ch 電力系統(tǒng)對稱故障

第七章電力系統(tǒng)對稱故障分析重點：1）短路的基本概念；2）無窮大電源系統(tǒng)三相短路電流的計算，3）沖擊電流及沖擊電流出現(xiàn)的條件；4）同步發(fā)電機(jī)突然三相短路電流分析計算。難點：1）沖擊電流出現(xiàn)的條件；2）同步電機(jī)常用暫態(tài)參數(shù)的意義及其應(yīng)用；3）短路沖擊電流、起始次暫態(tài)電流、短路電流的最大有效值的計算方法。1§7.1短路的一般概念短路---指一切不正常的相與相之間或者相與地（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。1、短路的原因自然因素：雷擊；落物；人為因素：絕緣損壞；誤操作；檢修運行維護(hù)不當(dāng)。2、短路類型三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路23、短路的危害①

短路電流急劇增加，產(chǎn)生熱量使絕緣損壞燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）；產(chǎn)生很大的電動力沖擊，使導(dǎo)體變形；造成機(jī)械損壞（動穩(wěn)定）；②電網(wǎng)大面積電壓下降；③破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；④不對稱短路造成對影響電力系統(tǒng)通訊的干擾。4、短路計算的目的①

選擇限制短路電流的方式②

選擇電器設(shè)備③

整定繼電保護(hù)裝置④

選擇主接線方案

3§7.2恒定電勢源電路的三相短路分析一、短路的暫態(tài)過程分析合閘角t=0發(fā)生短路4一、短路的暫態(tài)過程分析對a相電路列寫微分方程：567恒定電勢源電路的三相短路電流的特點短路電流由兩部分組成：非周期分量（自由分量）---按指數(shù)規(guī)律衰減；周期分量（強(qiáng)制分量）---不衰減。周期分量有效值的大小與合閘角大小無關(guān)；而非周期分量的大小與與合閘角大小有關(guān)。直流分量的起始值越大，短路電流的最大瞬時值越大，其值與短路合閘角、短路前的情況（短路瞬間的電流值iL(0+)=iL(0-)

）有關(guān)。8a相出現(xiàn)短路電流最大值的條件：91．沖擊電流短路電流在最惡劣短路情況下的最大瞬時值。沖擊電流將在短路發(fā)生約半個周期時出現(xiàn)。二、短路沖擊電流和最大有效電流KM稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數(shù)。102．最大有效值電流有效值：在短路暫態(tài)過程中，任一時刻t短路電流有效值I，是以時刻t為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值。非周期分量有效值：

周期分量有效值：短路全電流有效值：11短路電流最大有效值：3、短路功率短路容量等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓的乘積。用標(biāo)幺值表示為：一個周期內(nèi)平均值最大的短路電流。即t=0.01s為中心的一個周期內(nèi)短路電流有效值。12§7.3無阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路分析一、突然短路暫態(tài)過程的特點沖擊電流大；電樞反應(yīng)磁通發(fā)生變化，引起定、轉(zhuǎn)子電流變化---定、轉(zhuǎn)子繞組電流相互影響。二、超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t原始磁鏈：加外界磁場，磁鏈由發(fā)電機(jī)各繞組均為閉合回路，短路瞬間各繞組交鏈的磁鏈保持不變，即電感中的電流不發(fā)生突變。13二、無阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路

的物理分析1、短路前：發(fā)電機(jī)處于正常穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)主磁鏈隨轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)切割定子繞組，在定子繞組感應(yīng)出空載電勢：直流14三、無阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路

的物理分析2、短路瞬間假設(shè)t=0時發(fā)生短路，發(fā)電機(jī)供電回路的阻抗減小，定子繞組的基頻電流要發(fā)生變化，最終變?yōu)榉€(wěn)態(tài)短路電流。定子電流的變化將引起定子繞組磁鏈的變化。在短路瞬間，為維持定子繞組磁鏈初值不變，在定子三相繞組中將出現(xiàn)一個直流分量和一個兩倍基頻的交流，直流分量在空間形成一個附加的靜止磁場，抵消定子繞組中磁鏈的變化。152、短路瞬間轉(zhuǎn)子勵磁繞組以同步速旋轉(zhuǎn)切割磁靜止磁場，從而感應(yīng)出一個基頻交流分量，產(chǎn)生一個脈動磁場，可分解為兩個大小相等方向相反的-

和+旋轉(zhuǎn)磁場。突然短路后，定子電流對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強(qiáng)烈的去磁性電樞反應(yīng)，為了抵消電樞反應(yīng)的影響，維持勵磁繞組磁鏈不突變，勵磁繞組也要產(chǎn)生一個直流性質(zhì)的自由分量，相當(dāng)于增加一部分勵磁電流，因而在定子繞組中感應(yīng)出一個基頻電流分量。實際上每個繞組只有一個電流，且符合環(huán)路定律不突變。16三、無阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路

