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1、第五章 短路电流实用计算,第一节 短路的基本概念 第二节 标么值 第三节 电力系统中各元件的电抗标么值的计算 第四节 短路电流计算的程序 第五节 由无限大容量系统供电的三项短路 第六节 由发电机供电的三相短路的实用计算 第七节 电力系统中各元件的序参数和序网络 第八节 不对称短路电流的计算,第一节 短路的基本概念,一、短路的定义及其种类 二、发生短路的原因 三、短路的后果 四、短路计算的目的与计算假设,一、短路的定义及其种类,在电力系统中，短路是最常见而且对电力系统运行产生严重影响的故障。所谓短路是指相与相或相与地之间直接金属性连接。短路种类主要有三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路
2、等四种。三相短路属对称短路，其它属不对称短路。 系统中各种短路、代表符号及事故机率如表5-1所示。,短路种类代表符号及事故机率,二、发生短路的原因,（1）设备或装置存在隐患。如绝缘材料陈旧老化、绝缘机械损伤、设备缺陷未发现消除、设 计安装有误等。 （2）运行、维护不当。如运行人员不遵守操作规程，出现误操作，技术水平低，管理不善，机械损伤等。 （3）自然灾害。如雷击过电压，特大的洪水、大风、冰雪、塌方等引起的线路倒杆、断线，飞禽走兽跨接裸导体等。一般说来，短路故障是可以防范的，绝大多数短路故障的发生都与工作人员未能很好地履行岗位职责有关。,三、短路的后果,（1）电动力效应。短路电流在设备中产生巨
3、大的的电动力，可能引起设备变形、扭曲、断裂。 （2）热效应。短路电流通常比正常工作电流大几十倍。导体的发热量与电流的平方成正比，使设备温度急剧上升，可能导致设备短时过热。不仅烧坏设备，还可能伤及工作人员。 （3）磁效应。短路电流通过线路时在周围产生交变的电磁场。特别是不对称短路，对附近通信线路和无线电波产生电磁干扰。 （4）电压效应。短路电流使电网电压降低。电网电压的下降可能导致用电设备正常工作的破坏，还可能造成系统中并列运行的发电机失步或者导致电网枢纽电压的崩溃，所有这些都可能引起电力系统瓦解而造成大面积停电事故。在某些不对称短路情况下，非故障相电压将超过额定值，引起“工频电压升高”的内部过
4、电压现象。,四、短路计算的目的与计算假设,计算短路电流的具体目的 短路电流基本假设,计算短路电流的具体目的,选择和校验电气设备；进行继电保护装置的选型与整定计算；分析电力系统的故障及稳定性能；选择限制短路电流的措施；确定电力线路对通信线路的影响等。,短路电流计算基本假设,（1）电力系统在正常工作时三相是对称的；所有发电机的转速和电势相位在短路过程中保持不变，即发电机无摇摆现象。 （2）电力系统各元件的电容和电阻略去不计；各元件的电抗在短路过程中保持不变；即不受铁芯饱和的影响；变压器还略去励磁电流和励磁回路。各电力元件的寄生电容仅在超高压时才考虑；在1kV及以下的低压网络中，或短路回路的总电阻常
5、大于总电抗的1/3(甚至大于电抗)时，应计入电阻。在高压电网中计算短路电流非周期分量的时间常数时，应考虑短路回路中电阻的影响。,第二节 标么值,一、标么值的定义 二、标么值的转换 三、标么值的特点,一、标么值的定义,标么值是某些电气量的实际有名值与所选定的同单位规定值之比，即 可见标么值是一个无单位的比值，而且，对同一个实际值，当所算的基值不同时其标幺值也不同。标么值的符号为各量符号加下角码“*”。,二、标么值的转换,四个电气量对于选取的四个基准量的标幺值为,在计算时要把电气元件的（额定）基值的标幺值转换为统一选定的基准值下的标幺值。以电抗的标幺值为例，转换公式为,基准电压等于额定电压时，上面
