短路电流的分析计算PPT讲稿.ppt

《短路电流的分析计算PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《短路电流的分析计算PPT讲稿.ppt（36页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、短路电流的分析计算第1页，共36页，编辑于2022年，星期日第一节概述l故障故障:一般指一般指短路短路和和断线断线,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。第2页，共36页，编辑于2022年，星期日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

2、)单相短路f(1)一、短路的类型 第3页，共36页，编辑于2022年，星期日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，设计、安装及维护不良所带来的的设备缺陷设备缺陷发展成短路。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，架空线动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。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，线路或设备检修人为误操作，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。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，

3、鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因二、短路的主要原因第4页，共36页，编辑于2022年，星期日(1)1)损坏设备损坏设备：设备发热增加，若短路持续时间较长，：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可能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的由于短路电流的电动力电动力效效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。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)破坏系统稳定破坏系统稳定：当短路发生地点离电源不远而持续：当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列

4、运行的时间又较长时，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，造成大面积停电，这是短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。路最严重的后果。(4)(4)干扰通信干扰通信：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会在相邻的通讯线路感应出电动势相邻的通讯线路感应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害第5页，共36页，编辑于2022年，星期日四、计算短路电流的目的四、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、电缆等）是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母

5、线、电缆等）的依据；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。据，根据它可以确定限制短路电流的措施。第6页，共36页，编辑于2022年，星期日五、限制短路电流措施五、限制短路电流措施l加装限流电抗器加装限流电抗器l采用快速的继电保护和断路器采用快速的继电保护和断路器第7页，共36页，编辑于2022年，星期日第二节无限大功率电源供电的三相短路电流分析定义：定义：在此电路中假设电源电压幅值和频率均为恒定。这种电在此电路中假设电源电压幅值

6、和频率均为恒定。这种电源称为源称为无限大功率电源无限大功率电源。这个名称从概念上是不难理解。这个名称从概念上是不难理解的：的：（1 1）电源功率为无限大时，外电路发生短路）电源功率为无限大时，外电路发生短路(种扰动种扰动)引引起的功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电起的功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压和频率压和频率(对应于同步电机的转速对应于同步电机的转速)保持恒定；保持恒定；（2)2)无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功率电源无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功率电源并联而成，因而其内阻抗为零，电源电压保持恒定。并联而成，因而其内阻抗为零，电源电压保持恒定。

7、第8页，共36页，编辑于2022年，星期日 实际中是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相实际中是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相对大小来判断电源能否作为无限大功率电源。若供电电源对大小来判断电源能否作为无限大功率电源。若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗曲的内阻抗小于短路回路总阻抗曲10%10%时，则可认为供电电源时，则可认为供电电源为无限大功率电源。为无限大功率电源。第9页，共36页，编辑于2022年，星期日一、三相短路的暂态过程分析一、三相短路的暂态过程分析简单三相电路短路简单三相电路短路第10页，共36页，编辑于2022年，星期日短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态：（以以a a

8、相为例）相为例）第11页，共36页，编辑于2022年，星期日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，短路暂态过程的分析与计算只短路暂态过程的分析与计算只短路暂态过程的分析与计算只短路暂态过程的分析与计算只针对左边回路。由于电路仍为对称可以只研究其中的针对左边回路。由于电路仍为对称可以只研究其中的针对左边回路。由于电路仍为对称可以只研

9、究其中的针对左边回路。由于电路仍为对称可以只研究其中的一相。一相。一相。一相。第12页，共36页，编辑于2022年，星期日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：第13页，共36页，编辑于2022年，星期日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）第14页，共36页，编辑于2022年，星期日短路的全电流可表示为短路的全电

10、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积分常数积分常数积分常数C C的求解的求解的求解的求解第15页，共36页，编辑于2022年，星期日短路电流波形图短路电流波形图第16页，共36页，编辑于2022年，星期日根据三相线路的对称性根据三相线路的对称性：第17页，共36页，编辑于2022年，星期日1 1、由公式可见。短路至稳态时，三相中的稳态短路电流为三、由公式可见。短路至稳态时，三相中的稳态短路电流为三个幅值相等、相角相差个幅值相等、相角相差1201200 0的交流电流，其幅值大小取决于电的交流电流，其幅值大小取决于电