的物理分析定子和轉(zhuǎn)子繞組中的各種電流分量及它們之間存在兩組對應(yīng)關(guān)系，相互依存。強(qiáng)制分量自由分量定子側(cè)電流穩(wěn)態(tài)短路電流i∞基頻交流△i直流、二倍頻交流△iap△i2

轉(zhuǎn)子側(cè)電流勵磁電流If0自由直流△ifa-基頻交流+△if17三、無阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路

的物理分析3、短路瞬間定子繞組中的電流分量基頻電流：以抵消轉(zhuǎn)子主磁場的交變磁鏈；直流和倍頻分量：維持定子繞組磁鏈初始值；4、短路瞬間轉(zhuǎn)子中的電流分量自由直流：維持轉(zhuǎn)子中磁鏈初始值；基頻電流：抵消定子直流和倍頻電流的電樞反應(yīng)★自由分量逐漸衰減到零。18四、無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計算1、暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢（若考慮阻尼繞組則稱為次暫態(tài)）根據(jù)磁鏈平衡關(guān)系制訂適用于暫態(tài)分析等值電路無阻尼繞組電機(jī)的磁鏈平衡方程如下：19無阻尼繞組Park方程的等值電路iqxq+ψq-20漏磁系杜數(shù)1、暫抖態(tài)電抗忘和暫態(tài)布電勢從雜方程慘中消去匪，榜得定義：銀暫態(tài)電舌勢定義：撇暫態(tài)電革抗211、暫態(tài)營電抗和暫淡態(tài)電勢同步發(fā)電漸機(jī)的暫態(tài)猛電勢正比賺于磁鏈，屯而磁鏈在別短路瞬間支不能突變越，故在E’q短路瞬嫌間也不逗突變?！锓€(wěn)態(tài)運燒行時，批用暫態(tài)恥電抗和舊暫態(tài)電山勢表示黎同步發(fā)閑電機(jī)的晉電壓方盒程和等盼值電路池。221、暫效態(tài)電抗巴和暫態(tài)乒電勢用暫態(tài)參暢數(shù)表示的并電勢方程螺寫成交流哨向量的形塔式：暫態(tài)電抗桿后電勢E臂’Eq’id’xd’+uq-231、暫態(tài)橋電抗和暫踏態(tài)電勢與暫態(tài)儉電勢和明暫態(tài)電紹抗相應(yīng)鐮的等值獵電路和尋相量圖qd同步電機(jī)對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖E’Ixd’+U-24穩(wěn)態(tài)電勢役和電抗=嚇====攤=暫態(tài)電舒抗和暫態(tài)耽電勢無論是凸弓極機(jī)還是坊隱極機(jī)，副一般xd’≠xq，為便于清工程運算室，常用等府值隱極機(jī)醒法進(jìn)行處障理，分以書下兩種方約案處理：（1）用變電勢嚼和電抗擋作等值電宮路。（2）用份電勢鳳和據(jù)作等蔽值電路。暫態(tài)電抗搏后電勢假想電痕勢25應(yīng)用疊加腰原理分析羊同步發(fā)電錢機(jī)三相短計路t=0富短路以故障分膠量為分析所重點262、三相創(chuàng)短路電流僻算式電壓方程磁鏈方程27不計阻尼沫繞組的p源ark方被程的等值多電路iqxq+ψq-282、三弊相短路盛電流算嬸式Eq’id’xd’+ψd-磁鏈平池衡等值峽電路iqxq+ψq-戴維南毫定理xaxfxd’xad29磁鏈方啞程iqxq+ψq-Eq’id’xd’+ψd-對應(yīng)短尤路瞬間翁磁鏈的岸增量方脫程30略去定子群繞組的電俱阻，求短竟路電流的臟初始值：拉氏變遺換對應(yīng)短痰路瞬間妥的電壓蔥增量方系程31求短路電且流的初始物值：拉氏變止換法32將正常嘴分量與謊故障分廣量相加沙，得短帥路電流得起始值托：周期分量筒的起始值暫態(tài)電流33Revi牛ewa,b,c系統(tǒng)d,q,0系統(tǒng)直流分量和倍頻交流分量基頻分量基頻交流分量直流分量34合閘角d軸與使a相繞酬組軸線學(xué)的夾角35自由電流際的衰減榨時間常數(shù)校的計算原臭則原則1）衰為了維持夕繞組磁鏈近不變而產(chǎn)蘿生自由電茅流，如果翠該自由電漿流產(chǎn)生的介磁勢相對蠶于繞組靜徑止，那么幕這個電流飄將按照該妙繞組的時以間常數(shù)衰滾減，同時楚，與該自磚由電流相牌依存的電悉流也按時嗎間常數(shù)衰按減。原則2）哈計算繞組纏的時間常戴數(shù)，只考盜慮本繞組奏的電阻，拾而忽略其釋它繞組的傲電阻。定子繞霜組的時無間常數(shù)Ta；轉(zhuǎn)子繞軍組的時線間常數(shù)T’d。36定子繞膀組的時抄間常數(shù)Ta對于自潔由分量ia、if、i2，其中定械子中的電解流ia起主導(dǎo)趣作用，甩三者按痕此時定災(zāi)子繞組販的時間都常數(shù)衰拆減，采肚用標(biāo)么辨值時，L=x。取限制勤直流分量靠的電抗37轉(zhuǎn)子繞組狠的時間常田數(shù)T’d對于自兩由分量△ifa、i，轉(zhuǎn)子勵栽磁電流起挑主導(dǎo)作用剩，二者按軋此時勵磁皮繞組的時蛾間常數(shù)衰內(nèi)減。短接（即旱定子繞組炊閉合）勵磁繞席組自身勸的時間返常數(shù)38計及電味阻分析休短路電殘流的衰三減過程謝，以定昂子a相降電流為后例：（1）當(dāng)雨t=0時逆短路，電劇流不突變墨，滿足換禽路定律；（2）短腎路前空載譯，39短路前攻空載情擾況下，遼可知私：由向量圖40§7.聚4有阻摩尼繞組同韻步電機(jī)三顆相短路分浪析一、突然為短路的物發(fā)理過程與有阻縮慧尼繞組慎電機(jī)相競比相同已之處：定子電役流分量殘：基頻丑分量，挨直流分打量，倍狠頻分量轉(zhuǎn)子電刊流分量建：基頻釀分量，鵝值流分鹽量不同之處卡：因為存壘在阻尼繞暮組，突然逆短路時，耍為保持磁詠鏈不變，模阻尼繞組澡中會感應(yīng)直流電流卡。41一、有阻悟尼繞組同廊步電機(jī)突伙然三相短虛路

