第六章 电力系统的对称故障分析

第六章电力系统对称故障分析1一、短路的一般概念二、标么制三、恒定电势源供电系统的三相短路四、有限容量电源的三相短路五、三相短路电流的实用计算21.短路的定义一、短路的一般概念短路就是指相与相或相与地之间发生不正常通路的情况。2.短路的种类对称短路不对称短路单相接地短路(65%)两相短路(10%)两相接地短路(20%)三相短路(5%)33.短路的图例及表示符号代表符号示意图短路种类三相短路两相短路单相短路两相短路接地f（3）f（1,1）f（2）f（1）44.短路的影响使短路点附近支路的电流大幅度增加，引起导体发热或变形；系统电压大幅度下降，造成产品报废、设备损坏等后果；短路故障会破坏系统的稳定运行。5二、标么制1.标么值基准值的选择

6单相电路中基准值选择7在对称的三相系统中:

若选择基准值满足相同的物理关系：8标么值的特点没有单位，物理意义没有有名值明确；具有相对性；能简化公式和计算过程，便于判断设备的性能。9四个基准值之间有依存关系，一般只需确定基准功率SB和基准电压UB两个即可；

SB多选择为100MVA、1000MVA、系统总容量或某个发电厂机组容量之和；说明：UB多选为额定电压或平均额定电压。注意

在运算过程结束后，标么值通常要还原为有名值。10不同基准值的标么值间的换算换算方法及步骤⑴将以额定参数为基值的标么值还原为有名值；⑵将还原的有名值换算为统一基准值下的标么值。11变压器线路发电机或12电抗器13GⅠⅡⅢ14GⅠⅡⅢⅣ152.各元件标么值的近似计算除电抗器外，假定同一电压等级中各元件的额定电压等于网络的平均额定电压；变压器的实际变比等于其两侧的平均额定电压之比；基准电压取为网络的平均额定电压16

平均额定电压

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。额定电压361035110220330500平均额定电压3.156.310.537115230345525单位：kV17各元件电抗标么值的近似计算公式(2)变压器(4)线路(3)电抗器(1)发电机18

标么值等值电路图的绘制。每个元件参数一般用下面的形式表示。

元件编号元件标么值参数~19三、恒定电势源供电系统的三相短路1.短路电流的暂态变化过程20三相短路后周期分量的求解21非周期分量的求解a相短路的全电流为

c的求解

222.短路冲击电流短路电流最大可能的瞬时值，记为。

23简单三相电路短路时的向量图24②阻抗角；③合闸角；非周期分量有最大初始值的条件①，即短路前电路为空载运行状态2526短路电流的最大值约在短路后的T/2时刻出现。冲击系数短路冲击电流主要用来校验电气设备和载流导体的动稳定。27在发电机端部发生短路时，kim=1.9在发电厂高压侧母线上短路时，kim=1.85其他地点短路时，kim=1.8~f1f2f3电力系统实用计算中，kim的取值28短路电流有效值

It

是指以任一时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。

假定：周期分量电流的幅值恒定。非周期分量在以时间t为中心的一个周期内恒定不变。29正弦函数在一个周期内的积分，其值为030短路电流最大有效值主要用于校验某些电器的断流能力。31~f(3)母线残压计算母线残压的概念及计算多用于继电保护或自动装置的整定计算中。32短路功率

短路功率等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压。

主要用来校验开关的切断能力。在实用计算中，常采用周期分量电流的初始有效值计算短路功率。33同步发电机对称短路时的稳态短路电流

有限容量电源的三相短路激磁电势E0

主磁通34定子绕组的特点空间上对称： 三相绕组匝数相等，互差120度分布时间上对称： 三相感应电流对称35电枢磁势的特点转速：同步转速波幅的位置：哪相电流达到最大，就在该相绕组的轴线上转向：电流超前相转向电流滞后相36电枢磁通会在定子绕组中感应电势。37在有负载的情况下，定子绕组中合成的感应电势为UG又称为发电机的端电压。38空载情况下发电机的端电压UG等于激磁电势E0。稳态短路电流为39(1.4～３.2)(0.07～0.36)由于较大，故稳态短路电流不大。40举例：设某汽轮发电机的Xd=1.72。①短路前，发电机在额定电压下空载运行取UB=UN，SB=SN。②短路前，发电机在额定状态下运行4142同步发电机对称短路的暂态过程43空载运行时的短路暂态过程短路瞬间的电势变化φ0φ0+φL44短路电流周期性分量的有效值分析：①实际的励磁磁通为φ0+φad－φLσ②励磁绕组存在电阻，自由电流要逐渐衰减。

