第六章 短路故障分析与计算ppt课件.ppt

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1、第六章 短路故障分析计算,6.1 概述6.2 标幺值6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算6.4 有限容量电源供电网络的三相短路计算6.5 简单不对称短路计算,6.1 概述,短路是指一切不正常的相与相间或相与地之间发生通路的情况。,一、产生短路的原因及后果,产生短路的原因：,短路的危害：,使设备急剧发热；产生很大的机械应力；,6.1 概述,二、短路类型,电压大幅度下降；系统失去稳定；产生严重的电磁干扰；,6.1 概述,三、短路计算的目的和简化假设,选择校验各种电气设备合理配置各种继电保护和自动装置作为选择和评价电气主接线的依据,短路计算的目的,负荷用恒定阻抗表示或忽略不计系统中各元件参数

2、恒定系统中各发电机电动势同相位系统除故障发生处外，其余部分三相对称,简化假设,6.2 标幺制,一、标么制,阻抗、电压、电流和功率的标幺值,6.2 标幺制,二、基准值的选择,基准值单位与有名值单位相同。阻抗、电压、电流和功率的基准值之间负荷电力系统的基本关系。,6.2 标幺制,根据功率基准值和电压基准值，可计算出电流和阻抗基准值,标幺值分别为,6.2 标幺制,将标幺值换算成有名值,6.2 标幺制,三、基准值改变时标幺值的换算,先将以各自额定值作基准值的标幺值还原为有名值；在选定电压基准值和功率基准值后，以次为基准进行标幺值计算。,发电机电抗：,变换基准值后，电抗标幺值,6.2 标幺制,变压器电抗

3、,变换基准值后，电抗标幺值,电抗器电抗,变换基准值后，电抗标幺值,线路电抗在统一基准值下的标幺值,6.2 标幺制,四、变压器联系的多级电压网络中标幺值计算,确定基本级和基本级的基准电压；按照各电压级与基本级相联系的变压器的变比，确定其余个电压级的电压基准级；按全网统一的功率基准值和各级电压的电压基准值计算各元件标幺值。,6.2 标幺制,1、准确计算法,经过n台变压器后，第n+1段网络的基准电压计算式,6.2 标幺制,6.2 标幺制,2、近似计算法,平均额定电压Uav：为了简化计算，取同一电压等级的各元件最高额定电压与最低额定电压的平均值。,将由变压器联系的两侧网络的额定电压用网络的平均额定值代

4、替；变压器的实际变比用变压器两侧网络的平均额定电压之比代替。,近似算法：,6.2 标幺制,不同电压等级相应的平均额定电压：,近似算法计算中，各段基准电压直接等于该段网络的平均额定电压。,电抗器电抗的标幺值仍取用电抗器本身的额定电压值。,6.2 标幺制,例题：下图所示输电系统，试分别用准确计算法及近似计算法计算等值网络中各元件的标幺值及发电机电动势的标幺值。,6.2 标幺制,五、使用标幺制的优点,简化计算公式易于比较电力系统各元件的特性及参数一定程度上简化计算工作便于对计算结果作出分析,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,无限容量系统的概念：,无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系

5、统的容量为，内阻抗为零。无限容量系统的特点：一个恒压源。在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10%时，就可认为该电源是无限大功率电源。,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,一、短路暂态过程分析,短路前，系统中a相电压和电流的计算式：,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,k点短路后，与电源相连的回路中的电流应满足：,方程的解由两部分组成：,周期分量,非周期分量,短路全电流表示式,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。,短路全电流表达式为,6.3 无限大功率电源供

6、电网络的三相短路计算,短路瞬间a相电流相量图 a相短路电流波形图,二、短路冲击电流和最大有效值电流,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,短路冲击电流：短路电流的可能最大瞬时值。,在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为,当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电流的瞬时值为最大，短路情况最严重，其必备的条件是：,1、短路冲击电流,短路前空载（即）,短路瞬间电源电压过零值，即初始相角,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,ish发生在短路后约半个周期（0.01s）。,其中，短路电流冲击系数。,1Ksh 2,因此,6.3 无限大功率电源

