发电机馈送的短路电流.ppt
《发电机馈送的短路电流.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《发电机馈送的短路电流.ppt(66页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,第三章船舶交流電力系統的短路計算,2,第一節 概述,在船舶電力系統實際運行中,短路故障難以避免,絕緣的自然老化、機械損傷、戰鬥與誤操作等都可能造成短路的發生。當船舶電力系統中主母線附近發生短路時,將出現比正常值大許多的短路電流。系統短路阻抗與短路點的位置有關,短路點距離電源越近,則系統總阻抗就越小,短路電流值也就越大。短路所經歷的時間很短,強大的短路電流所產生的機械應力和熱效應,也能使發電機及其他設備破壞。短路電流還會使電網電壓大幅度降低,使設備的工作受到影響,以致使正在運轉的電動機停止運轉。,3,船舶電力系統短路計算的目的,校驗所選用的開關電器(如斷路器)的短路接通能力和短路分斷能力。校
2、驗匯流排等器件的電動力穩定性。校驗所選電氣設備(如開關,母線)的熱穩定性。為電力系統選擇性保護的設計和整定提供依據。確定是否需要採取必要的限流措施。,4,短路可分為單相接地短路(中性點直接接地系統)、兩相相間短路、兩相兩點接地短路和三相短路。陸地上電力系統因採用架空線路且都是中性點直接接地系統,發生單相接地短路的故障率最高。船舶電力系統大多採用三相絕緣系統,故發生三相對稱短路的故障率最大。,5,交流系統典型短路電流計算方法IEC IEEEANSI 這些方法都離不開電機的基本理論,因此它們在本質上並沒有很大的差別,只是對發電機短路電流交流分量衰減的處理,電動機饋送短路電流、短路電流的合成方法以及
3、計算精度有所不同而已。,6,本章以IEC(國際電工協會)第363號出版物規定的標準為基礎制定的計算為主要介紹內容。該方法較全面地考慮了短路電流在次暫態(超瞬變)過程中的衰減,考慮了外部線路阻抗對時間常數的影響,因此比較接近船舶交流電力系統短路的實際過程,是一種較精確的短路計算方法,特別是在鄰近主配電盤處發生短路時,計算結果最為精確。在計算遠離主配電盤的短路電流時,其計算結果偏大,實際上我們所關心的重點是鄰近主配電盤那些短路點的短路電流值,因為這些短路電流數值大、電器設備多、影響面大;而遠點的計算結果偏大,對實際選擇電器及保護整定不會造成太大問題。,7,第二節 短路電流,一.無限電源容量系統的短
4、路分析假設電力系統三相交流電路是對稱的,我們只要研究短路後,其中一相電流暫態過程的變化規律,便可了解整個三相交流電路的電流、電壓的變化規律。1.無限電源容量三相交流電路的短路電流圖1為無限大系統短路的等值電路(單相),e為電源電動勢,L和R為短路回路的綜合電感和電阻,且,8,9,由式(2)可看出,交流電路的短路電流由穩態交流分量(即週期分量iac)和直流分量(即非週期分量idc)兩部分組成。直流分量隨時間而衰減,交流分量與直流分量合成三相短路全電流,其為非對稱短路電流。短路電流的波形如圖2所示。,10,2.短路電流交流分量式(2)右邊第一項為短路電流交流分量,即,從式(3)和圖2波形中看出:(
5、1)交流分量是一個穩態值,是正弦交變的週期函數,其最大值為;(2)短路瞬間(t=0),短路電流的交流分量(即短路週期分量初始值)為,式中看出,其值取決於I、Q和值;(3)發生短路後,各不同時間短路的電流交流分量瞬間值不同,當sin(t+-)=1時,其值最大,最大值發生在,處,當k=0,1,2,3,.時出現。,11,3.短路電流的直流分量在式(2)中,右邊第二項表示短路電流的直流分量,即,從式(6)和圖2波形中看出:(1)短路瞬間(t=0),短路電流的直流分量為,該值大小與I、有關,與短路瞬間短路電流交流分量 大小相等,方向相反;,(2)直流分量隨著時間的增加而衰減,衰減快慢取決於時間常數 或是
6、;,(3)當sin(-)=-1,即合閘初相角=0,當 時,為最大值,亦即得到非對稱最大峰值,=0為非對稱 最大峰值合閘相位角。,12,由於,所以最大非對稱短路電流,4.非對稱短路電流的最大峰值非對稱短路電流最大峰值一般被稱為衝擊短路電流,以短路電流波形可近似地認為在非週期分量初始值為最大值時的相位角,且對稱短路電流為最大時,即 或 時,亦即在短路發生後第一個半週期出現(當f=50Hz時,半個週期為)。,我們所關係的最大非對稱短路電流是在 時出現的短路全電流,它的值是對稱有效值的倍數n。亦稱為衝擊係數。衝擊係數n與短路電路功率因數角有關,其值在1.412.82間變化。,13,二.船舶有限電源容量
