《電氣設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)》學(xué)習(xí)情景1學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)的基本知識(shí)項(xiàng)目3計(jì)算短路電流

學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)的基本知識(shí)廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)習(xí)情境1主講人：吳靚目錄2認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)1計(jì)算短路電流3認(rèn)識(shí)電弧4了解中性點(diǎn)運(yùn)行方式233項(xiàng)目三：計(jì)算短路電流學(xué)習(xí)目標(biāo)4了解短路電流的原因、類型和后果；掌握短路電流的計(jì)算方法；能正確進(jìn)行短路電流的計(jì)算。目錄5短路是什么3.1為什么要計(jì)算短路電流3.2了解短路電流3采用對(duì)稱分量法計(jì)算不對(duì)稱短路電流值3.4如何進(jìn)行三相短路電流計(jì)算3.3目錄6短路是什么3.11.短路的原因2.短路的類型3.短路的危害4.限制短路電流的措施基本概念7短路是指電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間和相與地面之間的通路。短路是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的故障，對(duì)電力系統(tǒng)有極大的危害。短路的原因8電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞

設(shè)備絕緣損壞，老化、污閃、污閃、鹽堿擊穿。外力破壞

雷擊、鳥害、動(dòng)物接觸、人員或植物距離太近。設(shè)備機(jī)械損傷

疲勞嚴(yán)重、斷線、倒塔、倒桿、電動(dòng)力太大拉斷導(dǎo)線。運(yùn)行人員誤操作

帶地線合隔離開關(guān)、帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)等。目錄9短路是什么3.11.短路的原因2.短路的類型3.短路的危害4.限制短路電流的措施短路的類型10短路類型幾率示意圖短路表示符號(hào)三相短路5%f(3)兩相短路接地20%f(1,1)兩相短路10%f(2)單相短路接地65%f(1)目錄1111短路是什么3.11.短路的原因2.短路的類型3.短路的危害4.限制短路電流的措施短路的危害12短路電源供電回路阻抗X↓短路的暫態(tài)過程短路電流Ik大大增加電動(dòng)力F

，Ik↑→F↑→設(shè)備變形、扭曲、斷裂熱量Q=

，Ik↑→Q↑→可能燒毀電氣設(shè)備發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電樞反應(yīng)→機(jī)端U↓→影響電能質(zhì)量損壞用電設(shè)備，發(fā)電機(jī)失步和系統(tǒng)瓦解輸電線路上產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)→影響附近的通信線路通信質(zhì)量目錄13短路是什么3.11.短路的原因2.短路的類型3.短路的危害4.限制短路電流的措施限制短路電流的措施14思路：

（1）消除可能引起短路的一切原因

（2）盡快地切除短路故障部分

限制短路電流的措施15主要措施：

（1）選擇發(fā)電廠和電網(wǎng)的接線方式

對(duì)部分機(jī)組采用長(zhǎng)度為40km及以上的專用線路并連至

距其最近的樞紐變電站的母線上

（2）采用分裂繞組變壓器和分段電抗器

大容量發(fā)電廠：低壓側(cè)帶分裂繞組變壓器6～10kV配電裝置：在母線上裝設(shè)分段電抗器

（3）采用線路電抗器

主要用于發(fā)電廠向電纜電網(wǎng)供電的6～10kV配電裝置

（4）采用微機(jī)保護(hù)及綜合自動(dòng)化裝置目錄16短路是什么3.1為什么要計(jì)算短路電流3.2了解短路電流3采用對(duì)稱分量法計(jì)算不對(duì)稱短路電流值3.4如何進(jìn)行三相短路電流計(jì)算3.3為什么要計(jì)算短路電流17（1）選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。（2）整定繼保裝置動(dòng)作電流、校驗(yàn)保護(hù)靈敏度、熔