的物盾理分析定子和轉(zhuǎn)厭子繞組中抗的各種電穗流分量及統(tǒng)它們之間哈存在兩組座對應(yīng)關(guān)系布，相互依起存。強(qiáng)制分量自由分量定子穩(wěn)態(tài)短路電流i∞基頻交流△i’△i”d△i”q

直流、二倍頻交流△iap△i2

轉(zhuǎn)子勵磁電流If0直流△ifa△iDa△iQa

△if△iD

△iQ-基頻交流+42；d軸方擠向的磁教鏈平衡販等值電黎路二、次教暫態(tài)電溪勢和次虎暫態(tài)電晶抗交軸次暫魄態(tài)電勢-塵----御不突變43q軸方窮向的磁屈鏈平衡搞等值電墊路二、次暫滅態(tài)電勢和獨次暫態(tài)電詢抗直軸次境暫態(tài)電哪勢--凝---端不突變44§7.哪4調(diào)有阻尼分繞組同曲步電機(jī)捐三相短級路分析引入次換暫態(tài)電鳥勢和次肅暫態(tài)電配抗以后滅，同步逗電機(jī)的疑磁鏈平葵衡方程符可以改弄寫為當(dāng)電機(jī)處洗于穩(wěn)態(tài)或戰(zhàn)忽略變壓悄器電勢時寧，得定子嬸電勢方程喇：45定子電滴勢方程弱相量形格式與等盆值電路（a）縱新軸向（a）橫吉軸向46§7.段4有阻費尼繞組同奔步電機(jī)三索相短路分存析避免按兩王個軸向制西作等值電悄路和列寫搬方程，采儲用等值隱紀(jì)極機(jī)處理爭。次暫態(tài)衡電抗后按電勢47§7.汗4有阻撐尼繞組同腳步電機(jī)三宋相短路分依析qd同步電機(jī)對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖48三、自由孩電流的衰箏減時間常撒數(shù)勵磁繞酬組自身忙的時間嗚常數(shù)定子繞寸組開路孤，勵磁陣?yán)@組磁柜鏈保持搖為零（司短路）講，D繞見組的時將間常數(shù)橫向阻默尼繞組劉組自身駕的時間禽常數(shù)阻尼繞跑組的電白阻較大49三、自由形電流的衰還減時間常魚數(shù)定子繞線組的時柳間常數(shù)炕：d軸勵磁跳繞組和阻戰(zhàn)尼繞組的攏時間常數(shù)愚：q軸阻殲?zāi)崂@組怕的時間麻常數(shù)：50四、三輝相短路盼全電流賭的計算應(yīng)用短路語瞬間的電寄壓增量方翻程和疊加賄原理得短路電流狀周期分量著起始有效球值51四、三相決短路全電嘆流的計算從Par赴k方程出弄發(fā)，應(yīng)用油拉氏變換峰和物理概影念相結(jié)合舟的方法求五解。52幾點說吃明：（1）椒短路電浙流由周牛期分量板和非周融期分量凈兩部分按組成。形對同步妥發(fā)電機(jī)晃周期分層量的有目效值衰內(nèi)減：起儀始值為煩，許稱為起四始次暫態(tài)銀電流；阻尼子繞組中倚的電流認(rèn)衰減完混畢，進(jìn)箏入暫態(tài)滑階段，病稱腦為暫態(tài)電流；進(jìn)入氧穩(wěn)態(tài)后熟，周期雹分量的嘩有效值豆為缸，成為穩(wěn)態(tài)短路參電流。（2）電臺抗、電勢也和時間常東數(shù)53對于凸極怠發(fā)電機(jī)54幾點說擇明：qd同步電機(jī)對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖55幾點說明萌：（3）距蒸離發(fā)電機(jī)改端口一段距朗離發(fā)生三勸相短路內(nèi)，只要勒在表達(dá)適式中將招發(fā)電機(jī)姿的電抗艘加上外部等挎值電抗進(jìn)行計當(dāng)算即可躬。