7、的短路分析由於船舶電力系統的電源容量有限,不是”無限大電源容量”電力系統,用前述方法計算短路電流雖然簡單,但誤差可達30%40%,且其值離電源容量越近誤差越大。對於船舶電源容量有限的電力系統,當短路時,其電源端電壓不能視為不變,短路電流週期分量幅值在短路過程中是衰減的,其短路電流的變化規律如圖3所示。,14,根據電機學理論分析,同步發電機三相突然短路最嚴重的情況,是發電機空載(不考慮激磁電流變化時)、且電壓的起始相角=0時。因此由圖3中可知,短路電流是交變分量和直流分量(因定子電流不能突變而產生,其初始值等於交變分量的最大值,並按定子電路的時間常數呈指數衰減)相加而成的。短路電流的交變分量在短
8、路初期很大,此後逐漸減小。這是因為電樞反應磁鏈所經過的磁路在改變,如圖4所示。圖中粗線表示電樞反應磁鏈(因為磁鏈為對稱分布,圖中只畫出右半部)。,15,交流同步發電機一般有三個繞組:定子上的電樞繞組、轉子上的激磁繞組和阻尼繞組。在發生三相對稱短路故障後,此三個繞組互相之間都有電磁作用。在發電機突然短路的瞬間,由於阻尼繞組和激磁繞組感 應電流和磁通阻止磁鏈突變,而使發電機電樞反應磁鏈ad趕到氣隙中流通,如圖4(a)所示,呈現出磁阻很大,電抗很小(即Xd),短路電流交流分量很大的狀況,這是次暫態過程,或稱超瞬態過程。短路後約經23個週波,如圖4(b)所示,阻尼繞組中感生的電流已經衰減,電樞反應磁鏈
9、能穿過阻尼繞組的鐵芯,磁阻減小些,電抗增大為Xad,短路電流減小些,這是暫態過程,或稱瞬態過程。,16,再過一些時間,約十幾個週波,如圖4(c)所示,激磁繞組中感應的電流已衰減掉,此時電樞反應磁鏈 與主磁鏈。一樣穿過整個轉子的鐵芯,磁阻減小,電抗增大為Xd,短路電流進一步減小達到穩態最小值,這是穩態過程。以上面分析可知,與“無限大電源容量”電力系統相比,交流同步發電機在短路過程中電抗值不是常數,而是一個以次暫態Xd過渡到暫態Xad的變量。這就是說,發電機短路電流的交變分量分別為次暫態交變分量Ig、暫態交變分量Ig和穩態交變量Ig。次暫態分量按阻尼迴路的時間常數Td呈指數衰減,暫態分量按激磁迴路
10、的時間常數指數衰減。,17,1.交流同步發電機短路電流基本公式取出一相來分析,設相電勢同樣,可根據電壓平衡方程式,解微分方程式求得其全電流表達式式中 Td為發電機直軸次暫態短路時間常數;Td為發電機直軸暫態短路時間常數;Ta為發電機非週期時間常數。與無窮大電網短路電流比較,船舶交流電力系統短路電流同樣有對稱週期分量iacg和非週期分量idcg兩部份,只是他的對稱短路電流還隨著時間以次暫態向暫態衰減,直至最後到穩態。,18,對交流同步發電機而言,因為發電機電樞電阻RaXd,則短路初暫功率角,與無窮大電源容量電網比較,同樣近似認為交流同步發電機在初相角=0時,可求得最大非對稱短路電流,即此時短路電
11、流波形正如圖3所示。,19,2.次暫態對稱短路電流初始(有效)值Ig式中 UN為發電機額定線電壓,V;VN為發電機額定相電壓,V;Ra為發電機電樞電阻,m;Td為發電機直軸次暫態電抗,m。,20,3.暫態對稱短路電流初始(有效)值Ig式中,Xd為發電機直軸暫態電抗。4.穩態對稱短路電流(有效)值Ig式中,Xd為發電機同步暫態電抗。,21,5.最大非對稱短路電流IPg由圖3可知,最大非對稱短路電流約在,即在 時出現,代入式(11)得因為我們關心的是短路後半個週波出現的最大瞬時值,在短路後23個週波時,暫態短路電流還沒有(或剛剛開始)衰減,故在實際工程計算中,忽略暫態短路電流的衰減時間常數,而近似
12、計算式中 Iac為短路電流對稱分量;Idc為短路電流直流分量(非對稱分量),亦即短路發生後第一個半週 期發電機饋送的對稱短路電流。,22,上式為發電機空載時的情況。當短路故障發生在發電機額定負載時,即在額定電壓、額定電流、額定功率因數下,發電機饋送的對稱短路電流,可用發電機空載情況下的對稱短路電流值乘以適當的係數求得。這個係數取決於發電機的特性,在缺乏確切資料的情況下,可取1.1,即這是因為發電機在額定負載情況下,相電勢E大於相電壓。在發電機戴負載情況下,計算短路電流最大非對稱短路電流不必使用係數1.1。上述短路電流基本公式是在他激式情況下得出的,同樣適用 於自激式交流同步發電機。,23,三.
