形式完全降落于该侧的漏电抗中，相当于该侧绕组短接。故变压器的零序等值电路如上图所示，零序

13、电抗为：,47,YN,y接线变压器,变压器星形侧流过零序电流，星形侧各相绕组中将感应零序电动势。但星形侧中性点不接地，零序电流没有通路，所以星形侧没有零序电流。,48,变压器相当于空载，零序等值电路如上图所示，其零序电抗为：,49,YN,yn接线变压器,变压器一次星形侧流过零序电流，二次星形侧各绕组中将感应零序电动势。如果与二次星形侧相连的电路中还有另一个接地中性点，则二次绕组中将有零序电流流通，如上图所示。如果二次绕组回路中没有其它接地中性点，则二次绕组中没有零序电流流通，变压器的零序电抗与YN,y接线变压器的相同。,50,上图为等值电路图，该图中还包括了外电路电抗。,51,零序励磁电抗,正

14、序励磁电抗都较大；零序励磁电抗的大小对于等值零序电抗影响很大；三个单相变压器组成的变压器组、三相五柱式变压器，由于xm(0)=，当接线为YN,d和YN,yn时，x(0)=x+x=x(1)；当接线为YN,y时，x(0)=；对三相三柱式变压器，由于xm(0)，需计入xm(0)的具体数值。,52,中性点经阻抗接地的YN,d变压器,当变压器流过正序或负序电流时，三相电流之和为零，中性线中没有电流通过，故中性点的阻抗不需要反映在正、负序等值电路中。当三相为零序电流时，如图所示，中性点阻抗上流过三倍的零序电流，因此中性点阻抗必须反映在零序等值电路中。,53,中性点经阻抗接地的YN,d变压器等值电路,在分析

15、具有中性点接地阻抗的其它类型变压器的零序等值电路时，同样要注意中性点阻抗中实际流过的电流，以便将中性点阻抗正确地反映在等值电路中。,54,三绕组变压器,55,自耦变压器,中性点直接接地的YNa和YNad接线自耦变压器；,56,57,58,59,第六节 输电线路的零序阻抗和电纳,60,1)零序网络不包含电源的电动势。,第七节 零序网络的构成,2)零序电流如何流通和网络的结构有关。,3)零序网络总和正、负序网络不一样。,特别是变压器的接线方式与中性点的接地方式。,只有在不对称故障点，根据不对称的边界条件，分解出零序电压，才可看作是零序分量的电源。,而且元件参数往往也不一样。,61,不对称短路在不同地方，零序电流流通情况是不同的，在计算中只按故障点来画零序网络，即在故障点加零序电压的情况下，以零序电流可能流通的回路作出零序网络图。,62,下图网络，在f点发生两相接地短路，试作出其正序和零序网络。其中两台发电机为Y连接，中心点经电抗Xn接地。,63,正序网络 负序网络,