2022年7七章短路电流计算.docx

精品学习资源第七章 短路电流运算Short Circuit Current Calculation§7-1 概述 General Description一、短路的缘由、类型及后果The cause, type and sequence of short circuit1 、短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地<对于中性点接地的系统）发生通路的情形；2、短路的缘由： 元件损坏如绝缘材料的自然老化，设计、安装及爱护不良等所造成的设备缺陷进展成短路 . 气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作；大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等 . 违规操作如运行人员带负荷拉刀闸；线路或设备检修后未拆除接地线就加电压. 其他缘由如挖沟损耗电缆 ,鸟兽跨接在暴露的载流部分等 .3、三相系统中短路的类型：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源 基本形式 :k 3 三相短路；k 2 两相短路；欢迎下载精品学习资源k 1 单相接地短路； k 1,1 两相接地短路； 对称短路：短路后，各相电流、电压仍对称,如三相短路； 不对称短路：短路后，各相电流、电压不对称；如两相短路、单相短路和两相接地短路 .注:单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少,但后果较严峻；4、短路的危害后果随着短路类型、发生地点和连续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威逼整个系统的安全运行；短路的危急后果一般有以下几个方面；（1） ）电动力效应短路点邻近支路中显现比正常值大很多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏；（2） ）发热短路电流使设备发热增加，短路连续时间较长时，设备可能过热以致损坏；（3） ）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及四周设备.（4） ）电压大幅下降，对用户影响很大 .欢迎下载精品学习资源（5） ）假如短路发生地点离电源不远而又连续时间较长，就可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳固，造成大片停电；这是短路故障的最严峻后果；（6） ）不对称短路会对邻近的通讯系统产生影响；二、运算短路电流的目的及有关化简The purpose and some simplification of short circuit Calculation 1、短路运算的目的a、挑选电气设备的依据；b 、继电爱护的设计和整定；c、电气主接线方案的确定； d 、进行电力系统暂态稳固运算，讨论短路对用户工作的影响；2、短路运算的简化假设a、不考虑发电机间的摇摆现象，认为全部发电机电势的相位都相同；b、不考虑磁路饱和，认为短路回路各元件的电抗为常数；欢迎下载精品学习资源c、不考虑发电机转子的不对称性，用X ' ' 和E''来代表；认为I<< I,欢迎下载精品学习资源dqfd即认为短路前发电机是空载的；d、不考虑线路对地电容、变压器的励磁支路和高压电网中的电阻， 认为等值电路中只有各元件的电抗；欢迎下载精品学习资源§7-2 标么值运算方法与短路电流运算步骤Per-unit system and the process of short-circuit current calculation一、 标么制的概念 conception of per-unit system1、标么制 per-unit system：将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用标么值表示；2、标么值： per-unit value欢迎下载精品学习资源标么值实际出名值（任意单位）欢迎下载精品学习资源基准值 与出名值同单位）欢迎下载精品学习资源例如: 某发电机的端电压用出名值表示为U G10.5kV,假如用标么值表示 ,欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就必需先选定基准值 .如选基准值 U B10.5kV,就U GUG10.51； U B10.5欢迎下载精品学习资源如取基准值 U B10kV,就UG1.05 ；欢迎下载精品学习资源如取基准值 U B1kV,就U G10.5 .欢迎下载精品学习资源可见:标么值是一个没有量纲的数值, 对于同一个出名值 , 基准值选得不同 ,其标么值也就不同 .因此: 说明一个量的标么值时，必需同时说明它的基准值；否就，标么值的意义不明确！