6、公式变成,基准电压的选取,基准电压的选取,在实用计算中，通常选取某一段电路的平均标称电压作为基准电压，也就是说各段电路的基准电压均等于该段电路的平均电压。我国电力系统中常用到的各电压级的平均标称电压如下：,三、标么值的特点,（1）在三相电路中,标么值相量等于线量。 （2）三相功率和单相功率的标么值相同。 （3）三相电路的标么值欧姆定律为U*=I*X*，功率方程为S*=U*I*,与单相电路的相同。 （4）当电网的电源电压为额定值时(即U*=1)，功率标么值与电流标么值相等，且等于电抗标么值的倒数。 （5）两个标么基准值相加或相乘，仍得同基准的标么基准值。 由于上述特点，用标么值计算短路电流可使计
7、算简便，且结果明显，便于迅速及时地判断计算结果的正确性。,第三节 电力系统中各元件的电抗标么值的计算,一、同步电机 二、变压器 三、架空线路和电缆线路 四、电抗器,一、同步电机,1.有名值在三相短路电流的实用计算中，只需知道同步电机在短路起始瞬间的电抗，即纵轴次暂态电抗 ，实际计算时需换算到所选定的基准值，换算公式为,二、变压器,1. 双绕组变压器 2. 三绕组变压器,1. 双绕组变压器,双绕组变压器产品给出阻抗电压（短路电压）百分值Ud%，以变压器额定参数为基准值的电抗标幺值为：,2. 三绕组变压器,等值电路 额定标么值 基准标么值,等值电路,额定标么值,基准标么值,三、线路,标么值,四、电
8、抗器,第四节 短路电流计算的程序,计算短路电流前，应先搜集有关的电力系统接线图、运行方式及各元件的技术数据等资料。计算时，根据资料首先拟出计算电路图，再选定计算短路点。对每一短路点作出等值电路图，并逐步化简至最简形式的短路回路，即由一个总电源经总电抗至计算短路点的短路回路，便可求出所选短路点的短路电流值。,第五节 由无限大容量系统供电的三项短路,一、无限大容量电力系统的概念 二、短路电流的变化规律 三、短路电流各分量的计算,一、无限大容量电力系统的概念,系统中的发电机愈多，容量越大，则系统内阻抗就愈小。这时若外电路元件的阻抗比系统内阻抗大得多，则当外电路中电流发生变动甚至出现短路时，系统出口母
9、线电压变化很小。在实用的短路计算中可忽略此电压的变动而近似认为系统出口母线电压维持不变。 在进行短路电流计算时，若系统内阻抗不超过短路回路总阻抗(含系统内阻抗)的5%10%，便可视为无限大容量系统。,二、短路电流的变化规律（一）,二、短路电流的变化规律（二）,发生短路后，整个短路过程包括两部分，即暂态过程和稳态过程。在暂态过程中，短路电流包含两个分量：一个是稳态分量，又称周期分量；另一个是暂态分量，也称非周期分量。非周期分量是一个按指数规律衰减的分量，当其衰减完后，短路即进入稳定状态。 故短路全电流为,三、短路电流各分量的计算,1. 周期分量 2. 非周期分量 3. 短路冲击电流 4. 母线残
10、余电压 5. 短路功率,1. 周期分量,无穷大容量系统中： 用标幺值计算时，一般取UB=UP，则 周期分量的有名值为,2. 非周期分量,发生短路的最严重条件是：发生短路时电压的初相角为零；短路前电路为空载，即负荷电流为零；电路中电阻可忽略不计，为纯电感电路，即阻抗角=90。 任意时刻t时非周期分量的瞬时值为,3.短路冲击电流,4. 母线残余电压,5. 短路功率,第六节 由发电机供电的三相短路的实用计算,一、短路电流曲线 二、周期分量电流幅值的变化 三、计算电抗对周期分量有效值的影响 四、次暂态短路电流及冲击短路电流的计算 五、短路电流的总有效值与冲击电流有效值,一、短路电流曲线,无自动电压调整
