第五章 电力系统短路及非全相运行1ppt课件

第五章电力系统短路及非全相运行分析 第5章电力系统短路及非全相运行分析 本章重点内容 1 电力系统故障的基本类型 2 电力系统发生短路故障的主要危害 3 电力系统标么值 4 无限大功率电源的基本概念 5 无限大功率电源发生三相短路电流的特点 6 冲击电流 短路最大有效值电流 短路功率的基本概念 第5章电力系统短路及非全相运行分析 本章重点内容 7 同步发电机三相短路电流工程实用计算8 对称分量法 9 零序网络的制作 10 各种不对称短路故障的分析 11 故障处的电压 电流的计算 12非全相运行 第5章电力系统短路及非全相运行分析 由无限大容量电源供电的三相短路的分析与计算同步发电机三相短路分析电力系统不对称故障的分析与计算 电力系统短路故障 短路故障 电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接短路类型对称短路 三相短路f 3 不对称短路 单相接地短路f 1 两相短路f 2 两相接地短路f 1 1 电力系统短路故障 发生短路故障的主要原因电气设备及载流导体因绝缘老化 或遭受机械损伤 或雷击等各种形式的过电压致使绝缘被损坏不可预计的自然损坏 例如架空线路因大风或导线履冰引起杆塔倒塌等 或鸟兽跨接在裸露的载流部分等自然的污秽加重降低绝缘能力运行人员误操作 例如线路或设备检修后未拆除接地线就加电压等 电力系统短路故障 短路故障的危害产生从电源到故障点巨大的短路电流 可达正常负荷电流的几倍到几十倍 短路电流通过电气设备 将导致设备因发热而损坏 短路电流在电气设备的导体间产生很大的电动力 将导致导体变形 扭曲或损坏引起系统电压的突然大幅度下降 系统中异步电动机将因转矩下降而减速或停转引起系统中功率分布的突然变化 可能导致并列运行的发电厂失去同步 破坏系统的稳定性不对称短路电流所产生的不平衡交变磁场 对周围的通信网络 信号系统 晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰 电力系统短路故障 短路分析与计算的主要目的为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据 计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性 计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据 电力系统短路故障 研究交流电力系统发生短路故障后的电磁暂态过程重点分析发生故障后系统中电压 电流的变化不计发电机组间角位移的变化 即各发电机组转速不变 5 1 1无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 本节将分析图所示的简单三相电路中发生突然对称短路的暂态过程 在此电路中假设电源电压幅值和频率均为恒定 这种电源称为无限大功率电源 这个名称从概念上是不难理解的 1 电源功率为无限大时 外电路发生短路 一种扰动 引起的功率改变对于电源来说是微不足道的 因而电源的电压和频率 对应于同步电机的转速 保持恒定 2 无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功率电源并联而成 因而其内阻抗为零 电源电压保持恒定 往往是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相对大小来判断电源能否作为无限大功率电源 若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10 时 则可认为供电电源为无限大功率电源 5 1 1无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 5 1 1无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 三相电源对称电路系统 无限大功率电源 三相对称短路就一相进行分析 以a相为例短路前 5 1 1无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 短路后在短路点f 电路分成两个回路在右边的回路中 电流从短路瞬间的初始值按负指数律衰减到零在左边与电源相连的回路中 电流从短路前的工作电流逐渐变成稳态短路电流着重分析与电源相连的回路在短路后的电磁暂态过程 一阶电路的全响应 基于对一阶线性微分方程的求解 5 1 1无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 回路的电压方程一阶电路的全响应 零输入响应 零状态响应 自由分量 强制分量 暂态分量 稳态分量 其通解等于对应的齐次方程 即Q x 0 的通解与非齐次方程的一个特解之和 5 1 1无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析 短路电流中的自由分量 暂态分量 按负指数律衰减到零 其中 积分常数C由短路瞬时的状态确定短路电流中的强制分量 稳态分量 是正弦函数 频率与无限大功率电源的频率相同 相角落后短路回路的阻抗角短路全电流 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 1 短路冲击电流短路电流的最大瞬时值短路电流中非周期暂态分量的初始值越大 短路冲击电流越大 最恶劣情况出现的条件短路前空载 即Im 0初始相角 因为 所以有或 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 短路电流的最大瞬时值将发生在短路后约半个周波0 01s后出现 由此可以得到冲击电流为冲击系数Kimp与短路回路的时间常数Ta有关 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 短路冲击电流的计算用于校验电气设备和载流导体在短路时的电动力稳定度 机械稳定性 计算时在发电机电压母线短路 取Kimp 1 9在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发生短路时 取Kimp 1 85在其它地点短路时 取Kimp 1 8 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 2 短路电流的最大有效值 一周期内短路全电流瞬时值的均方根值假设在一周期内 iat不变 则短路全电流的最大有效值 出现在短路后的第一周期内 又称为冲击电流的有效值 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 短路电流的最大有效值校验电气设备的断流能力或耐受强度当时 Kimp 1 9时 Iimp 1 62I Kimp 1 85时 Iimp 1 56I Kimp 1 8时 Iimp 1 51I 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 3 短路功率 等于短路电流有效值乘以短路处的额定电压 一般用平均额定电压 用标幺值表示 当假设基准电压等于正常工作电压时 短路功率的标幺值与短路电流的标幺值相等 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 短路功率主要用来校验断路器的切断能力 一方面断路器要能切断这样大的短路电流 另一方面 在断路器断流时 其触头应能经受住额定电压的作用 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 4 无限大容量电源供电系统的三相短路电流计算无限大容量系统的主要特征是 内阻抗x 0 端电压U C 它所提供的短路电流周期分量的幅值恒定且不随时间而变 虽然非周期分量依指数规律而衰减 但一般情况下只需计及它对冲击电流的影响 因此 在电力系统短路电流计算中 其主要任务是计算短路电流的周期分量 5 1 2短路冲击电流 短路电流的最大有效值和短路功率 4 无限大容量电源供电系统的三相短路电流计算如取平均额定电压进行计算 则系统的端电压U Uav 若选取UB Uav 则无限大容量电源的端电压的标幺值短路电流周期分量的标幺值为 例5 1某变压器由无限大功率电源供电 当在f点发生三相短路时 试计算短路电流的周期分量 冲击电流