欢迎下载精品学习资源3、采纳标么制的优点： the advantage of per-unit system（1） ） 易于比较电力系统中各元件的特性和参数；（2） ） 易于判定电气设备的特点和参数的优劣；（3） ） 可以使运算量大大简化；二、 基准值的选取 the selection of reference value 1、 各量的基准值之间应听从：欢迎下载精品学习资源功率方程：S3UI欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源欧姆定律： U3IZ欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源通常选定SB ,U BBSU 2欢迎下载精品学习资源就： I BB3U B， ZBX BSB欢迎下载精品学习资源2、 三相对称系统中，不管是Y 接线仍是 接线，任何一点的线电压< 或线电流）的标么值与该点的相电压<或相电流）的标么值相等，且三 相总功率的标么值与每相的功率标么值相等；故：采纳标么制时，对称三相电路完全可以用单相电路运算；欢迎下载精品学习资源3、 说明：通常取 SB100MVA,U BU av<U av1.05U N ）欢迎下载精品学习资源三、不同基准值的标么值之间的换算conversion among per-unit values based on different reference values 1、 原就：换算前后的物理量的出名值保持不变；欢迎下载精品学习资源步骤： <1 ）将以原有基准值运算出的标么值仍原成出名值<2 ）运算新基准值下的标么值2、 发电机、变压器欢迎下载精品学习资源已知：SN ,U N以及X N欢迎下载精品学习资源求： SB ,U B下的X BU 2欢迎下载精品学习资源就： 出名值： XN2标么值： XX NX NBXXXNNSNU2NSB欢迎下载精品学习资源X BSNU B欢迎下载精品学习资源3、 电抗器出名值： XX NX NU NXN3I N欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源B标么值： XXXU NSB欢迎下载精品学习资源N2X B3I NU B四、有变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的运算Per-unit value calculation in a network which has different voltage class connected by transformers.1、 先取某一电压级为基本电压级，并取基本电压级的基准电压U B ，将其他电压级下的电抗出名值归算到基本电压级下：欢迎下载精品学习资源Xn K 1 K 22X其中： KU 基准侧） U（待归算侧）欢迎下载精品学习资源就： 归算到基本电压级的某个线段的电抗标么值应为：欢迎下载精品学习资源X nX nXK 1K 22 KK2XSB欢迎下载精品学习资源UU22* B12X BBBSB2、 有变压器联系的网络标么值运算的简化欢迎下载精品学习资源条件：UBU av ，用U av 运算变比，并用U av 代替元件的 U N欢迎下载精品学习资源d就： 发电机电抗X '' 的标么值''Xd B' 'SBXSd NN欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源变压器U k % 的标么值XT BXTU K %SB X B100SN欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源线路中电抗的标么值X WL BSBUX WL2B欢迎下载精品学习资源电抗器Xr % 的标么值X r BX r % 100U NSBU23I NB欢迎下载精品学习资源其中对线路、电抗器的运算中， U B 为元件所在电压等级的平均额定电压证明：欢迎下载精品学习资源取短路点所在电压等级为基本电压级，并取U BU欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就： X1* B K 1 K 2K 22SUU3NBX 1* N2SNB欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源 U 2avU 1avU 3 avU 2 avU 4av 2U 3avX 1* N 2U1avSNSBU24 av欢迎下载精品学习资源SBX1* N SN欢迎下载精品学习资源UX UU2S3avU 4av 2X2SBXSBUK %SB欢迎下载精品学习资源2* BU 2avU 3av2* N 2N42* N SN100SN欢迎下载精品学习资源X 3* B U 3avU 2avU 4 av 2X3U 3avSBU24avSBUX322 av欢迎下载精品学习资源就：归算到任一电压级下的电抗标么值相等；五、短路电流运算步骤 process of short-circuit current calculation 1确定运算条件，画运算电路图1 ）运算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后实行的措施；2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情形；依据运算目的确定系统运行方式，画相应的运算电路图；选电气设备：挑选正常运行方式画运算图；短路点取使被挑选设备通过的短路电流最大的点；继电爱护整定：比较不同运行方式，取最严峻的；2. 画等值电路，运算参数；欢迎下载精品学习资源分别画各段路点对应的等值电路；标号与运算图中的应一样；3. 网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗； . 星角变换公式角星变换公式欢迎下载精品学习资源X1 nX 12X 31X12X1nX 2nX1nX 2n欢迎下载精品学习资源X12X 13X 23X 3 n欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源X 2nX 12X 32X 23X 2nX 3 nX 2nX 3n欢迎下载精品学习资源X12X13X 23X 1n欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源X 3nX 32X 31X 31X 3nX 1nX 3 nX1 n欢迎下载精品学习资源X 12X 13X 23X 2n欢迎下载精品学习资源 .