斷器選擇性的配合。（3）選定主接線方式。（4）分析短路對(duì)用戶的影響。（5）確定輸電線路對(duì)通訊的影響。目錄18短路是什么3.1為什么要計(jì)算短路電流3.2了解短路電流3采用對(duì)稱分量法計(jì)算不對(duì)稱短路電流值3.4如何進(jìn)行三相短路電流計(jì)算3.3基本假設(shè)19工程上，短路計(jì)算多采用近似計(jì)算法，建立在一系列假設(shè)的基礎(chǔ)上，誤差一般不超過10%~15%。（1）短路過程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)都同相位。（2）負(fù)荷只作近似估計(jì)，在實(shí)用工程計(jì)算時(shí)，負(fù)荷忽略不計(jì)。（3）不計(jì)磁路飽和。計(jì)算所得的電流數(shù)值稍稍偏大當(dāng)作恒定電抗或某種臨時(shí)附加電源各元件的參數(shù)都是恒定的，可應(yīng)用疊加原理基本假設(shè)20（4）實(shí)際電力系統(tǒng)?？僧?dāng)做對(duì)稱的，不對(duì)稱故障處出現(xiàn)局部的不對(duì)稱除外。（5）發(fā)電、輸電、變電和用電的元件均用純電抗表示。（6）不計(jì)過渡電阻的影響。避免復(fù)數(shù)運(yùn)算外物電阻、電弧電阻、接地電阻等步驟21繪出計(jì)算電路圖

標(biāo)明各元件參數(shù)確定短路計(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖（根據(jù)短路計(jì)算點(diǎn)）

標(biāo)明短路電流所流經(jīng)的主要元件計(jì)算阻抗值求出總的等效阻抗（等效電路化簡(jiǎn)）計(jì)算短路電流和短路容量常用計(jì)算方法22短路計(jì)算中有關(guān)物理量采用有名單位：、V、A……采用相對(duì)單位歐姆法（有名單位制法）標(biāo)幺值法（相對(duì)單位制法）計(jì)算結(jié)果相同在高壓網(wǎng)絡(luò)中更方便標(biāo)幺值23

標(biāo)幺值無量綱（無單位）。用“*”表示標(biāo)幺值，B表示基準(zhǔn)值。通常以Sj和Uj為獨(dú)立基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓。Sj常取100MVA，Uj取各級(jí)電壓的平均值，記為Up。標(biāo)么值、有名值及百分值之間的換算24（1）由標(biāo)么值計(jì)算有名值標(biāo)么值、有名值及百分值之間的換算25（2）由電抗標(biāo)么額定值換算為電抗標(biāo)么基準(zhǔn)值（3）電抗標(biāo)么額定值與電抗百分值之間的換算各物理量的基準(zhǔn)值26功率基準(zhǔn)值（常取100MVA）電壓基準(zhǔn)值（常取1.05UN）電流基準(zhǔn)值各物理量的基準(zhǔn)值27阻抗基準(zhǔn)值導(dǎo)納基準(zhǔn)值各基準(zhǔn)值間的關(guān)系各電抗標(biāo)幺值的計(jì)算28系統(tǒng)（電源）電力線路變壓器或無窮大系統(tǒng)29作用：簡(jiǎn)化實(shí)用計(jì)算的計(jì)算量外電路短路引起的功率變化忽略不計(jì)短路校驗(yàn)一般只考慮三相短路特點(diǎn)：電源頻率和電壓保持不變電源內(nèi)阻為0判定：

許多發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行

電源距離短路點(diǎn)的電氣距離很小忽略擾動(dòng)引起的功率變化看成多個(gè)有限功率電源并聯(lián)目錄30短路電流的計(jì)算2)1.無窮大電源供電電路三相短路2.有限容量電源供電的三相短路3.短路電流的計(jì)算1.無窮大電源供電電路三相短路31短路的暫態(tài)過程分析：短路發(fā)生前式中a相電流1.無窮大電源供電電路三相短路32短路的暫態(tài)過程分析：發(fā)生三相短路等值電路1.無窮大電源供電電路三相短路33短路的暫態(tài)過程分析：特解：式中通解：1.無窮大電源供電電路三相短路34短路的暫態(tài)過程分析：由于電感電流不能突變時(shí)，時(shí)，故1.無窮大電源供電電路三相短路35短路的暫態(tài)過程分析：a相出現(xiàn)短路電流最大值的條件：1.，即短路前為空載2.（純電感電路或）3.2.有限容量電源供電的三相短路36有限容量電源：短路點(diǎn)發(fā)生在機(jī)端或發(fā)電機(jī)附近。短路點(diǎn)發(fā)生在距發(fā)電機(jī)較遠(yuǎn)但容量有限的網(wǎng)絡(luò)。

