第六章-電力系統(tǒng)的對稱故障分析1課件

第六章電力系統(tǒng)對稱故障分析1一、短路的一般概念二、標(biāo)么制三、恒定電勢源供電系統(tǒng)的三相短路四、有限容量電源的三相短路五、三相短路電流的實(shí)用計(jì)算21.短路的定義一、短路的一般概念短路就是指相與相或相與地之間發(fā)生不正常通路的情況。2.短路的種類對稱短路不對稱短路單相接地短路(65%)兩相短路(10%)兩相接地短路(20%)三相短路(5%)33.短路的圖例及表示符號代表符號示意圖短路種類三相短路兩相短路單相短路兩相短路接地f（3）f（1,1）f（2）f（1）44.短路的影響使短路點(diǎn)附近支路的電流大幅度增加，引起導(dǎo)體發(fā)熱或變形；系統(tǒng)電壓大幅度下降，造成產(chǎn)品報(bào)廢、設(shè)備損壞等后果；短路故障會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。5二、標(biāo)么制1.標(biāo)么值基準(zhǔn)值的選擇

6單相電路中基準(zhǔn)值選擇7在對稱的三相系統(tǒng)中:

若選擇基準(zhǔn)值滿足相同的物理關(guān)系：8標(biāo)么值的特點(diǎn)沒有單位，物理意義沒有有名值明確；具有相對性；能簡化公式和計(jì)算過程，便于判斷設(shè)備的性能。9四個(gè)基準(zhǔn)值之間有依存關(guān)系，一般只需確定基準(zhǔn)功率SB和基準(zhǔn)電壓UB兩個(gè)即可；SB多選擇為100MVA、1000MVA、系統(tǒng)總?cè)萘炕蚰硞€(gè)發(fā)電廠機(jī)組容量之和；說明：UB多選為額定電壓或平均額定電壓。注意

在運(yùn)算過程結(jié)束后，標(biāo)么值通常要還原為有名值。10不同基準(zhǔn)值的標(biāo)么值間的換算換算方法及步驟⑴將以額定參數(shù)為基值的標(biāo)么值還原為有名值；⑵將還原的有名值換算為統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)么值。11變壓器線路發(fā)電機(jī)或12電抗器13GⅠⅡⅢ14GⅠⅡⅢⅣ152.各元件標(biāo)么值的近似計(jì)算除電抗器外，假定同一電壓等級中各元件的額定電壓等于網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓；變壓器的實(shí)際變比等于其兩側(cè)的平均額定電壓之比；基準(zhǔn)電壓取為網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓16

平均額定電壓

同一電壓等級的各元件最高額定電壓與最低額定電壓的平均值。單位：kV17各元件電抗標(biāo)么值的近似計(jì)算公式(2)變壓器(4)線路(3)電抗器(1)發(fā)電機(jī)18

標(biāo)么值等值電路圖的繪制。每個(gè)元件參數(shù)一般用下面的形式表示。

元件編號元件標(biāo)么值參數(shù)~19本節(jié)分析不考慮電源內(nèi)部電磁暫態(tài)過程的恒定電勢源（無限大容量電源）供電時(shí)，電路中發(fā)生三相短路后的電磁暫態(tài)過程三、恒定電勢源供電系統(tǒng)的三相短路2021三、恒定電勢源供電系統(tǒng)的三相短路1.短路電流的暫態(tài)變化過程22短路前a相的電勢和電流：式中：合閘角α：短路（或合閘）前瞬間電壓的相位角。23如圖所示系統(tǒng)發(fā)生三相短路后，f點(diǎn)左半部和右半部仍保持對稱。右半部：i逐漸衰減至零；左半部：短路前，短路后，阻抗值從ia24短路后a相的微分方程式上式的解就是短路的全電流：特解，代表短路電流的強(qiáng)制分量、周期分量、新穩(wěn)態(tài)電流；齊次方程的一般解，代表短路電流的自由分量、非周期分量。25周期分量的求解短路電流周期分量幅值電路的阻抗角短路電流的周期分量26非周期分量的求解短路電流非周期分量特征方程的根自由分量衰減的時(shí)間常數(shù)積分常數(shù)C，由初始條件決定，即非周期電流的起始值iap0

a相短路的全電流為

27短路前后電感電路電流不能躍變c的求解

28a相短路電流的算式b相短路電流的算式：c相短路電流的算式：ipiap三相短路電流的周期分量是一組對稱正弦量；各相非周期分量不相等。29短路后達(dá)到穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)電流--非周期電流衰減為零時(shí)，短路電流中剩下的三相對稱的周期分量其值大小取決于電源電壓幅值和短路回路總阻抗302.短路沖擊電流短路電流最大可能的瞬時(shí)值，記為。