11、源电压幅值和短路回路的总阻抗。源电压幅值和短路回路的总阻抗。从短路发生至从短路发生至稳态之间的暂态过程中，每相电流还包含有逐渐衰减的直流电稳态之间的暂态过程中，每相电流还包含有逐渐衰减的直流电流，它们出现的物理原因是电感中电流在突然短路瞬时的前后流，它们出现的物理原因是电感中电流在突然短路瞬时的前后不能突变；不能突变；很明显。三相的直流电流是不相等的。很明显。三相的直流电流是不相等的。l讨论讨论第18页，共36页，编辑于2022年，星期日2 2、三相短路电流波形、三相短路电流波形 由于有了直流分量，短路电流曲线便不与时间轴对称，而由于有了直流分量，短路电流曲线便不与时间轴对称，而直流分量曲线本

12、身就是短路电流曲线的对称轴。因此，当已直流分量曲线本身就是短路电流曲线的对称轴。因此，当已知知短路电流曲线时，可以应用这个性质把直流分量从短路电短路电流曲线时，可以应用这个性质把直流分量从短路电流曲线中分离出来，即将短路电流曲线的两根包络线间的垂直流曲线中分离出来，即将短路电流曲线的两根包络线间的垂直线等分。线等分。3 3、直流分量起始值越大短路全电流瞬时值越大。、直流分量起始值越大短路全电流瞬时值越大。什么时候、什么情况下短路电流最大？第19页，共36页，编辑于2022年，星期日二、产生最大短路短路全电流的条件二、产生最大短路短路全电流的条件二、产生最大短路短路全电流的条件二、产生最大短路短

13、路全电流的条件非周期电流有最大初值的条件应为：非周期电流有最大初值的条件应为：2）短路回路为纯电感回路（短路回路为纯电感回路（XRXR），），一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多故可近似认为故可近似认为1）短路前电路空载（短路前电路空载（Im=0),Im=0),3）短路发生时，电源电势过零（短路发生时，电源电势过零（0 0）第20页，共36页，编辑于2022年，星期日将将 ，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：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

14、主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。三、三、三、三、短路冲击电流短路冲击电流 由上面公式知：短路电流的最大瞬时值在短路由上面公式知：短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。若频率发生后约半个周期时出现。若频率f=50f=50 Hz Hz，这个，这个时间约为时间约为0.010.01秒，将其代入上式，可得短路冲击秒，将其代入上式，可得短路冲击电流电流 ：第21页，共36页，编辑于2022年，星期日定义定义：为为冲击系数冲击系数,实用中，实用中，实用中，实用中，k k k kchchchch=1.8 =1.8 =1.8 =1.8 对变压器高压侧短路；对变压器高压侧短路；对变压器高压侧短路

15、；对变压器高压侧短路；k k k kchchchch=1.9 =1.9 =1.9 =1.9 对机端短路对机端短路对机端短路对机端短路。冲击电流对周期电流幅值的倍数（冲击电流对周期电流幅值的倍数（冲击电流对周期电流幅值的倍数（冲击电流对周期电流幅值的倍数（1 k1 k1 k1 kchchchch 2 2 2 2）：短路电流周期分量的幅值：短路电流周期分量的幅值：短路电流周期分量的有效值值：短路电流周期分量的有效值值第22页，共36页，编辑于2022年，星期日四、短路全电流的最大有效值四、短路全电流的最大有效值四、短路全电流的最大有效值四、短路全电流的最大有效值 Ich在短路过程中，任意时刻在短路

16、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 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=0.01s第23页，共36页，编辑于2022年，星期日因此，短路电流的最大有效值：因此，短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值常用于某些电气设备的短路电流的最大有效值常用于某些电气设备的热热稳定校验稳定校验冲击电流常用于某些电气设备的冲

17、击电流常用于某些电气设备的动稳定校验。动稳定校验。短路电流周期分量有效值短路电流周期分量有效值第24页，共36页，编辑于2022年，星期日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点点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（取（取UB=Uav）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、短路容量另外，短路容量标么值和短路电流标么值相等。另外，短路容量标么值和短路电流标么值相等。第25页，共36页，编辑于20

