第七章 电力系统的短路计算.ppt

1、电气工程，武汉理工大学，电气工程，导论-电力系统基本概念和知识电力系统输变电系统电力系统负荷稳态计算电力系统短路设计和电气主接线设备选择电力系统继电保护实验，电气工程，第七章电力系统短路计算，第一节电力系统短路故障， 短路的概念所谓短路是指电力系统除正常情况外的相间或相间对地短路。在电力系统的正常运行中，除中性点外，各相之间是绝缘的。 如果绝缘由于某种原因损坏，形成了一条通路，我们说电力系统有短路故障。短路的原因，短路的主要原因：1 .电气设备载流部件的绝缘损坏(如雷击)，绝缘材料的自然老化，灰尘引起的直接机械损坏2。由于人为事故3，操作员在负载下拉下制动线进行维护后，接地线上增加了电压。鸟兽

2、在外露的载流部分4上架桥。风、雪、冰雹等自然现象引起的短路。3。短路类型；4.短路现象和后果。电力系统发生短路时，伴随短路的基本现象有：1 .电流会急剧增加；2.系统中的电压会急剧下降。短路的后果：(1)短路点的电弧可能烧毁电气设备。(2)当大的短路电流通过导体时，会在导体之间产生很大的机械应力。如果导线及其支架不够坚固，可能会损坏；(3)发生短路时，系统电压急剧下降，对用户工作影响很大。系统中的主要负载异步电机可能停止运行，导致产品报废和设备损坏；(4)可能使并联发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电；(5)不对称短路引起的不平衡电流引起的不平衡磁通会在相邻的平行线路(如通信线路或

3、铁路信号系统)中感应出很大的电动势。这将导致通信干扰。短路计算的目的：(1)检查电气设备的机械稳定性和热稳定性要求短路计算中的冲击电流和最大有效值电流；(2)短路计算也是设计和选择电气主接线时需要提供的数据；(3)为各种继电保护和自动装置的合理配置提供短路计算依据。1.概述2。物理量的标准值*等于其实际值A与所选参考值Ad的比值，即在短路电流的计算中，各种电气量的值可以用著名值或标准值来表示。一般来说，1kV以下的低压系统应采用额定值，而高压系统应采用标准值。在高压电网中，总电抗通常比总电阻大得多，因此只能计算每个主要元件的电抗，其电阻可以忽略不计。在第二部分，标准系统，电力系统中的物理量U

4、I S Z，第二部分，参考值选择，项目中的第一个选择，以及实际值，第三部分，不同标准值之间的转换，电力系统中各种电气设备给出的标准值，例如发电机、变压器、电抗器等。是额定标准值，因此在计算短路电流时，必须将其转换为统一参考值的标准值。其转换方法如下：首先，将基于额定值的电抗标称值恢复为已知值，即选择Sd和Ud，然后基于这些值的电抗标称值如下：4 .电力系统各元件电抗标称值的计算，发电机：通常给出SN、UN和额定电抗，变压器：通常给出SN、UN和短路电压百分比。选择统一的基准Sd Ud，并计算每个元件的电抗标准值。电抗器：通常给出IRN、URN和电抗百分比，其中、是电抗器的额定容量。输电线路：通

5、常，线路长度和电抗值在上面的例子中，如果基本水平被选择为1，有：找到变压器比率和转换电抗，10.5/121，1。精确计算方法(使用实际变压器比率)1)选择基本水平(截面)，基准Sd和UD；2)查找其他电平的参考电压；10.5/121、10.5/121、3)根据各级(段)的参考电压，计算出该段相应的电抗标准值。2.近似计算方法当电力系统中有许多变压器时，计算各级参考电压比较复杂。近似计算方法使用线段的平均额定电压Uav=1.05UN来代替线段的参考电压。un(kv)3 6 10 35 110 220 500 UAV(kv)3.15 6.3 10.5 37 115 230 525 I UDi=10

6、.5kv II UDi=1.05110=115kv 121kv III UDi=1.056=6.3kv 7.26kv，下图示例7-1将I段电路作为基本段。1.精确的计算方法；2.近似计算方法：取第一节标清=100mva udi=10.5kv，第二节udi=1.05110=115kv，第三节iii=1.056=6.3kv，将上述数据代入计算元件电抗标称值的公式(与前面的计算公式相同)，得到各元件电抗的标称值。参见教学材料P168。第三节中，无限供电网的三相短路是指容量无限、内部阻抗为零的电源。无限电源的特点：电源外短路引起的功率变化对其影响很小，由于内部阻抗为零，电源端电压保持不变。无限电源=理

7、想电源=恒压、恒频通用电源=电压源内部阻抗。在工程计算中，当电源的内部阻抗不超过短路总阻抗的5%时，电压源可视为无限电源。通用电源=无限电源的阻抗。短路前，系统中A相的电压和电流分别为：1。短路瞬态过程分析对于由无限电源供电的三相对称电路，微分方程为：因为电路中有电感，电感中的电流不能突然变化，短路前的电流应等于短路后的电流。也就是说，短路后电路中的电流应满足：在短路时，电抗通常远大于电阻，这是可以考虑的。因此，由上述公式可知，当非周期分量电流的初始值最大时，短路全电流的瞬时值最大，短路最严重。必要条件是：短路前空载(即短路瞬间电源电压的零值，即初始相角)。因此，短路电流波形图(A相)，2。短