需考慮發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁暫態(tài)過程。2.有限容量電源供電的三相短路37物理過程:暫態(tài)穩(wěn)態(tài)電流不能突變(短路時(shí)L存在)次暫態(tài)穩(wěn)態(tài)同步發(fā)電機(jī)突然短路后各物理量及其變化38

次暫態(tài)階段暫態(tài)階段穩(wěn)態(tài)階段電抗電動(dòng)勢(shì)次暫態(tài)電勢(shì)

暫態(tài)電勢(shì)

穩(wěn)態(tài)電勢(shì)短路電流周期分量次暫態(tài)電流隨阻尼繞組衰減暫態(tài)電流隨勵(lì)磁繞組衰減穩(wěn)態(tài)電流非周期分量定子繞組短路后瞬間電流不能突變而產(chǎn)生，定子繞組的電阻消耗能量非周期分量逐漸衰減，最終只剩下周期分量。沖擊電流在最惡劣條件下短路，短路后半個(gè)周期（t=0.01S）出現(xiàn)的最大短路電流值稱為沖擊電流。3.短路電流的計(jì)算39常用計(jì)算方法：歐姆法（兩個(gè)及以下電壓等級(jí)）標(biāo)幺值法（多個(gè)電壓等級(jí)）常用單位電流：kA（千安）電壓：kV（千伏）短路容量和斷流容量：MVA（兆伏安）設(shè)備容量：kW（千瓦）/kVA（千伏安）阻抗：（歐姆）歐姆法401、繪出計(jì)算電路圖標(biāo)明各元件參數(shù)并編號(hào)確定短路計(jì)算點(diǎn)2、繪出等效電路圖（根據(jù)短路計(jì)算點(diǎn)）標(biāo)明Ik所流經(jīng)的主要元件及其序號(hào)3、計(jì)算各主要元件阻抗值Z

在等效電路元件序號(hào)下面分母的位置標(biāo)明220/380V低壓側(cè)Ik：不計(jì)系統(tǒng)至降壓變高壓側(cè)一段的Z

高壓電網(wǎng)Ik：僅計(jì)算X而忽略R

低壓電網(wǎng)Ik（RΣ>1/3XΣ）：需計(jì)算Z可能產(chǎn)生最大短路電流的地方：高壓母線處（高壓側(cè)）低壓母線處（低壓側(cè)）電抗器之后（限流電抗器）歐姆法414、求出總的等效阻抗ZΣ（等效電路化簡(jiǎn)）工廠供電系統(tǒng)：采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可化簡(jiǎn)5、計(jì)算短路電流和短路容量對(duì)無限大系統(tǒng)，三相電流周期分量有效值式中Uf