7、供电网络的三相短路计算,工程计算中：,发电机电压母线短路时，Ksh1.9；发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发生短路时，Ksh1.85；其它地点短路时，Ksh1.8。,冲击电流主要用于校验电气设备和载流导体在短路时的动稳定性。,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,2、最大有效值电流,任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻t为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值。,实用计算中取：,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,因此,当t=0.01s时，短路冲击电流有效值Ish,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,当Ksh=1.9时，,当Ksh=1.8时，,短路电流最大

8、有效值用来校验电气设备的断流能力或耐力强度。,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,三、短路功率（短路容量）,标幺值,短路功率定义为工作电压与短路电流乘积的含义：,断路器要能切断大的短路电流；断路器断流时，触头应能经受住工作电压的作用。,四、无限大功率系统的短路电流计算,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,系统端电压,基准电压,短路电流周期分量有效值,短路容量,短路电流有名值,短路容量有名值,6.3 无限大功率电源供电网络的三相短路计算,例题：简单电网由无限大功率电源供电，当k电发生三相短路时，试计算短路电流的周期分量、冲击电流及短路功率（取Ksh1.8）。,一、同步发电机突

9、然发生三相短路的电磁暂态过程,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,无阻尼绕组同步发电机电动势,有阻尼绕组同步发电机电动势,二、起始次暂态电流和冲击电流的计算,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,同步发电机次暂态电动势近似值,假设同步发电机转子结构对称,起始次暂态电流,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,异步电动机次暂态电动势近似值,异步电动机次暂态电抗标幺值,负荷提供的冲击电流,三、短路电流计算的使用方法,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,1、转移阻抗的概念,只在第i个节点加电动势为 的电源，其余节点电源电动势为零，则 与从第k个节点流出网络的电流之比

10、称为节点i与节点k之间的转移阻抗。,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,2、应用计算曲线计算短路电流,在实际工程计算中，通常采用“计算曲线”来求解三相短路电流任意时刻周期分量的有效值。,计算曲线按汽轮发电机和水轮发电机分别制作，且只做到为止。,其中,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,距短路点电气距离相差不大的同类型发电机可以合并；远离短路点的不同类型发电机可以合并；直接与短路点相连的发电机应单独考虑；无限大功率电源应单独考虑。,当网络中有多台发电机时，常采用合并电源的方法来简化网络。合并的主要原则是：,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,应用计算曲线计算短路电流

11、的步骤：,绘制等值网络，计算系统中各元件的电抗标幺值。,按电源归并原则，将网络中的电源合并成若干组，每组用一个等值发电机代替，无限大功率电源单独考虑，通过网络变换求出各等值发电机对短路点的转移电抗。,求计算电抗：,由计算曲线确定短路电流周期分量标幺值。,计算短路电流周期分量的有名值。,6.4 有限大功率电源供电网络的三相短路计算,例题：下图为电力系统在k点发生三相短路，试求：t=0s和t=0.5s的短路电流；短路冲击电流及0.5s的短路功率。,G1、G2为汽轮发电机，每台容量为31.25MVA，Xd=0.13；G3、G4为水轮发电机，每台容量为62.5MVA，Xd=0.135；T1、T2每台容

12、量为31.25MVA，Uk%=10.5，T3、T4每台容量为60MVA，Uk%=10.5；母线电抗器为10kV，1.5kA，XR8；L1长50km，0.4/km，L2长80km，0.4/km；无限大功率系统S的内电抗X0。,6.5 简单不对称短路计算,一、对称分量法,任何一个不对称三相系统的相量、都可分解成三个对称的三相系统分量，即正序、负序和零序分量。,6.5 简单不对称短路计算,6.5 简单不对称短路计算,正序分量(、)：与正常对称运行下的相序相同,负序分量(、)：与正常对称运行下的相序相反,零序分量(、)：三相同相位,6.5 简单不对称短路计算,写成矩阵形式,反变换,展开式,6.5 简单