11、器时的三相短路电流曲线 有自动电压调整器时的三相短路电流曲线,无自动电压调整器时的三相短路电流曲线,有自动电压调整器时的三相短路电流曲线,三、计算电抗对周期分量有效值的影响,短路回路的总电抗标么值换算为计算电抗的公式 不同的计算电抗Xjs时，周期分量有效值的变化曲线,短路回路的总电抗标么值换算为计算电抗的公式,不同的计算电抗Xjs时，周期分量有效值的变化曲线,四、次暂态短路电流及冲击短路电流的计算,三相短路的次暂态电流 发电机的次暂态电势：若发电机在短路前已带有额定负荷，则： 最大相冲击短路电流 实用计算中，对发电机端取Kch=1.9，对发电厂的高压配电装置母线取Kch=1.85，远离发电厂时
12、取Kch=1.8。,五、短路电流的总有效值与冲击电流有效值,Ich的大小与短路点的位置有关，如远离发电厂时，,第七节 电力系统中各元件的序参数和序网络,X1、X2、X0包括电源和外电路的短路回路的正序、负序和零序总电抗 各元件的各序阻抗,各元件的各序阻抗,（一）正序电抗 （二）负序电抗 （三）零序电抗,（一）正序电抗,在计算三相短路电流时所用的各元件电抗就是元件的正序电抗。因为三相短路电流就是正序电流。,（二）负序电抗,静止电器是指不带旋转部件的电器，如变压器、电抗器、架空线路及电缆线路等，其负序电抗等于正序电抗。 同步电机的负序电抗一般不等于正序电抗。同步电机的负序电抗值可由产品目录或手册查
13、出。如缺少这些数据时，也可采用下述平均值： 对汽轮发电机和有阻尼绕组的水轮发电机， 对无阻尼绕组的水轮发电机：,（三）零序电抗,1同步电机 2电抗器 3. 架空线路 4电力电缆 5.变压器,1同步电机,无厂家数据时可取下列平均值： 无阻尼绕组的水轮发电机 有阻尼绕组的水轮发电机 容量5OMVA及以下的汽轮发电机,2电抗器,3. 架空线路,实际计算时可近似取以下平均数据 单回架空线路 双回中的一回架空线路,4电力电缆,5. 变压器,几种常用的双绕组和三绕组变压器的绕组接线及其零序电流等值电路图 （1）YN，d接线的双绕组变压器 （2）YN，y接线的双绕组变压器 （3） YN，yn接线的双绕组变压
14、器 （4）三绕组变压器,几种常用的双绕组和三绕组变压器的绕组接线及其零序电流等值电路图,（1）YN，d接线的双绕组变压器,（2）YN，y接线的双绕组变压器,一般额定标么值,（3） YN，yn接线的双绕组变压器,若绕组侧具有零序通道，则变压器的零序电抗应与该侧零序等值电路一并考虑。若绕组侧无零序通道，则与YN，y接线的情况相同 。,（4）三绕组变压器,YN，d，y接线 YN，d，d接线 YN，d，yn接线变压器绕组的零序电抗要与整个零序网络一并考虑,第八节 不对称短路电流的计算,一、两相短路 二、单相接地短路 三、两相接地短路 四、正序等效定则,一、两相短路,设K（2）点发生B、C两相金属性短路，B、C称为故障相，A相为非故障相 故障相的短路电流绝对值的一般表达式为 当 时，则有,二、单相接地短路,故障相（特殊相）电流的绝对值为,三、两相接地短路,故障相的短路电流绝对值 短路电流入地中的电流为,四、正序等效定则,不对称短路故障时故障支路的正序电流分量，等于故障点每相加上一个附加电抗 后发生三相短路的电流。这就是正序等效定则 。 故障点故障相电流的绝对值 与故障支路的正序分量 成正比，可表示为： 不同短路类型的 和,不同短路类型的 和m(n),