13、短路電流粗略計算主配電盤附近發生短路時,最大對稱短路電流有效值為滿足最大需要功率,而可能是並聯運行的所有發電機額定電流的10倍,再加上需要同時投入運行的所有電動機額定電流是3倍(對稱有效值),短路功率因數假定為0.1。即式中 Iac為最大對稱短路電流有效值;INg為所有並聯運行的發電機額定電流之和;INM為所有同時投入運行的電動機的額定電流之和;cosK為短路功率因數。,24,最大非對稱短路電流值與短路功率因數有關,如圖5所示式中 IP為最大非對稱短路電流 n為峰值係數當短路功率因數為 時,由圖5的曲線查得其峰值係數為n=2.45,此時,25,第三節 短路計算系統圖和標么值,一.短路計算工況和
14、選擇 短路計算應該選擇電力系統短路最嚴重(數值最大)工況下進行。這個工況應該是:投入發電機的額定功率總和為最大;發電機組處於長期並聯運行狀態,投入工作的異步電動機額定功率總和為最大;發電機組的起始負載最大。二.短路計算系統圖的繪製短路計算系統圖應根據所選計算工況和船舶電力一次系統圖繪製,通常採用系統單線圖。計算圖中包括:1.並聯工作的發電機;2.用一個等效電動機表示電動機負載;3.相應的導電部份,如開關、電器和變壓器等;4.所選擇的短路計算點。圖上應標註發電機的型號、額定功率和額定電壓,開關電器的型號、額定電流,電線和電纜的型號、數量、截面和長度,等效電動機和其他元件的主要技術參數。,26,三
15、.短路計算的選擇,船舶電力系統的短路電流,是由系統的所有發電機和電動機的參數及電路的阻抗決定的,而且和短路點的位置有很大的關係。我們選擇短路點的原則是應該使該點短路後,流過所選擇、整定或校驗的電氣設備的電流為最大。,27,當校驗母線的動穩定性或開關1(最大用電設備開關)的斷路容量時,可選圖中1號開關旁B2點短路。此時所有工作發電機和除1號開關供電的設備之外的所有工作電動機都經過母線及1號開關向B2點供電。如果短路點選在開關1的左端,則所有工作發電機和工作電動機(1號開關供電的設備除外)供給短路點的電流都不經過1號開關,這樣的驗算就不合理了。在校驗發電機主開關2的斷電容量時,應選A點。因為A點短
16、路時另兩台工作發電機和所有工作電動機都經過2號開關向短路點供電。如選2號開關靠近母線端短路時,只有G2經過開關2向短路點供電,顯然不是最嚴重的情況。當校驗主配電盤匯流排的電動力穩定性時,應選B1點,校驗分配電盤上的開關3和4時,應分別選開關附近的C點和D點。,28,四.標么值(相對值)在短路電流實際計算中,電壓、電流、阻抗、功率等物理量,為了計算方便,通常不用其實際的數值表示,而是採用稱做標么值的相對單位值來表示。已知或求得標么值之後,也可由上式求得實際值,它等於標么值與基準值的乘積。船舶電力系統的發電機、電動機、變壓器等設備,其產品目錄參數的標么值都是以設備的額定值SN、UN作為基準值而求得
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 发电机 馈送 短路 电流

链接地址:https://www.31ppt.com/p-6460384.html