对称分量法

2019-08-31 13:26

对称分量法

对称分量法(method of symmetrical components)电工中分析对称系统不对称运行状态的一种基本方法。广泛应用于三相交流系统参数对称、运行工况不对称的电气量计算。

电力系统正常运行时可认为是对称的,即各元件三相阻抗相同,各自三相电压、电流大小相等,具有正常相序。电力系统正常运行方式的破坏主要与不对称故障或者断路器的不对称操作有关。由于整个电力系统中只有个别点是三相阻抗不相等,所以一般不使用直接求解复杂的三相不对称电路的方法,而采用更简单的对称分量法进行分析。

任何不对称的三相相量A,B,C 可以分解为三组相序不同的对称分量:①正序分量A1,B1,C1,②负序分量A2,B2,C2,③零序分量A0,B0,C0。即存在如下关系:

(1)

每一组对称分量之间的关系为

(2)

j120式中,复数算符a=e。将(2)代入(1)可得; ....

(3)

式中系数矩阵是非奇异的,其逆矩阵存在,所以有

(4)

任意不对称的电压、电流都可以用式(4)求出它们的正序、负序和零序电压、电流分量。已知三序分量时,又可用式(3)合成三相向量。

在计算电力系统不平衡情况下引用了对称分量法,即任何三相不平衡的电流、电压或阻抗都可以分解成为三个平衡的相量成分即正相序(UA1、UB1、UC1)、负相序(UA2、UB2、UC2)和零相序(UA0、UB0、UC0),即有:UA=UA1+UA2+UA0,UB=UB1+UB2+UB0,UC=UC1+UC2+UC0,其正相序的相序(顺时方向)依次为UA1、UB1、UC1,大小相等,互隔120度;负相序的相序(逆时方向)依次为UA2、UB2、UC2,大小相等,互隔120度;零相序大小相等且同相,各相序都是按逆时针方向旋转。在对称分量法中引用算子a,其定义是单位相量依逆时针方向旋转120度,则有:UA0=1/3(UA+UB+UC),UA1=1/3(UA+aUB+aaUC),UA2=1/3(UA+aaUB+aUC)注意以上都是以A相为基准,都是矢量计算。知道了UA0 实际也知道了UBO和UCO,同样知道了UA1也就知道了UB1和UC1,知道了UA2也就知道了UB2和UC2。而负序电压没有线电压和相电压之分。相序检测器”:可检测工业用电中出现的缺相、逆相、三相电压不平衡、过电压、欠电压五种故障现象,并及时将用电设备断开,起到保护作用。

综上所述,以Yyn0联结的变压器低压侧单相短路时在高压侧引起的穿越电流的换算关系分析如图(1)

AIk3kB2Ik3kCIk3kIA1IK /3 (1)IC2IB1IC1IA1ICIAIA2高压正序高压负序IK /3 (1)IB2IC1IkIkIa1IK /3 (1)Ic2Ib1Ia2低压正序低压负序Ia0IK /3 (1)Ib2Ic0低压零序Ib0k(1)abcIc1图(1)

假设低压侧b相发生单相接地短路,其短路电流IK=Ib。根据对称分量法,这一单相短路电流可分解为正序分量Ib1= Ib/3,负序分量Ib2= Ib/3,零序分量Ib0=

Ib/3。由此可绘出该变压器低压侧和高压侧各序电流分量的相量图。

除了上述的公式外,还可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。从已知条件画出系统三相电流(用电流为例,电压亦是一样)的向量图(为看很清楚,不要画成太极端)。

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(些时是箭头对箭头),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。

以小接地系统B相单相接地为例:

UC'UC正序根据上述求分量的方法:-UB (U0)1、UC'(顺时针旋转120度)加UA'UA'等于UA,即UA为正序。2、UA'加UC'(逆时钍旋转120度)等于零, 所以负序为零。3、UA'=UA(正序)+UA(负序)+U0UA正序UC'UC'UB正序

从上述向量图和零序公式U0=1/3(UA+UB+UC)可知,既然小接地系统中发

生单相接地时,全系统出现零序电压和零序电流,其实U0、UA0、UB0、UC0它们就是同一个且相等的量。所以在小接地系统中UA=UA1+UB1+UA0,其中的UA0就是全系统中的零序电压U0。

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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