第06章-电力系统三相短路电流的实用计算.ppt

1、Huazhong University of Science and Technology,电力系统分析 ( I ),石东源,2012-2013学年度第一学期,读书识人 独立思考 明辨是非,电力系统三相短路计算主要是短路电流周期（基频）分量的计算。,本章主要内容,计算内容包括： （1）起始次暂态电流（短路电流周期分量的起始值）的实用计算； （2）短路冲击电流的计算（系统电势源和负荷提供的冲击电流）； （3）短路发生后不同时刻短路电流周期分量的计算；,（1）利用节点阻抗矩阵；（2）利用转移阻抗的概念；（3）近似计算方法,第六章 电力系统三相短路电流的实用计算,基本原理 和方法：,6-1 短路电流

2、计算的基本原理和方法,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,第六章 电力系统三相短路电流的实用计算,6-3 短路电流计算曲线及其应用,6-4 短路电流周期分量的近似计算,发 电 机：电势源支路电流源支路（含同步调相机） 输 电 线 路：型等值电路，R，X，B 变 压 器：GT - jBT，RT + jXT，kT 一 般 负 荷：恒定阻抗, 电动机负荷：电势源支路电流源支路（同步电动机、感应电动机、以电动机为主的综合负荷，起始次暂态电流计算）,1.电力系统节点方程的建立等值电路的制定,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,忽略发电机、变压器和线路的电阻 忽略输电线路的电容、变压器的励磁支路

3、 忽略负荷或近似处理 忽略元件额定电压Vrate与相应电压等级平均额定电压Vav的差别，变压器标幺变比=1.0，消去理想变压器 各发电机电势同相 由于各元件用电抗表示，结合以上的近似处理，短路电流的计算可以避免复数运算，简化为直流电路求解。,1.电力系统节点方程的建立近似计算时的简化处理：,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,1.电力系统节点方程的建立,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,例 6-1,1.电力系统节点方程的建立,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,（1）直接利用例41的结果,YN,不包含发电机的内阻抗,修正其中的发电机节点1、5,修正的操作只影响到节点的自导纳，不影响互导

4、纳,例 6-1,（2）近似处理,电阻分量不考虑，各元件处理为纯虚数，方便计算。 分布电容不计。和线路存在相连关系的节点自导纳均要重新计算。,1.电力系统节点方程的建立,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,例 6-2：例28的开式网络的短路电流计算（电缆末端短路）,（1）精确计算,否则，存在理想变压器，只有通过型等效电路(p32)表示变压器支路，电路存在复杂的串并联关系，求解复杂。,按照相互依存的关系确定各级基准电压，消去理想变压器。各元件之间是简单串联关系。,10.5,121,7.26,1.电力系统节点方程的建立,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,例 6-2：例28的开式网络的短路电流计

5、算（电缆末端短路）,（2）近似计算,各级基准电压取平均额定电压，变压器变比近似为相邻两段平均额定电压之比。同样没有理想变压器。 在此基础上重新折算各元件在统一基准下的标幺值。计算短路电流。和精确计算的结果非常近似。,10.5,115,6.3,2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流基本原理,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,G: 有源节点集合,正常分量,故障分量,此处的“”不表示叠加。,2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流基本原理,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,i,2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流忽略负荷电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,只需计算与节点 f 对应的阻抗矩阵元素,2.利

6、用节点阻抗矩阵计算短路电流计算流程图,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,(1)电势源对短路点的转移阻抗的定义,星网变换,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,目的: 求各电源提供的短路电流; 根据电源电势直接计算短路电流,(1)电势源对短路点的转移阻抗的定义,星网变换,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,目的: 求各电源提供的短路电流; 根据电源电势直接计算短路电流,(2)利用节点阻抗矩阵求电势源对短路点的转移阻抗,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法

7、,(3) 经过渡阻抗接地的情况,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,(4) 电势源节点间的转移阻抗,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,(5) 节点间的转移阻抗和互阻抗的比较,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,(6) 根据电流分布系数求转移阻抗,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,电势源的符号为上负下正，将电流引入地，所有的电流对节点来说都是注入。 对于一个无源网络，If 将按照网络元件的串并联关系分配

8、到各支路中，包括电源支路。 有电流分布系数：,(6) 根据电流分布系数求转移阻抗,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,(7) 电流分布系数的实际求法,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,电流分布系数只同短路点位置、网络的结构和参数有关。 对于确定的短路点，网络中的电流分布是完全确定的。,令故障支路的电流为 1.0 ，根据网络元件的串并联关系，求故障电流在各支路的分配，电流的量值本身即等于电流分布系数。,(8) 求解短路电流和转移阻抗的手算方法,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短

