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【电力系统】之正序、负序、零序分量

(2014-07-25 07:12:39)
标签:

零序

分量

阻抗

向量

短路

分类: 电力行业
电力系统简单不对称故障包括不对称短路和不对称断线两类。对于不对称故障,通常关心的是故障后发电机定子回路和网络中同步角频率周期性分量电流和电压的大小及它们的特性。三相短路时,在系统结构对称的情况下,短路电流的周期性分量也是对称的,因此只需要分析其中一相。当系统发电不对称故障时,系统的对称性受到破坏,网络中出现了不对称的电流和电压,对于这种不对称电路比较简单的分析方法是采用对称分量法。
 (1)正序:A相领先B相120度,B相领先C相120度,C相领先A相120度。
        (2)负序:A相落后B相120度,B相落后C相120度,C相落后A相120度。
        (3)零序:ABC三相相位相同,哪一相也不领先,也不落后。
http://s14/mw690/001ZF3Ctzy6KIZpCd2J9d&690

       首先要说明,正、负、零序分量是个表征量,随环境变换而呈现的量。如同电感一般在通交流时呈现大的阻抗值,但是通以直流,就如同一根导线。这也就是说正负零三序分量是一个环境下人为剥离量。正序分量根据性质定义特点,自然明白他始终存在;而负序分量则需要短路;零序分量需要短路故障且要有与大地的流通回路,当然最常见最典型的就是接地故障。换句话从本质上讲各序分量的值可以认为与各种短路状态是不相关的,只是依据环境表现与否的问题。三相对称短路,则负序、零序分量都表现不出来;各种短路状态时正、负序分量能表现出来,但是零序分量不容易表现;而接地故障时正、负序分量表现出来,零序分量也表现出来。

其次上升到理论,正序、负序、零序的出现是为了分析在系统电压、电流出现不对称现象时,把三相的不对称分量分解成对称分量(正、负序)及同向的零序分量。只要是三相系统,就能分解出上述三个分量(有点象力的合成与分解,但很多情况下某个分量的数值为零)。对于理想的电力系统,由于三相对称,因此负序和零序分量的数值都为零(这就是我们常说正常状态下只有正序分量的原因)。当系统出现故障时,三相变得不对称了,这时就能分解出有幅值的负序和零序分量度了(有时只有其中的一种),因此通过检测这两个不应正常出现的分量,就可以知到系统出了毛病(特别是单相接地时的零序分量)。下面再介绍用作图法简单得出各分量幅值与相角的方法,先决条件是已知三相的电压或电流(矢量值),当然实际工程上是直接测各分量的,下面讨论下该如何得到各序分量。

1)求零序分量:把三个向量相加求和。即A相不动,B相的原点平移到A相的顶端(箭头处),注意B相只是平移,不能转动。同方法把C相的平移到B相的顶端。此时作A相原点到C相顶端的向量(这时是箭头对箭头),这个向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分一,这就是零序分量的幅值,方向与此向量是一样的。  

2)求正序分量:对原来三相向量图先作下面的处理:A相的不动,B相逆时针转120度,C相顺时针转120度,因此得到新的向量图。按上述方法把此向量图三相相加及取三分一,这就得到正序的A相,用A相向量的幅值按相差120度的方法分别画出B、C两相。这就得出了正序分量。

3)求负序分量:注意原向量图的处理方法与求正序时不一样。A相的不动,B相顺时针转120度,C相逆时针转120度,因此得到新的向量图。下面的方法就与正序时一样了。

接着再了解各元件的序阻抗值:先讨论正负两序分量,因为这两个分量很相似,只是旋转的方向是相反的,于是在线路和变压器这样的一般元件里,正负两序分量是相等的,但是电机的正负两序阻抗分量是不同的,这主要是电机的横轴纵轴的电抗不相等,发生故障时会出现高次谐波,负序阻抗与两轴次暂态阻抗的算术平均值相等,当然还一个情况无阻尼绕组的是取几何平均值,也即乘积后开根号。再看零序阻抗,明显对于线路而言,由于三相平行线,零序分量是同相位的,所以依据右手定则会发现磁通是相互增加的,也就是说零序阻抗要比正序阻抗大,故线路的零序阻抗要比正序阻抗大,具体如何计算可参阅相关书籍,例如电力系统分析。变压器的就更不用说了,零序阻抗,自然就和铁心结构参数有关,一般情况下也是不和正负序阻抗相等的。电机的同样如此。

 即我们根据公式Z=U/I,但是我们如何去得到改序的U和I。典型的就是零序电流取得(三相电流相加),零序电压取得(开口三角),这样零序阻抗就很容易得出来了,但是要注意这是故障电网的零序阻抗,而且各种故障点的空间位置差别,也会导致不同的零序阻抗,这一点主要是由于零序阻抗要与大地构成回路。

通过上述方法大家可以分析出各种系统故障的大概情况,如为何出现单相接地时零序保护会动作,而两相短路时基本没有零序电流。应用到交流电力系统中,根据下列出现不同状态分量的检测分别采用相应的保护。

三相短路故障和正常运行时,系统里面是正序。
       单相接地故障时候,系统有正序负序和零序分量。
       两相短路故障时候,系统有正序和负序分量。
       两相短路接地故障时,系统有正序负序和零序分量。

最后需要值得注意的是:各分量与谐波的关系。由于谐波与基波的频率有特殊的关系,故在与基波合成时会分别表现出正序、负序和零序特性。但我们不能把谐波与这些分量等同起来。由上所述,之所以要把基波分解成三个分量,是为了方便对系统的分析和状态的判别,如出现零序很多情况就是发生单相接地,这些分析都是基于基波的,而正是谐波叠加在基波上而对测量产生了误差,因此谐波是个外来的干扰量,其数值并不是我们分析时想要的,就如三次谐波对零序分量的干扰。

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