56§7.搜5北電力仿系統(tǒng)三荒相短路替的實用計規(guī)算實用計粒算的任竭務(wù)：起始次否暫態(tài)電音流的計糕算（t=0胳是短路電揀流周期分眼量的有效矛值）沖擊電流著的計算短路電榮流最大武有效值而的計算實用計遼算的目傾的：校驗斷路豬器的開斷德能力、繼臥電保護(hù)整晶定計算，雕電氣設(shè)備埋動穩(wěn)定和春熱穩(wěn)定校諸驗。57§7.茄5電力系信統(tǒng)三相短路囑的實用計美算一、三墾相短路賴實用計浙算的假諸設(shè)1、對發(fā)應(yīng)電機(jī)（定練子）不同抓周期分量饒進(jìn)行計算紫時，采用王不同的模殘型?！?82、對電潛網(wǎng)，由于哈線路和變慚壓器為靜舊止元件，紗一般不考盈慮他們的沈電次暫態(tài)參過程，其池等值電路炕與穩(wěn)態(tài)相印同，且忽打略對地并腎聯(lián)支路。3、負(fù)荷劣對短路電易流的影響共很難準(zhǔn)確匯計及。不計負(fù)顆荷影響顫：即忽程略負(fù)荷佳電流-斤--電漲網(wǎng)空載匙，可逮將所有至電源的傷次暫態(tài)辰電勢取裝為額定案電壓，滴即標(biāo)么博值為1耀，且各你電勢相技位相同溝。短路前加計及計把及負(fù)荷怠影響：柄求取發(fā)綢電機(jī)的竟次暫態(tài)灘電勢：短路后電劣網(wǎng)中的負(fù)允荷可近似味用恒定阻寺抗表示：594、短祖路瞬間舌電動機(jī)織倒送短集路電流粘現(xiàn)象：尊同步電特機(jī)和調(diào)乒相機(jī)一絨樣可能啞送出短屈路電流耍;在短孤路點附玩近且顯常著供給受短路電椒流的大綁容量異來步電動盼機(jī)的暫溫態(tài)模型老：60二、三頌相短路干周期分咐量起始疲值或次暑暫態(tài)電嬌流的計蔬算、1、等等值法計算正常賀運行時的冬次暫態(tài)電膏勢；化簡花網(wǎng)絡(luò)的各掃電源對短使路點的轉(zhuǎn)些移電抗，況計算故障點次暫態(tài)電療流。2、戴膝文寧定鑄理法故障點的短路玩電流等產(chǎn)于故障延點故障白前電壓劃除以故障點向仍網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)狐去的戴維溫南等值阻肺抗。----盼----隱-近似計未算Uf0=1，茂忽略負(fù)倚荷。61疊加原殘理法計趴算故障露后各節(jié)雕點電壓括和支路友電流：正常運行塵網(wǎng)絡(luò)與故障分竭量網(wǎng)絡(luò)的疊加。62例1在簡單電杰力系統(tǒng)中拔，一臺發(fā)孫電機(jī)向一榮臺同步電霉動機(jī)供電娛。發(fā)電機(jī)擊和電動機(jī)稱的額定功詳率均為3盆0MW,銹額定電壓壓均為10切.5kV框,次暫態(tài)堡電抗均為抹0.2。日以電機(jī)孫的額定值獻(xiàn)為基準(zhǔn)值針的線路電瓣抗標(biāo)么值蝕為0.1剩。設(shè)正常岸情況下電丑動機(jī)消耗站的功率為開20MW灑，功率因糧數(shù)為滯后玩0.8