9、路电流计算的基本原理和方法,电源支路合并，网络变换，把原网络化简为对故障端口的戴维南等效电路。 将故障端口短接，求短路电流。 网络还原，利用电流分布系数的概念求转移阻抗。,网络化简方法 1：,(8) 求解短路电流和转移阻抗的手算方法,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,保留所有的电势源节点和短路点，利用星网变换消去一切的中间节点，形成以电势源节点和短路点为顶点的全网型电路。 转移电抗直接可得，短路电流为各支路电源比上相应的转移电抗后的叠加。,网络化简方法 2：,(8) 求解短路电流和转移阻抗的手算方法,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流

10、,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,例 6-4,(8) 求解短路电流和转移阻抗的手算方法,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,例 6-4 解法一,(8) 求解短路电流和转移阻抗的手算方法,3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流,6-1 短路电流计算的基本原理和方法,例 6-4 解法二,算例：f点发生三相短路时的短路计算,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,（1）制定等值电路，确定计算条件；,发 电 机：所有电势源同相位 输电线路：R = 0，X，B = 0 变 压 器：GT + jBT = 0，RT = 0， jXT，kT1.0

11、,1. 实用计算的近似简化处理方法,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,简化计算：E，jX, 直流计算台 用于短路计算，满足工程要求,2. 计算条件的建立发电机和电动机电势源模型,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,发电机模型 同步调相机 异步电动机 综合负荷,算例：f点发生三相短路时的短路计算,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,1. 制定等值电路，确定计算条件 2. 选取基准值，计算等值电路标幺参数 3. 计算f点发生三相短路时的起始次暂态电流,算例：f点发生三相短路时的短路计算,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,4. 计算f点发生三相短路时的短路冲击电流

12、,(1) 验算负荷节点残余电压，判断负荷是否提供短路电流 (2) 选取冲击系数，计算冲击电流：,算例：f点发生三相短路时的短路计算,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,异步电动机负荷冲击系数选取原则,综合负荷 200kW500kW 500kW1000kW 1000kW,算例：f点发生三相短路时的短路计算,6-2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算,同步发电机、同步调相机、同步电动机冲击系数选取原则,机端短路 发电厂高压母线 其它地点,1.计算曲线的概念短路后指定时刻短路电流周期分量,6-3 短路电流计算曲线及其应用,2.计算曲线的制作,6-3 短路电流计算曲线及其应用,(1) 发电机额

13、定满载运行； (2) 50%负荷接于发电厂高 压母线； (3) 负荷采用恒定阻抗； (4) 发电机强励顶值为额定运行状态下的励磁电压的1.8倍 (5) 取额定功率从12MW200MW共18种型号汽轮发电机计算 ，取算术平均值； (6) 取额定功率从12.5MW225MW共17种型号汽轮发电机计算 ，取算术平均值,3.计算曲线的应用,6-3 短路电流计算曲线及其应用,星网变换,1) 系统所有发电机表示为等值电势源，绘制等值电路； 2) 星网变换，各电势源节点与短路点之间构成星形电路； 3) 对星形网络的每个发电机电势源支路应用计算曲线；,3.计算曲线的应用计算步骤,6-3 短路电流计算曲线及其应

14、用,1) 绘制等值电路 选取基准功率 和基准电压 发电机表示为等值电势源支路，并作适当简化合并；,略去网络各元件电阻、输电线路电容和变压器励磁支路； 无限大功率电源内阻抗为零； 略去负荷；,3.计算曲线的应用计算步骤,6-3 短路电流计算曲线及其应用,2) 星网变换 计算等值发电机对短路点的转移阻抗 ； 计算无限大功率电源对短路点的转移阻抗 ；,3) 对每个发电机支路应用计算曲线 各发电机对短路点的计算电抗：,3.计算曲线的应用计算步骤,6-3 短路电流计算曲线及其应用,3) 对每个发电机支路应用计算曲线 由 查计算曲线得到相应的 ； 无限大功率电源提供短路电流：,4) 计算短路电流有名值 第i台等值发电机提供的短路电流： 无限大功率电源提供短路电流：,1.近似简化处理方法,6-4 短路电流周期分量的近似计算,系统电势源恒定：短路电流周期分量幅值不衰减 忽略负荷的影响：ES* = 1.0 选取 SB ，VB = Vav,2.根据短路容量估算未知系统内电抗XS,6-4 短路电流周期分量的近似计算,本章小结,Huazhong University of Science and Technology,短路计算中各元件的模型及简化