31i[0]iap0ip0在時(shí)間軸上的投影代表各量的瞬時(shí)值32簡單三相電路短路時(shí)的向量圖短路沖擊電流出現(xiàn)的條件：1）有最大可能值；2）在時(shí)與時(shí)間軸平行。在電感性電路中，符合上述條件的情況是：電路原來處于空載狀態(tài)，短路恰好發(fā)生在短路周期電流取幅值的時(shí)刻。33②阻抗角；③合閘角；非周期分量有最大初始值的條件①，即短路前電路為空載運(yùn)行狀態(tài)3435短路電流的最大值約在短路后的T/2時(shí)刻出現(xiàn)。沖擊系數(shù)短路沖擊電流主要用來校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動穩(wěn)定。36在發(fā)電機(jī)端部發(fā)生短路時(shí)，kim=1.9在發(fā)電廠高壓側(cè)母線上短路時(shí)，kim=1.85其他地點(diǎn)短路時(shí)，kim=1.8~f1f2f3電力系統(tǒng)實(shí)用計(jì)算中，kim的取值37短路電流有效值

It是指以任一時(shí)刻t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值。假定：周期分量電流的幅值恒定。非周期分量在以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)恒定不變。38正弦函數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)的積分，其值為039短路電流最大有效值主要用于校驗(yàn)?zāi)承╇娖鞯臄嗔髂芰Α?0~f(3)母線殘壓計(jì)算母線殘壓的概念及計(jì)算多用于繼電保護(hù)或自動裝置的整定計(jì)算中。41短路功率

短路功率等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓。

主要用來校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力。在實(shí)用計(jì)算中，常采用周期分量電流的初始有效值計(jì)算短路功率。42同步發(fā)電機(jī)對稱短路時(shí)的穩(wěn)態(tài)短路電流有限容量電源的三相短路激磁電勢E0

主磁通43定子繞組的特點(diǎn)空間上對稱： 三相繞組匝數(shù)相等，互差120度分布時(shí)間上對稱： 三相感應(yīng)電流對稱44電樞磁勢的特點(diǎn)轉(zhuǎn)速：同步轉(zhuǎn)速波幅的位置：哪相電流達(dá)到最大，就在該相繞組的軸線上轉(zhuǎn)向：電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相45電樞磁通會在定子繞組中感應(yīng)電勢。46在有負(fù)載的情況下，定子繞組中合成的感應(yīng)電勢為UG又稱為發(fā)電機(jī)的端電壓。47空載情況下發(fā)電機(jī)的端電壓UG等于激磁電勢E0。穩(wěn)態(tài)短路電流為48(1.4～３.2)(0.07～0.36)由于較大，故穩(wěn)態(tài)短路電流不大。49舉例：設(shè)某汽輪發(fā)電機(jī)的Xd=1.72。①短路前，發(fā)電機(jī)在額定電壓下空載運(yùn)行取UB=UN，SB=SN。②短路前，發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行5051同步發(fā)電機(jī)對稱短路的暫態(tài)過程52空載運(yùn)行時(shí)的短路暫態(tài)過程短路瞬間的電勢變化φ0φ0+φL53短路電流周期性分量的有效值分析：①實(shí)際的勵(lì)磁磁通為φ0+φad－φLσ②勵(lì)磁繞組存在電阻，自由電流要逐漸衰減。

③短路電流周期分量的衰減速度取決于勵(lì)磁回路的時(shí)間常數(shù)。5455短路瞬時(shí)電樞反應(yīng)路徑磁通(a)次暫態(tài)瞬間(b)暫態(tài)瞬間(c)穩(wěn)態(tài)56短路電流周期分量的計(jì)算XLσXadXσ57負(fù)載情況下的短路起始暫態(tài)電流

~58定子電樞反應(yīng)磁通轉(zhuǎn)子繞組自由磁通φL阻尼繞組次暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電流

XσXadXLσXnσ59無阻尼繞組的水輪機(jī)有阻尼繞組的水輪機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)60短路沖擊電流和短路電流最大有效值(恒定電勢源)(有限電勢源)6162

異步電機(jī)對稱短路時(shí)的暫態(tài)過程~~異步機(jī)的等值電路圖63

設(shè)短路前異步電動機(jī)的端電壓為U0、電流為I0、電壓和電流間的相角差為，則次暫態(tài)電勢的計(jì)算次暫態(tài)電抗的計(jì)算起動電流標(biāo)么值64總?cè)萘看笥?00kW的高壓電動機(jī)在短路計(jì)算中，直接接在短路點(diǎn)的大型異步電動機(jī)的作用要單獨(dú)加以考慮。單機(jī)容量在20kW以上的低壓電動機(jī)

說明：遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的電動機(jī)，短路瞬間近似地用一個(gè)綜合負(fù)荷等值支路表示。