、ZΣ、RΣ、XΣ分別為短路點(diǎn)的計(jì)算電壓、短路電路的總阻抗、總電阻和總電抗值。

三相短路容量為：例題142某供電系統(tǒng)的計(jì)算電路圖如圖所示,試用標(biāo)么值法計(jì)算K1點(diǎn)和K2點(diǎn)的短路回路總阻抗。例題143解：取SB=100MVA，UB=Uc例題144K1點(diǎn)總阻抗：K2點(diǎn)總阻抗：例題245某電力系統(tǒng)接線如圖1-13所示，各架空線路阻抗均為0.4Ω/km，發(fā)電機(jī)和變壓器的參數(shù)分別為T-1250MVA，US%=10.5；T-260MVA，US%=10.5；T-331.5MVA，US%=10.5；T-420MVA，US%=10.5；G1250MVA，=4，=1.08；G260MVA,=0.125，=1.08；求短路點(diǎn)的三相短路電流。例題246解：取SB=100MVA，UB=Uav，UB1=115kV，UB2=37kVG1:G2:T1:T2:例題247T3:T4:L1:L2:L3:例題248做出等值電路圖：例題249化簡(jiǎn)等值電路圖：例題250其有名值為：由等值電路圖可得：目錄51短路是什么3.1為什么要計(jì)算短路電流3.2了解短路電流3采用對(duì)稱分量法計(jì)算不對(duì)稱短路電流值3.4如何進(jìn)行三相短路電流計(jì)算3.3不對(duì)稱短路52單相短路、兩相短路、兩相短路接地等。占全部短路故障90%以上。三相電流和電壓不對(duì)稱。通常采用對(duì)稱分量法計(jì)算。目錄53對(duì)稱分量法在電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障中的應(yīng)用3)1.對(duì)稱分量法2.對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用3.不對(duì)稱短路故障序量分析1.對(duì)稱分量法54不對(duì)稱的三相電流電壓正序分量零序分量負(fù)序分量分解合成超前1200滯后1200公式推導(dǎo)55右圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：由于每一組都是對(duì)稱的：聯(lián)立兩個(gè)方程組可得：簡(jiǎn)寫為：公式推導(dǎo)56將上式應(yīng)用于基頻電流（電壓）：可知：只有當(dāng)三相電流之和不等于零時(shí)才有零序分量零序電流必須以中性線為通路2.對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用57三相對(duì)稱元件（線路、變壓器、發(fā)電機(jī)）正序電流負(fù)序電流零序電流正序電壓負(fù)序電壓零序電壓證明58設(shè)一回三相對(duì)稱的線路每相的自感阻抗為Zs，相間的互感阻抗為Zm，如果在線路上流過三相不對(duì)稱的電流(由于其它地方發(fā)生不對(duì)稱故障)，則雖然三相阻抗是對(duì)稱的，三相電壓降也不是對(duì)稱的。三相電壓降與三相電流有如下關(guān)系：證明59可簡(jiǎn)寫為：將電壓電流變換為對(duì)稱分量：式中即：即為電壓對(duì)稱分量和電流對(duì)稱分量之間的阻抗矩陣證明60上式說明各序分量獨(dú)立，即：式中：、、分別為正序、負(fù)序、零序阻抗對(duì)靜止元件，正序負(fù)序阻抗相等對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，正序負(fù)序阻抗不相等對(duì)于三相對(duì)稱的元件中的不對(duì)稱電流、電壓?jiǎn)栴}的計(jì)算，只需分析一相即可例題61用對(duì)稱分量法分析下圖短路電流及短路點(diǎn)電壓例

題62解：應(yīng)用對(duì)稱分量法將故障處電壓分解為正序、負(fù)序、零序三組對(duì)稱分量：例

題63取a相為基準(zhǔn)相將故障網(wǎng)絡(luò)分解為三個(gè)獨(dú)立的序網(wǎng)絡(luò)：正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)由以上網(wǎng)絡(luò)，可以列出a相的電壓關(guān)系：3.不對(duì)稱短路故障序量分析64單相接地短路（短路點(diǎn)直接接地）相分量的邊界條件：通過變換陣將其轉(zhuǎn)換成序分量：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪罚ǘ搪伏c(diǎn)直接接地）65展開可得單相短路時(shí)序分量的邊界條件：聯(lián)立可得短路點(diǎn)各序電流分量：復(fù)合序網(wǎng)為：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪罚ǘ搪伏c(diǎn)直接接地）66由復(fù)合序網(wǎng)可以計(jì)算短路點(diǎn)各序電壓分量：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪罚ǘ搪伏c(diǎn)直接接地）67短路點(diǎn)的三相電流和電壓分量分別為：3.不對(duì)稱短路故障序量分析68兩相短路（兩相直接短路）相分量的邊界條件：通過變換陣將其轉(zhuǎn)換成序分量：兩相短路（兩相直接短路）69展開得序分量的邊界條件：兩相短路（兩相直接短路）70故障處各序電流和電壓分量為：復(fù)合序網(wǎng)為：兩相短路（兩相直接短路）71短路點(diǎn)的三相電流和電壓分量分別為：3.不對(duì)稱短路故障序量分析72兩相短路（兩相短路接地）相分量的邊界條件：轉(zhuǎn)換成序分量邊界條件：兩相短路（兩相短路接地）73可知復(fù)合序網(wǎng)為正、負(fù)、零三個(gè)序網(wǎng)的并聯(lián)：故障處各序電流和電壓分量為：兩相短路（兩相短路接地）74短路點(diǎn)的三相電流和電壓分量分別為：若忽略電阻分量，則故障相短路電流有效值：目錄75短路電流問題概述1)短路電流的計(jì)算2)了解短路電流3短路電流的效應(yīng)4)對(duì)稱分量法在電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障中的應(yīng)用3)目錄76短路電流的效應(yīng)4)1.短路電流的熱效應(yīng)2.短路電流的電動(dòng)效應(yīng)3.短路電流穩(wěn)定度的校驗(yàn)1.熱效應(yīng)77熱穩(wěn)定：短路時(shí)導(dǎo)體(或電氣設(shè)備)的最高溫度小于或等于導(dǎo)體(或電氣設(shè)備)的最高允許溫度1.熱效應(yīng)78短路電流在持續(xù)時(shí)間內(nèi)對(duì)導(dǎo)體造成的熱效應(yīng)大小為：