13、不对称短路计算,二、序阻抗,1、序阻抗的概念,元件序阻抗是指元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件同一序电流的比值。,三相对称线路流过三相不对称电流时,6.5 简单不对称短路计算,写成矩阵形式,对称分量电压与电流的关系,6.5 简单不对称短路计算,2、输电线路的负序电抗和零序阻抗,输电线路的负序参数与正序参数相同。,这一结论同样适用于电力系统中一切静止元件。,输电线路的零序阻抗与电流在大地中的分布有关。,3、同步发电机的负序阻抗和零序阻抗,同步发电机的负序阻抗,若无确切参数，发电机负序阻抗和零序阻抗可根据P184表6-5取值。,6.5 简单不对称短路计算,4、异步电动机的负序阻

14、抗和零序阻抗,异步电动机的负序阻抗,异步电动机的零序阻抗,5、变压器的负序阻抗和零序阻抗,变压器的负序参数与正序参数相同。,变压器零序参数与变压器结构和三相绕组接线方式相关。,6.5 简单不对称短路计算,YNd（Y0/）接线,YNy（Y0/Y）接线,6.5 简单不对称短路计算,YNyn（Y0/Y0）接线,若与二次侧相连的电路还有另一个接地中性点,若与二次侧相连的电路没有其它接地中性点,6.5 简单不对称短路计算,三个单相变压器组成的三相变压器组和三相四柱（五柱）变压器,YNd和YNyn接线,YNy接线,三相三柱式变压器,6.5 简单不对称短路计算,变压器星形侧中性点经阻抗Zn接地,6.5 简单

15、不对称短路计算,三绕组变压器,YNdy(Y0/Y)接线,YNdyn(Y0/Y0)接线,绕组外电路中有接地点,6.5 简单不对称短路计算,YNdd(Y0/)接线,绕组外电路中无接地点,6.5 简单不对称短路计算,三、序网络图,6.5 简单不对称短路计算,6.5 简单不对称短路计算,正序网络,零序网络,负序网络,6.5 简单不对称短路计算,1、正序网络,正序网络与计算三相对称短路时的等值网络完全相同。引入代替短路点故障条件的不对称电动势的正序分量。,2、负序网络,负序网络与正序网络完全相同。电源负序电动势为零。引入代替短路点故障条件的不对称电动势的负序分量。,6.5 简单不对称短路计算,3、零序网

16、络,电源零序电动势为零。引入代替短路点故障条件的不对称电动势的零序分量。根据零序电流流通情况确定零序网络。,6.5 简单不对称短路计算,例题：对图所示发生不对称短路的网络建立各序网。,正序网络,负序网络,6.5 简单不对称短路计算,零序网络,6.5 简单不对称短路计算,四、不对称短路分析,分析计算中，不计短路点的弧光电阻及接地电阻。,电力系统简单不对称短路有单相接地短路、两相短路和两相接地短路。,各序网络的电压方程,6.5 简单不对称短路计算,1、单相接地短路,边界条件：,转换成对称分量的形式：,用序量表示的边界条件：,6.5 简单不对称短路计算,短路点正序分量电流,复合序网：根据边界条件所确

17、定的短路点各序量之间的关系，由各序网络互相连接起来所构成的网络。,6.5 简单不对称短路计算,短路点电流和电压各序分量,6.5 简单不对称短路计算,短路点短路电流,非故障相对地电压,6.5 简单不对称短路计算,2、两相短路,边界条件：,转换成对称分量的形式：,用序量表示的边界条件：,6.5 简单不对称短路计算,短路点正序分量电流,短路点电流和电压各序分量,6.5 简单不对称短路计算,短路点短路电流绝对值,短路点各相对地电压,6.5 简单不对称短路计算,3、两相接地短路,边界条件：,转换成对称分量的形式：,用序量表示的边界条件：,6.5 简单不对称短路计算,短路点正序分量电流,短路点电流和电压各序分量,6.5 简单不对称短路计算,短路点故障相电流,短路点非故障相电压,故障相电流绝对值,6.5 简单不对称短路计算,4、正序等效定则,不对称短路正序电流可表示为,正序等效定则：在简单不对称短路的情况下，短路点的正序电流分量与在短路点每一相接入附加电抗 而发生三相短路的电流相等。,6.5 简单不对称短路计算,各种不对称短路时短路电流的绝对值与其正序电流的绝对值成正比,各种短路时 和 的值,6.5 简单不对称短路计算,例题：如图所示电力系统，试计算k点发生不对称短路时的短路电流。系统各元件参数如下：,