电力系统三相短路暂态精选文档.ppt
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1、电力系统三相短路暂态电力系统三相短路暂态本讲稿第一页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程内容提要内容提要n提出短路的基本概念、短路造成的危害以及短路计提出短路的基本概念、短路造成的危害以及短路计算的目的;算的目的;n假设发电机容量为无限大、电压及频率为恒定的条件假设发电机容量为无限大、电压及频率为恒定的条件下,基于磁链守恒原则对电力系统三相短路的暂态过下,基于磁链守恒原则对电力系统三相短路的暂态过程、短路电流及功率进行分析;程、短路电流及功率进行分析;n发电机突然发生三相短路的暂态过程;发电机突然发生三相短路的暂态过程;本讲稿
2、第二页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程5.1 5.1 短路的一般概念短路的一般概念 一、短路的原因、类型及后果一、短路的原因、类型及后果n短短路路一一切切不不正正常常的的相相与与相相之之间间或或相相与与地地(对对于于中中性性点点接地的系统接地的系统)发生通路的情况。发生通路的情况。n1.1.短路的原因:短路的原因:(1)(1)元件损坏元件损坏 (2)(2)气象条件恶化气象条件恶化 (3)(3)违规操作违规操作 (4)(4)其他,例如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接其他,例如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接本讲稿第三页,共五十三页电力系统分析电
3、力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程2.2.短路故障种类短路故障种类n电电力力系系统统的的短短路路故故障障也也称称为为横横向向故故障障,一一相相或或两两相相断断线线的情况为断路故障,也称为纵向故障。的情况为断路故障,也称为纵向故障。n三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路n三三相相短短路路对对称称短短路路;其其他他类类型型的的短短路路不对称短路不对称短路n在在各各种种类类型型的的短短路路中中,单单 相相 短短 路路 占占 大大 多多 数数(65%65%),两两相相短短路路较较少少,三相短路的机会最少
4、三相短路的机会最少本讲稿第四页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程3.3.短路的危险后果短路的危险后果出现大电流。出现大电流。系统电压大幅度下降。系统电压大幅度下降。发发生生不不对对称称短短路路时时,不不平平衡衡电电流流能能产产生生足足够够的的磁磁通通在在邻邻近近的的电电路路内内感感应应出出很很大大的的电电动动势势,这这对对于于架架设设在在高高压压电电力力线线路路附附近近的的通通讯讯线线路路或或铁铁道道讯讯号号系系统统等等会会产产生生严严重重的的影响。影响。发发电电厂厂失失去去同同步步,破破坏坏系系统统稳稳定定,造造成成大大片
5、片地地区区停停电电最严重后果最严重后果。本讲稿第五页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程4.预防短路措施:预防短路措施:采取合理的防雷措施,加强运行维护管理;采取合理的防雷措施,加强运行维护管理;线路上安装电抗器。线路上安装电抗器。采采用用继继电电保保护护装装置置,切切除除故故障障设设备备,保保证证无无故故障障部部分分安安全运行;全运行;架空线路采用自动重合闸装置;架空线路采用自动重合闸装置;本讲稿第六页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程二、短路计算的目的二
6、、短路计算的目的 短路计算是短路计算是解决一系列技术问题解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算所不可缺少的基本计算 w选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备,必须以短路选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备,必须以短路电流为依据;电流为依据;w为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数;为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数;w在设计和选择电气主接线时,依据短路计算结果确定是否需在设计和选择电气主接线时,依据短路计算结果确定是否需要采取限制短路电流的措施等,造价评估,选择最佳接线方要采取限制短路电流的措施等,造价评估,选择最佳接线方案;案;w进行电力系统暂态稳定计算
7、,研究短路对用户工作的影响;进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响;w确定输电线路发生短路故障对临近通讯线路的干扰,必须进行确定输电线路发生短路故障对临近通讯线路的干扰,必须进行短路计算。短路计算。本讲稿第七页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程确定计算条件:确定计算条件:短路发生时系统的运行方式短路发生时系统的运行方式短路的类型和发生地点短路的类型和发生地点短路发生后所采取的措施等短路发生后所采取的措施等本讲稿第八页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂
8、态过程5.2 恒定电势源电路的三相短路恒定电势源电路的三相短路本讲稿第九页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程一、短路的暂态过程一、短路的暂态过程短路前短路前a a相的电势和电流:相的电势和电流:式中:式中:合闸角合闸角:短路(或合闸)前瞬间电压的相位角。:短路(或合闸)前瞬间电压的相位角。ia本讲稿第十页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程系统发生三相短路后,系统发生三相短路后,f f点左半部和右半部仍保持对称。点左半部和右半部仍保持对称。n右半部:右半部:
9、i 0i 0;n左半部:短路前,左半部:短路前,短路后,阻抗值从短路后,阻抗值从衰减衰减本讲稿第十一页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程短路后短路后a相的微分方程式相的微分方程式(5-2)(5-2)解就是短路的全电流:解就是短路的全电流:1.1.特解特解,代表短路电流的,代表短路电流的强制分量、周期分量、新稳态电流强制分量、周期分量、新稳态电流;2.2.齐次方程的一般解齐次方程的一般解,代表短路电流的,代表短路电流的自由分量、非周期分量自由分量、非周期分量。(5-2)本讲稿第十二页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章
10、第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程短路全电流短路全电流短路电流短路电流周期分量幅值周期分量幅值电路的阻抗角电路的阻抗角(5-35-3)短路电流的短路电流的周期分量周期分量本讲稿第十三页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程短路电流短路电流非周期分量非周期分量特征方程的根特征方程的根自由分量衰减的自由分量衰减的时间时间常数常数(5-4)积分常数积分常数C C,由初始条件决定,即,由初始条件决定,即非周期电流的起始值非周期电流的起始值i iap0ap0 短路全电流短路全电流本讲稿第十四页,共五十三页电力系统
11、分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程a相短路电流的算式相短路电流的算式b相短路电流的算式:相短路电流的算式:c相短路电流的算式:相短路电流的算式:(5-6)ipiap三相短路电流的周期分量是一组对称正弦量;三相短路电流的周期分量是一组对称正弦量;各相非周期分量不相等。各相非周期分量不相等。本讲稿第十五页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程i0iap0ip0短路暂态过程的相量图短路暂态过程的相量图本讲稿第十六页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂
12、态过程电力系统三相短路的暂态过程i0iap0ip0n非周期电流初值的大小同非周期电流初值的大小同短路发生的时刻有关,即短路发生的时刻有关,即与短路发生时电源电势的与短路发生时电源电势的初始相角初始相角有关。有关。u平行;垂直平行;垂直本讲稿第十七页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程非周期分量有最大初值或零值的情况只可能在一相出现。非周期分量有最大初值或零值的情况只可能在一相出现。本讲稿第十八页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程二、短路冲击电流二、短路冲击电
13、流非周期分量电流出现最大值:非周期分量电流出现最大值:(1)(1)相量差有最大可能值相量差有最大可能值(2)(2)相量差在相量差在t t0 0时与时间轴平行时与时间轴平行 本讲稿第十九页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流,以短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流,以i iimim表示。表示。短短路冲击电流出现的条件:路冲击电流出现的条件:1.1.短路回路为纯电感电路短路回路为纯电感电路 90902.2.电压的初相角过零值电压的初相角过零值 =0=03.3.电路原来处于空载电路原来处于
14、空载 I Im m=0=0本讲稿第二十页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程可能出现最大短路冲击电流的表达可能出现最大短路冲击电流的表达式:式:本讲稿第二十一页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程短路电流的最大瞬时短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半值在短路发生后约半个周期出现个周期出现 t0.01s冲击电流的算式:冲击电流的算式:冲击系数冲击系数本讲稿第二十二页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂
15、态过程n当时间常数当时间常数T Ta a的数值由零变到无限大时,冲击系数的变化范围的数值由零变到无限大时,冲击系数的变化范围lkim2lkim2。u在实用计算中,当短路发生在发电机电压母线时,取在实用计算中,当短路发生在发电机电压母线时,取k kimim=1.9=1.9;u短路发生在发电厂高压侧母线时,取短路发生在发电厂高压侧母线时,取k kimim=1.85=1.85;u在其他地点短路时,取在其他地点短路时,取k kimim=1.8=1.8。n冲击电流主要用来校验电气设备和载流导体的电动力稳定冲击电流主要用来校验电气设备和载流导体的电动力稳定度。度。本讲稿第二十三页,共五十三页电力系统分析电
16、力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短路的暂态过程三、短路电流的有效值三、短路电流的有效值在短路过程中,任一时刻在短路过程中,任一时刻t t的短路电流有效值的短路电流有效值I It t,是指以时刻,是指以时刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。i it t :t t时刻短路电流瞬时值时刻短路电流瞬时值i ipt pt:周期分量瞬时值:周期分量瞬时值i iaptapt:非周期分量的瞬时值:非周期分量的瞬时值(5-9)本讲稿第二十四页,共五十三页电力系统分析电力系统分析 第五章第五章 电力系统三相短路的暂态过程电力系统三相短
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