③短路电流周期分量的衰减速度取决于励磁回路的时间常数。4546短路电流周期分量的计算XLσXadXσ47负载情况下的短路起始暂态电流

~48定子电枢反应磁通转子绕组

自由磁通φL阻尼绕组

次暂态电抗、次暂态电势和次暂态电流

XσXadXLσXnσ49无阻尼绕组的水轮机有阻尼绕组的水轮机汽轮发电机50短路冲击电流和短路电流最大有效值(恒定电势源)(有限电势源)5152

异步电机对称短路时的暂态过程~~异步机的等值电路图53

设短路前异步电动机的端电压为U0、电流为I0、电压和电流间的相角差为，则次暂态电势的计算次暂态电抗的计算起动电流标么值54总容量大于800kW的高压电动机在短路计算中，直接接在短路点的大型异步电动机的作用要单独加以考虑。单机容量在20kW以上的低压电动机

说明：远离短路点的电动机，短路瞬间近似地用一个综合负荷等值支路表示。

(以额定运行参数为基准值)55计算异步机影响的短路点总冲击电流

同步电动机、调相机的冲击系数和相同容量的同步发电机的冲击系数相同。

异步电机由于没有原动机带动，其短路电流衰减很快，一般只影响次暂态电流和冲击电流。56三相短路电流的实用计算计算短路后某一特定时间的短路电流数值。57当f

点短路时:输入阻抗和转移阻抗58无源线性网络+-转移电抗Xif的物理意义59无源线性网络+-输入电抗Xff的物理意义60用单位电流法求转移电抗令61电流分布系数定义

物理意义

Ci表示所有电源的电势都相等时，第i个电源所提供的短路电流占总短路电流的比例。62

Ci可以代表电流，有方向、大小、且符合节点电流定律。63描述短路电流随时间、电气距离变化的曲线。计算曲线法求短路电流计算电抗Xjs的定义

发电机的纵轴次暂态电抗和归算到发电机额定容量的外接电抗的标么值之和。

64

典型接线中发电机满载运行，50%的负荷接在发电机的高压母线上，其余的负荷功率通过输电线路送到短路点以外。计算曲线的制作65计算曲线的应用

发电机的特性（类型和参数等）；距短路点的电气距离。发电机合并的主要依据：短路电流的变化规律是否 相同或相近。说明：距短路点电气距离相差很大的电源，即使是同类型电源不能合并；直接接于短路点的发电机（或发电厂）应单独处理；66无限大容量电源不能合并，必须单独计算。等值电源的容量等于提供短路电流的所有电源的额定容量之和。计算曲线的应用步骤绘制等值网络a.选取基准功率SB和基准电压UB=Uav略去各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路。b.发电机电抗用c.无限大功率电源的内阻抗为0。67进行网络变换a.合并电源；b.求出各等值发电机对短路点的转移电抗Xfi及无限大电源对短路点的转移电抗Xfs求出各等值发电机对短路点的计算电抗由计算电抗，根据计算曲线找出制定时刻各等值发电机提供的短路周期电流的标么值68无限大功率电源提供的短路周期电流的标么值计算短路周期电流的有名值第i台等值发电机无限大功率电源69短路点的周期电流的有名值说明：①上式中Uav取短路处电压级的平均额定电压；②短路时间>4s，认为短路电流周期分量不再衰减，其值等于4s时刻的值。70③复杂网络划分成两组或三组后加以合并即可；

④当Xjs<3.45时，用计算曲线；当Xjs>3.45时，近似认为短路电流周期的幅值已不随时间变化。71本章小结标么值的定义

基准值的特点、电力系统