等值电源归算（1） ）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2） ）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；欢迎下载精品学习资源（3） ）直接连于短路点上的同类型发电机可归并；§7-3 供配电系统三相短路电流运算Three-phase short-circuit current calculation in power supply and distribution system一、“无限大”电力系统concept of infinite system欢迎下载精品学习资源1. 定义：系统的容量 S,系统的内阻抗 Z0 < R0, x0 ）.欢迎下载精品学习资源2. “无限大”电力系统的特点：外电路电流变动时，其端口电压不变； 3如系统阻抗不超过短路回路总阻抗的15%，就系统看作“无限大系统”有用运算中，将配电网中的系统母线看作无限大容量系统；欢迎下载精品学习资源等值电源内阻抗 ZGZG1 / ZG2/ ZG 3欢迎下载精品学习资源二、供配电系统三相短路电流运算three-phase short-circuit current calculation in power supply and distribution system欢迎下载精品学习资源1. 三相短路电流欢迎下载精品学习资源1） R i kLdi kdtU m sin wtou 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源就： i kU msin wtouZU mZsinouRt e L欢迎下载精品学习资源 ikpi np其中：ou 短路时电源电压相位角 合闸相位角 >artg x Rikp 稳态重量，周期重量inp 暂态重量，非周期重量欢迎下载精品学习资源kp2） i的有效值 IU mI欢迎下载精品学习资源KPK2 Z欢迎下载精品学习资源2. 冲击短路电流i shimpulse current- 短路电流最大瞬时值欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源当 ou时，短路瞬时2inp 最大，就i k 也最大欢迎下载精品学习资源又当 XR, artg xR0 时，即,2UUR t欢迎下载精品学习资源ikm sin wt Z2m e LZ欢迎下载精品学习资源当tT 20.01s 时，i k 最大；即：欢迎下载精品学习资源i shU mUZZR0.01e L2 U 1 ZR0.01e L 2 I KPK sh欢迎下载精品学习资源K sh 冲击系数，K sh0.011eTa， 1K sh2欢迎下载精品学习资源一般:高压网中，Ta 0.05S 时，就K sh 1.8欢迎下载精品学习资源大容量系统或发电机邻近短路时，Ta0.1, K sh1.9欢迎下载精品学习资源发电厂高压母线； K sh =1.85欢迎下载精品学习资源低压网中， Ta0.008s, 就：K sh 1-1.3欢迎下载精品学习资源223、短路电流全电流的有效值欢迎下载精品学习资源近似认为：I ktI kpI np欢迎下载精品学习资源就： I ktI KP12etTa 2欢迎下载精品学习资源冲击电流全电流有效值：欢迎下载精品学习资源I shI KP12 K sh1 2欢迎下载精品学习资源三、“无限大”电源供电的简洁电力网三相短路电流运算步骤impulse current value calculation of three-phase short-circuit supplied by infinite system欢迎下载精品学习资源1. 取基准值SB, UBU av ；欢迎下载精品学习资源2. 画出标么值表示的等值电路；3. 运算出从短路点到各电源点之间的等值阻抗X；欢迎下载精品学习资源4. 运算I；< IU1, IISB）欢迎下载精品学习资源kpkpKPKPXX3U av欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源5. 运算i sh ， <其中i sh2I kpK sh ）欢迎下载精品学习资源说明：<1 ）短路电流应仍原成出名值；欢迎下载精品学习资源<2 ）公式I KPI kpSB 3U B中的 U B 为短路点所在电压等级平均额定电压欢迎下载精品学习资源U av ；四、“短路容量”的概念及用途concept and usage of shot-circuit capability欢迎下载精品学习资源1.某一点的短路容量该点短路时的短路电流×该点短路前的电压U av欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源出名值： SK标么值： S3U avI k3U avI kI1欢迎下载精品学习资源XKK3U av I B欢迎下载精品学习资源就： SK的大小实际反映了该点短路电流I K 的大小，也就反映了该点到恒欢迎下载精品学习资源定电压点之间总电抗的大小；欢迎下载精品学习资源2、可近似取某点的SK 装于该点的断路器的额定开断容量SNOC欢迎下载精品学习资源§7-4 由同步发电机供电的三相短路电流运算Three-phase short-circuit current calculation supplied by synchronous generator一、同步发电机发生三相突然短路 <无自动励磁调剂装置）Three-phaseshort-circuit happened near by synchronous generatorwhich has欢迎下载精品学习资源no automatic excitation regulation device1. 