电力系统三相短路的分析计算精选文档.ppt
电力系统三相短路的分析计算1 1本讲稿第一页，共二十页第一节短路的一般概念l故障故障:一般指短路和断线一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障分为简单故障和复杂故障l简单故障简单故障:电力系统中的单一故障电力系统中的单一故障l复杂故障复杂故障:同时发生两个或两个以上故障同时发生两个或两个以上故障l短路短路:指一切指一切不正常不正常的相与相之间或相与地之间（对于的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。中性点接地的系统）发生通路的情况。2本讲稿第二页，共二十页表4-1各种短路的示意图和代表符号短路种类示意图代表符号三相短路f(3)两相短路接地f(1,1)两相短路f(2)单相短路f(1)一、短路的类型 3本讲稿第三页，共二十页绝缘材料的绝缘材料的自然老化自然老化，设计、安装及维护不良所带来的，设计、安装及维护不良所带来的设设备缺陷备缺陷发展成短路。发展成短路。恶劣天气：雷击造成的恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器闪络放电或避雷器动作，架空动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。修后未拆除地线就加上电压引起短路。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因二、短路的主要原因4本讲稿第四页，共二十页(1)(1)电流电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏备过热甚至损坏;由于短路电流的由于短路电流的电动力电动力效应，导体间还将效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。(2)(2)电压电压大幅度下降，对用户影响很大。大幅度下降，对用户影响很大。(3)(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。积停电，这是短路最严重的后果。(4)(4)发生不对称短路时发生不对称短路时,三相不平衡电流三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感会在相邻的通讯线路感应出电动势应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害5本讲稿第五页，共二十页四、计算短路电流的目的短路电流计算结果短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；电缆等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。根据它可以确定限制短路电流的措施。6本讲稿第六页，共二十页恒定电势源恒定电势源（又称（又称无穷大功率电源无穷大功率电源），是指端电压幅值和频率都），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。保持恒定的电源，其内阻抗为零。一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂态过程第二节恒定电势源电路的三相短路图图6-1 6-1 简单三相电路短路简单三相电路短路7本讲稿第七页，共二十页短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态：8本讲稿第八页，共二十页a a a a相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量周期分量和和非周期分量非周期分量。假定假定t t t t0 0 0 0时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路9 9本讲稿第九页，共二十页短路电流的强制分量短路电流的强制分量,并记为并记为 周期分量：周期分量：10本讲稿第十页，共二十页非周期电流非周期电流 ：短路电流的自由分量短路电流的自由分量,记为记为 特征方程特征方程 的根。的根。非周期分量电流衰减的时间常数非周期分量电流衰减的时间常数 （C C C C为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）11本讲稿第十一页，共二十页短路的全电流可表示为短路的全电流可表示为：短路电流短路电流短路电流短路电流不突变不突变不突变不突变短路前电流短路前电流短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解12本讲稿第十二页，共二十页指短路电流最大可能的瞬时值，用指短路电流最大可能的瞬时值，用 表示。表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即 ，故可近似认为，故可近似认为 。非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（I Im m=0),=0),并且短路发生时，电源电势过零（并且短路发生时，电源电势过零（0 0）。二、短路冲击电流二、短路冲击电流1313本讲稿第十三页，共二十页图图6-3 6-3 短路电流非周期分量有最大可能值的条件图短路电流非周期分量有最大可能值的条件图 非周期电流有最非周期电流有最大值的条件为大值的条件为（1）短路前电路短路前电路空载（空载（Im=0)；（2）短路发生时，）短路发生时，电源电势过零（电源电势过零（0）。）。14本讲稿第十四页，共二十页将将 ，和和 0 0代入式短路全电流表达式：代入式短路全电流表达式：短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现（如图（如图4-4-4 4）。若。若 Hz Hz，这个时间约为，这个时间约为0.010.01秒，将其代入式（秒，将其代入式（6-6-8 8），可得短路冲击电流），可得短路冲击电流 ：k k k kimimimim为冲击系数为冲击系数为冲击系数为冲击系数,实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在发电机电压母发电机电压母发电机电压母发电机电压母线线线线时时k kimim1.91.91.91.9；短路发生在；短路发生在；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线时时时时k k k kimimimim1.851.851.851.85；在；在；在；在其它地点其它地点短路短路k kimimimim1.81.81.81.8。P11315本讲稿第十五页，共二十页图图4-4 4-4 非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图16本讲稿第十六页，共二十页三、短路电流的有效值三、短路电流的有效值在短路过程中，任意时刻在短路过程中，任意时刻t t的的短路电流有效值短路电流有效值，是指，是指以时刻以时刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即 为为了了简简化化计计算算，通通常常假假定定：非非周周期期电电流流在在以以时时间间t t为为中中心心的的一一个个周周期期内内恒恒定定不不变变，因因而而它它在在时时间间t t的的有有效效值值就就等等于于它它的瞬时值，即的瞬时值，即17本讲稿第十七页，共二十页对于对于周期电流周期电流，认为它在所计算的周期内是幅值恒定，认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t t时刻的时刻的幅值。因此，幅值。因此，t t时刻的周期电流有效值应为时刻的周期电流有效值应为图图6-5 6-5 短路电流有效值的确定短路电流有效值的确定 18本讲稿第十八页，共二十页根据上述假定条件，公式根据上述假定条件，公式(6-10)(6-10)就可以简化为就可以简化为 ：短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断流能力或耐力强断流能力或耐力强度度。（6-11）短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：t=0.01st=0.01s19本讲稿第十九页，共二十页短短路路容容量量也也称称为为短短路路功功率率，它它等等于于短短路路电电流流有有效效值值同同短短路路处处的的正正常常工工作作电电压压（一一般般用用平平均均额额定定电电压压）的的乘乘积，即积，即用标幺值表示时用标幺值表示时短路容量短路容量主要用来主要用来校验开关的切断能力。校验开关的切断能力。四、短路容量四、短路容量20本讲稿第二十页，共二十页