18、22年，星期日 计计算算短短路路电电流流周周期期分分量量时时，通通常常取取短短路路点点所所在在那那一一段段网网络络的的平平均均额额定定电电压压为为电电源源电电压压。然然后后求求出出整整个个系系统统归归算算到到短短路路点点所所在在电电压压等等级级的的总总阻阻抗抗（忽忽略略电电阻阻）。利利用用以以下公式求短路电流：下公式求短路电流：五、短路电流周期分量有效值的计算五、短路电流周期分量有效值的计算U Uavav:短路点所在电压等级平均电压短路点所在电压等级平均电压:归算到短路点归算到短路点所在电压等级的总阻抗所在电压等级的总阻抗用有名值表示时：用有名值表示时：第26页，共36页，编辑于2022年，星

19、期日用标幺值表示时用标幺值表示时（取（取UB=Uav）由此得：由此得：为了求短路回路的总阻抗的标么值，一般采为了求短路回路的总阻抗的标么值，一般采用标么值的用标么值的近似计算法近似计算法来形成网络的等值电路，来形成网络的等值电路，然后通过网络简化短路回路的总阻抗。然后通过网络简化短路回路的总阻抗。第27页，共36页，编辑于2022年，星期日第三节无穷大系统三相短路电流计算一、一、短路电流的计算的步骤（标么值法）短路电流的计算的步骤（标么值法）求：求：短路电流周期分量，冲击电流、短路功率短路电流周期分量，冲击电流、短路功率1、绘制等值电路图绘制等值电路图GGX1X2E1E2只考虑元件电抗，不计电

20、阻，不计励磁支路只考虑元件电抗，不计电阻，不计励磁支路 求出各元件归算到同一基准值下的的电抗标么值，得到求出各元件归算到同一基准值下的的电抗标么值，得到短路计算用的等值电路。短路计算用的等值电路。第28页，共36页，编辑于2022年，星期日n各元件标么值计算的公式（各元件标么值计算的公式（近似计算法近似计算法）换算至系统统一基准值下：换算至系统统一基准值下：(SB,UB)发电机发电机变压器变压器电抗器电抗器线路线路第29页，共36页，编辑于2022年，星期日（2）星网变换）星网变换求出短路回路的总阻抗标么值求出短路回路的总阻抗标么值Xd*2、网络变换与化简网络变换与化简（1）串联、并联等值串联

21、、并联等值第30页，共36页，编辑于2022年，星期日第31页，共36页，编辑于2022年，星期日Z6Z5fZ7Z4Z2Z3Z1Z10Z5fZ7Z8Z2Z9Z1fZ13Z11Z12Z2Z1fZ2fZ1ffZfEf输入阻抗输入阻抗例例:求短路回路阻抗的过程第32页，共36页，编辑于2022年，星期日（3）.利用网络的对称性化简利用网络的对称性化简对称性：对称性：指网络的结构相同，电源一样，阻抗参数相指网络的结构相同，电源一样，阻抗参数相等（或其比值相等）以及短路电流的走向一致等。等（或其比值相等）以及短路电流的走向一致等。在在对应的点对应的点上，电位必然相同。上，电位必然相同。同同电位点电位点之

22、间的电抗可根据需要短接或断开。之间的电抗可根据需要短接或断开。例例 新书新书 P171P171例例 旧书旧书 P95P95第33页，共36页，编辑于2022年，星期日3、求短路电流和短路功率标么值求短路电流和短路功率标么值 4、求有名值求有名值KA KA 其中其中U UB B是故障点所在网络平均电压是故障点所在网络平均电压IP=IP*IBSd=Sd*SB第35页，共36页，编辑于2022年，星期日 当电源不是无穷大系统，发生短路时，作为电当电源不是无穷大系统，发生短路时，作为电源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其源的发电机的内部也发生暂态过程，并不能保持其端电压和频率不变。此时描述发电机的参数与稳态端电压和频率不变。此时描述发电机的参数与稳态时参数的名称和大小都不一样。例：时参数的名称和大小都不一样。例：第36页，共36页，编辑于2022年，星期日