ik.t——短路全電流，ikt=ip.t+inp.tip.t，inp.t——短路電流的周期分量和非周期分量Qp——周期分量電流的熱效應(yīng)，kA2.sQnp——非周期分量電流的熱效應(yīng)，kA2.s1.熱效應(yīng)79周期分量電流的熱效應(yīng)Qp

——次暫態(tài)短路電流，kAIp.ｔ/2——t/2秒時(shí)刻周期分量有效值，kＡIp.ｔ——t秒時(shí)刻周期分量有效值，kＡ

ｔ——短路的持續(xù)時(shí)間，s非周期分量熱效應(yīng)Qnp

Ｔ－非周期分量的等效時(shí)間，s若t>1s，可不計(jì)非周期分量熱效應(yīng)（Qnp=0）非周期分量等效時(shí)間80短路點(diǎn)T(s)t<0.1t>0.1發(fā)電機(jī)出口及母線0.150.2發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線發(fā)電機(jī)電壓出線電抗器后0.080.1變電所各級(jí)電壓母線及出線0.05工程計(jì)算方法811.在縱坐標(biāo)軸上找出導(dǎo)體正常工作溫度θＬ；2.由θＬ查得相應(yīng)曲線上點(diǎn)ａ；3.由ａ點(diǎn)查得橫坐標(biāo)軸上的ＫＬ；4.用下式計(jì)算ＫＫ；5.在橫坐標(biāo)軸上找出KＫ；6.出KＫ查得相應(yīng)曲線k的ｂ點(diǎn)；7.由ｂ點(diǎn)查得縱坐標(biāo)軸上的θk值。2.短路電流的電動(dòng)效應(yīng)82當(dāng)處在空氣中的任意截面的兩根平行導(dǎo)體分別通以電流i1、i2(單位為A)時(shí)，兩導(dǎo)體間的電磁相互作用力即電動(dòng)力(單位為N)為：a——兩導(dǎo)體的軸線間距離L——導(dǎo)體的兩相鄰支持點(diǎn)間距離，即檔距

μ0——真空和空氣的磁導(dǎo)率，μ0=410-7（N/A2）KS——形狀系數(shù)（圓截面和矩形截面導(dǎo)體，當(dāng)導(dǎo)體間距

離足夠大時(shí)，可以認(rèn)為KS=1）F的方向：電流同向時(shí)相互吸引、反向時(shí)相互排斥2.短路電流的電動(dòng)效應(yīng)83兩相短路，兩相短路沖擊電流ish(2)通過兩相導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)力最大：三相短路，中間相受到的電動(dòng)力最大：校驗(yàn)電器和載流部分的動(dòng)穩(wěn)定度，一般應(yīng)采用三相短路沖擊電流ish(3)或短路后第一個(gè)周期的三相短路全電流有效值Ish(3)3