8、路冲击电流和最大有效值电流，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流，用ish表示。短路后约半个周期(0.01秒)出现Ish。1，短路冲击电流，T/2，其中短路冲击电流系数。1Ksh 2，因此，高压电网短路时，取Ksh=1.8，发电机端短路时取Ksh=1.9，低压电网短路时取Ksh=1.3，那么，2，最大短路电流有效值，任何时间t的短路电流有效值是指以时间t为中心的一个周期，当Ksh=1.3，当Ksh=1.8，短路功率(短路容量)， 短路功率等于短路电流的有效值乘以短路时的正常工作电压，表示为，当已知某一时刻短路电流的标准值时，该时刻短路功率的著名值为：4。 无限电力系统短路电流的计算，1短路电流

9、，第4节网络简化和转移电抗的计算，网络等效简化等效位势法星形网络变换法简化转移阻抗(电抗)利用转移电抗计算三相短路电流。，1。等效位势法，2。星形网络变换法，消除节点n的顶点数，m网络，3。简化网络对称性：网络结构相同，电源相同，阻抗参数相等，短路电流同向流动。1.电势相等的节点可以直接相连。2.等电位点之间的电抗可以在短路后消除。如果E1=E2 x1=x2 x3=x4，2。当每个电源分别作用于K点时，产生短路电流I1k、I2k、I3k。因此，总短路电流和转移阻抗：如果电位Ei施加到网络中的第I个电源节点，而其他电位为0，则Ei与从第K个节点流出网络的电流之比是节点I和节点K之间的转移阻抗.3

10、.利用转移电抗计算三相短路电流；1.用网络简化法剔除除供电节点和短路点以外的所有中间节点。E1，2，单位电流法的互易定理，在I1=I2，E1 (E2=E3=0)的作用下，k电流I1K流入，然后Z1k=E1/I1k。另一方面，方法：取I1=1A，分别求出I2、I3和Ek，从而求出转移电抗。例7-2 (1)单独使用(2)如果K点发生三相短路，试着找出K点短路电流的标准值.(1)计算转移电抗X3* X4* X5*形变换Y形X7* X8* X9*，将X8* X10* X11* Y形变换为x2k * x3k * x23 *2.计算短路电流；第五节：有限容量系统、无限供电容量供电网络三相短路实用计算外部电

11、路故障引起的功率变化对供电影响很小。计算短路时，认为短路电流周期分量的幅值保持不变。实际供电能力总是有限的。如果短路发生在电源附近，应认为短路会对电源产生影响，短路电流周期分量的幅度不能保持不变。如何计算周期电流？1.同步发电机突然三相短路的电磁暂态过程，超导体闭合回路的磁通守恒原理，运动的磁体会在回路中产生恒定的电流。实际回路R0，电流i 0随时间变化。三相突然短路定子电流周期分量的增加将使转子绕组消磁。由附加电流产生的磁通量将增加定子电流。短路电流的初始值大大超过稳态短路电流值。随着时间的推移，附加电流将逐渐衰减，定子电流的周期分量电流将逐渐衰减为稳态短路电流。，需要短路瞬间定子电流的周期

12、分量。从等效电路的观点来看，有必要确定一个没有突变的短路瞬时电位。获得了无阻尼绕组xd暂态电抗U和I正常运行时同步发电机的端电压和电流。阻尼绕组的x”d次瞬态电抗；2.初始二次暂态电流和冲击电流的计算，初始二次暂态电流的计算短路电流周期分量的初始值；例1:短路前同步发电机运行状态，初始二次暂态电流I”，异步电动机对短路电流的影响，异步电动机的二次暂态电抗，k；配电网中连接的异步电动机很多，一般用综合负荷e表示，一般取1，当有大容量电动机时，计算负荷引起的短路冲击时，取1.31.8。例7-4试图计算下图所示网络中K点发生三相短路时的冲击电流。1、计算各元件的电抗标准值；2.网络简单；3.初始二次

13、暂态电流的计算；4.冲击电流的计算；3.计算曲线用于计算短路电流。有限容量电力系统短路(周期分量)电流随时间变化；1.三相短路电流随时计算曲线法有限容量电力系统的短路(周期分量)电流随时间变化。在工程学中，计算2.计算步骤绘制等效网络，计算系统中各元件的电抗标准值；根据电源合并的原理，将网络中的电源合并成若干组，每组用一个等效发电机代替，将无限电源分开考虑，通过网络变换得到每个等效发电机对短路点的转移电抗；计算电抗：SNi的第I个等效发电机中各发电机的SNi之和由计算曲线确定；计算短路电流周期分量的著名值。例7-5试图找出在K点发生三相短路时，T=0和t=0.5s的短路电流；2)短路冲击电流和短路功率为0.5s，取S=100MVA Ud=Uav，注意对称性和电源组合，本章总结，1。电力系统短路的原因、后果、类型和短路计算目的；2.无限电源的概念；三相短路时短路电流瞬时值的计算；冲击电流计算；影响系