不能当作“无限大”系统的情形1） 发电机端点或端点邻近发生短路；2） 短路点虽离发电机较远，但发电机容量有限；在以上地点发生三相突然短路时,由于短路电流所造成的剧烈去磁性 电枢反应 ,使发电机端口电动势和内部电抗在短路的暂态过程中发生变化, 相应的短路电流周期重量的振幅也随之变化,这是与无限大系统相区分的 地方.2. 短路电流的周期重量从短路瞬时起，经受了次暂态、暂态、稳态的过程；短路电流周期重量的幅值：tt2 I''KPI'KPeT ''d I'KPIeT 'dKPIKPI KPmIKP式中： ''次暂态短路电流的有效值；欢迎下载精品学习资源'I KP- 暂态短路电流的有效值；欢迎下载精品学习资源I KP稳态短路电流的有效值；dT ''次暂态重量电流衰减的时间常数；Td'暂态重量电流衰减的时间常数；不计励磁调剂时：欢迎下载精品学习资源）空载短路欢迎下载精品学习资源I'' KP'I KPI KPE 0X''dE 0X'E0 为发电机空载电动势；dE 0X d欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源I ''）负载情形下端口短路E''q欢迎下载精品学习资源XKP''dE'I'qE'' 、 E'、 E 为次暂态电动势、暂态电动势、稳态电动势；欢迎下载精品学习资源XKP'qq dEI KP'X d欢迎下载精品学习资源EqN其中： ''UjI N''， E'Uj I Nd欢迎下载精品学习资源XqXdNU N 、 I N 依次为发电机额定电压和额定电流；欢迎下载精品学习资源Eq一般取 ''U， E'U N ；欢迎下载精品学习资源qN）经外电路短路E''欢迎下载精品学习资源I'' KPI' KPI KPqXX''d1E'XXq'X 1 从短路点到发电机端点的总电抗d1E欢迎下载精品学习资源X dX 13. 短路电流非周期重量欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源最不利条件下 <即 ou''Tat，且）22欢迎下载精品学习资源inp2I KP e, Ta 为定子回路衰减时间常数；欢迎下载精品学习资源'就最不利条件下，同步发电机三相突然短路电流瞬时值：欢迎下载精品学习资源''i K2I KPtT'' 'dI KP eI KPtT'dI KP eI KPsinwt900t''Ta2I KP e欢迎下载精品学习资源4. 次暂态短路电流、冲击短路电流、稳态短路电流1） 次暂态短路电流欢迎下载精品学习资源机端短路：I ''U N欢迎下载精品学习资源XKP''dIXKPX''经外电阻短路： ''U N''d1欢迎下载精品学习资源SK次暂态短路功率：''3U NKP欢迎下载精品学习资源I留意：校验机端快速动作断路器开断电流和开断容量时，用对应于开断时刻 t 的短路电流全电流有效值；''2） 冲击短路电流欢迎下载精品学习资源t=0.01sish2I KP K sh欢迎下载精品学习资源其中 Ksh=1.9 ，机端短路；Ksh=1.8 ，经外阻抗短路；欢迎下载精品学习资源3） 稳态短路电流机端短路： II KPU N； 经外电路短路： I X dU NX dX 1欢迎下载精品学习资源二、装有自动励磁调剂装置时同步发电机的三相短路电流Three-phase short-circuit current supplied by synchronous generator which has automatic excitation regulation device1. 不考虑励磁调剂时认为整个短路过程中发电机的励磁电流不变，就感应电动势为常数；2. 考虑自动励磁时a. 由于发电机的励磁回路有较大的电感 , 励磁电流不能在短路发生后立刻增大,所以自动励磁装置的调剂成效要在短路后的肯定时间内才显 示出来 . 因而在短路后最初几个周波内，励磁电流不会变化.故: 次暂态短路电流和冲击短路电流的运算与无励磁时相同；b. 当自动励磁装置起作用后,周期重量电流不再减小而是逐步增加,最终过渡到稳态值 . 因此稳态短路电流以及自励装置起作用后的某一时刻的短路电流的运算变得复杂稳态值的大小主要与短路点的远近和自动励磁装置的调整程度.励磁装置起作用后运算就较复杂，一般用“运算曲线法”；§7-5 三相短路的有用运算Practical method of three phase short-circuit current calculation一、运算曲线法 method of operational curve1. 运算曲线：事先制作好的一种运算三相短路电流周期重量有效值的欢迎下载精品学习资源曲线；2. 运算曲线法：利用运算曲线求短路发生后任意时刻t 所对应的短路电流周期重量有效值的方法；算法的适用条件：计及自动励磁调剂作用的发电机组供电的三相短路电流周期重量有效值的运算；欢迎下载精品学习资源3. I KP t f t, X ca 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源其中：Xca''<运算电抗标么值）欢迎下载精品学习资源xxd1x1为从短路点至发电机端点的外电路电抗标么值；4. 