(以額定運(yùn)行參數(shù)為基準(zhǔn)值)65計(jì)算異步機(jī)影響的短路點(diǎn)總沖擊電流

同步電動機(jī)、調(diào)相機(jī)的沖擊系數(shù)和相同容量的同步發(fā)電機(jī)的沖擊系數(shù)相同。

異步電機(jī)由于沒有原動機(jī)帶動，其短路電流衰減很快，一般只影響次暫態(tài)電流和沖擊電流。66三相短路電流的實(shí)用計(jì)算計(jì)算短路后某一特定時(shí)間的短路電流數(shù)值。67當(dāng)f

點(diǎn)短路時(shí):輸入阻抗和轉(zhuǎn)移阻抗68互易定理6970無源線性網(wǎng)絡(luò)+-轉(zhuǎn)移電抗Xif的物理意義71無源線性網(wǎng)絡(luò)+-輸入電抗Xff的物理意義72用單位電流法求轉(zhuǎn)移電抗令73單位電流法步驟：1、令各電勢接地2、設(shè)某條支路（一般為距短路點(diǎn)最遠(yuǎn)的一條支路）的電流為13、推算其他支路的電流及短路支路應(yīng)施加的電勢4、求轉(zhuǎn)移電抗問題：輸入電抗是否可以用單位電流法求出？74電流分布系數(shù)定義

物理意義

Ci表示所有電源的電勢都相等時(shí)，第i個(gè)電源所提供的短路電流占總短路電流的比例。75

Ci可以代表電流，有方向、大小、且符合節(jié)點(diǎn)電流定律。76描述短路電流隨時(shí)間、電氣距離變化的曲線。計(jì)算曲線法求短路電流計(jì)算電抗Xjs的定義

發(fā)電機(jī)的縱軸次暫態(tài)電抗和歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的外接電抗的標(biāo)么值之和。

77

典型接線中發(fā)電機(jī)滿載運(yùn)行，50%的負(fù)荷接在發(fā)電機(jī)的高壓母線上，其余的負(fù)荷功率通過輸電線路送到短路點(diǎn)以外。計(jì)算曲線的制作787980計(jì)算曲線的應(yīng)用

發(fā)電機(jī)的特性（類型和參數(shù)等）；距短路點(diǎn)的電氣距離。發(fā)電機(jī)合并的主要依據(jù)：短路電流的變化規(guī)律是否 相同或相近。分組的基本原則：

*距短路點(diǎn)電氣距離相差不大的同類型發(fā)電機(jī)可以合并為一組；*遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的不同類型發(fā)電機(jī)可以合并為一組；*直接與短路點(diǎn)相連的發(fā)電機(jī)單獨(dú)合并為一組；*無限大功率（或容量）電源單獨(dú)為一組。等值電源的容量等于提供短路電流的所有電源的額定容量之和。81計(jì)算曲線的應(yīng)用步驟繪制等值網(wǎng)絡(luò)a.選取基準(zhǔn)功率SB和基準(zhǔn)電壓UB=Uav略去各元件的電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵(lì)磁支路。b.發(fā)電機(jī)電抗用c.無限大功率電源的內(nèi)阻抗為0。82進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換a.合并電源；b.求出各等值發(fā)電機(jī)對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗Xfi及無限大電源對短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗Xfs求出各等值發(fā)電機(jī)對短路點(diǎn)的計(jì)算電抗由計(jì)算電抗，根據(jù)計(jì)算曲線找出制定時(shí)刻各等值發(fā)電機(jī)提供的短路周期電流的標(biāo)么值83無限大功率電源提供的短路周期電流的標(biāo)么值計(jì)算短路周期電流的有名值第i臺等值發(fā)電機(jī)無限大功率電源84短路點(diǎn)的周期電流的有名值說明：①上式中Uav取短路處電壓級的平均額定電壓；②短路時(shí)間>4s，認(rèn)為短路電流周期分量不再衰減，其值等于4s時(shí)刻的值。85③復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)劃分成兩組或三組后加以合并即可；

④當(dāng)Xjs<3.45時(shí)，用計(jì)算曲線；當(dāng)Xjs>3.45時(shí)，近似認(rèn)為短路電流周期的幅值已不隨時(shí)間變化。86本章小結(jié)標(biāo)么值的定義

基準(zhǔn)值的特點(diǎn)、電力系統(tǒng)計(jì)算中標(biāo)么值如何選取？相應(yīng)的計(jì)算公式有何變化？恒定電勢源供電系統(tǒng)短路分析

⑴三相短路后，短路電流的組成和變化規(guī)律？87有限容量電源系統(tǒng)的短路分析

⑴短路電流周期分量的變化規(guī)律？

⑵異步電動機(jī)對短路暫態(tài)過程的影響？

⑵短路沖擊電流ich、短路電流最大有效值Ich及母線殘壓的計(jì)算？88