曲线中， t=0s 对应于次暂态短路电流； t=4s对应于稳态短路电流；留意：运算曲线法中标么值的运算必需以发电机<或等值发电机）的xd额定容量为基准值，并且等值图中发电机以次暂态电抗'' 代表；欢迎下载精品学习资源二、运算步骤 calculation process1. 忽视负荷，画等值电路，发电机以次暂态电抗xd'' 代表；欢迎下载精品学习资源2. 取 SB ， U BU av ，运算各元件参数；3. 网络化简；依据电源的类型以及距离短路点的电气距离远近将电源划欢迎下载精品学习资源分成几组，每一组等值成一个等值电源，容量为SN 1, SN2 ,，无限大欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源容量电源单独为一组；求出各等值电源至短路点的Xca B ；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源4. 将X ca B归算成对应于各等值电源容量下的X ca N 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Xca NX caSNS BB欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源无限大容量电源的Xca B 不必归算；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源5. 查曲线，求出 I ；如X3.45，就 I1；欢迎下载精品学习资源无限大容量电源的ca N I1Xca BXca N 欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源6. 运算出名值， I 1I 1SN13 U av， I 2I 2SN23 U av， U av 为短路点所在电压欢迎下载精品学习资源等级的平均额定电压；无限大容量电源： IISB3 U av欢迎下载精品学习资源7. 短路点的短路电流： II 1I 2I 3I n欢迎下载精品学习资源注：各组的短路电流归算成出名值以后才能加减；小结：不计及自动励磁调剂作用时：运算次暂态电流时，发电机用次暂态电抗代表；运算稳态短路电流时，发电机用稳态电抗代表；计及自动励磁调剂作用时，发电机一律用次暂态电抗代表，并且用“运算曲线法”运算；§7-6 电动机对冲击短路电流的影响The Influence of a Motor on Impulse Short-circuit Current欢迎下载精品学习资源一、以下条件下，须计及电动机对冲击短路电流的影响1. 短路点在电动机引出线处或引出线邻近；2. 且高压电动机容量大于 1000kW，低压电动机容量大于20kW；当异步电动机与短路点之间有变压器时，短路电流不计电动机的影响二、电动机供应的冲击短路电流E''欢迎下载精品学习资源2Ki sh M* MX''sh M* MI MNC K sh mI MN欢迎下载精品学习资源E* M式中： ''电动机次暂态电动势标么值；X* M' '电动机次暂态电抗标么值；C反馈冲击系数；欢迎下载精品学习资源K sh M电动机短路电流冲击系数3 6kV 电动机取 1.4 1.6380V 电动机取 1；欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源I MN电动机额定电流欢迎下载精品学习资源§7-7低压配电系统短路电流运算Calculation of Short-circuit Current in Low-voltage Power System欢迎下载精品学习资源一、低压配电系统短路电流运算的特点1. 直接使用出名值运算更便利，阻抗用m表示；欢迎下载精品学习资源2. 供电电源可以看作“无限大”容量系统；3. 电网中电阻不行以忽视，一般可用阻抗的模ZR2X 2来运算；欢迎下载精品学习资源X1 R 时，可将 X 忽视；34. 非周期重量衰减较快，冲击系数取1 1.3；5. 应计及以下元件阻抗的影响：1） 长度为 10 15m 或更长的电缆和母线阻抗；2） 多匝电流互感器原绕组阻抗；3） 低压自动空气开关过流线圈的阻抗；4） 隔离开关和自动开关的触头电阻；二、低压配电系统各元件阻抗的运算欢迎下载精品学习资源1. 系统阻抗X sX sX B1BU2SKSBSBavU2SKSB2Uav103 m SB欢迎下载精品学习资源电压的单位为 kV,功率的单位为 MV·A欢迎下载精品学习资源2. 变压器的阻抗U 2U%U 2欢迎下载精品学习资源P电阻： RT电抗： X TN 2； 阻抗： ZSmK2TNZRm22TTK100N 2 m SN欢迎下载精品学习资源U N 2 变压器二次测额定电压 <V）； SN 变压器额定容量 <kV ·A）3.电流互感器的阻抗查表 7 5 4自动开关的阻抗电阻自动开关过电流线圈的电阻开关触头电阻；电抗自动开关过电流线圈的电抗见 162 页的表 7 6、77；5线路阻抗运算方法不变，单位以欧姆计； 三、低压配电系统短路电流运算步骤1 画等值电路2. 分 别 求 出 电 路 的 总 电 阻 R和 总 电 抗 X， 然 后 计 算ZR 2X 2 m3. 运算三相短路电流和冲击短路电流欢迎下载精品学习资源IU avK3Z； i sh2 K shI K欢迎下载精品学习资源U av 低压侧线路平均额定电压， 400 V .欢迎下载精品学习资源§7-8 配电网的不对称短路运算Asymmetrical short-circuit fault of power supply system不对称短路的分析方法：对称重量法一、对称重量法 Symmetric