短路电流及其计算精选文档.ppt

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1、短路电流及其计算本讲稿第一页，共七十六页三三.短路的类型短路的类型 在在供供电电系系统统中中，短短路路的的基基本本类类型型有有三三相相短短路路(a)(a)、两两相相短短路路(b)(b)、单单相相短短路路(c,d)(c,d)和和两相接地短路两相接地短路(e,f)(e,f)。(虚线表示短路电流的路径虚线表示短路电流的路径)。三相短路三相短路两相短路两相短路本讲稿第二页，共七十六页续上页续上页单相短路单相短路(c,d)两相接地短路两相接地短路(e,f)本讲稿第三页，共七十六页短路形式短路形式:三相短路，属对称性短路；三相短路，属对称性短路；其他形式的短路，都属不对称短路。其他形式的短路，都属不对称短

2、路。不对称短路不对称短路:不对称横向故障（不对称短路）不对称纵向故障（不对称断线）电力系统中：电力系统中：发生单相短路的可能性最大，发生单相短路的可能性最大，发生三相短路的可能性最小。发生三相短路的可能性最小。短路电流大小：三相短路的短路电流值最大。短路电流大小：三相短路的短路电流值最大。两相短路的短路电流值最小。两相短路的短路电流值最小。计算短路电流的目的：计算短路电流的目的：为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择校验电气设备用的作，因此作为选择校验电气设备用的短路电流短路电流采用采用系统最大运行方

3、式下系统最大运行方式下的三相短路电流。的三相短路电流。而在继电保护而在继电保护(如过电流保护如过电流保护)的的灵敏度灵敏度计算中，则采用计算中，则采用系统最小运行系统最小运行方式下的两相短路电流方式下的两相短路电流。续上页续上页本讲稿第四页，共七十六页无限大容量电力系统：是指系统的供电容量相对于用户所需求的容量大得很多的电力系统。对一般企业供配电系统来说，对一般企业供配电系统来说，由于企业供配电系统的容量远比电力系统总容量小，而其阻抗又较电力系统大得多，因此企业供配电系统内发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说，可可将电力系统看作无限大容量的电源。将电力系统看作无限大

4、容量的电源。在实际用户供电设计中，当电力系统总阻值不超过短路电路总阻值的5%-10%，或电力系统容量超过用户供配电系统容量的50倍时，可将电力系统视为“无限大容量电源”第二节第二节无限大容量系统三相短路电流的计算无限大容量系统三相短路电流的计算一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程一、无限大容量电力系统及其三相短路的物理过程 本讲稿第五页，共七十六页正常运行：电源相电压：运行电流：阻抗角电流幅值：三相短路分析：本讲稿第六页，共七十六页三相短路分析：k k点右侧，没有电源，电流衰减到零；k k点左侧有电源，阻抗突变，ZZ,II；由于电路中存在电感由于电路中存在电感，I I不突变，出现非周期

5、分量电流，不断衰减（暂态过渡过程），最终达到稳定值。无限大容量系统发生三相短路 即（参见图即（参见图5-4）：短路电流在到达稳态值之前，要经过一个暂态过程，这一暂态）：短路电流在到达稳态值之前，要经过一个暂态过程，这一暂态过程是短路非周期分量电流存在的那段时间。从物理概念上讲，过程是短路非周期分量电流存在的那段时间。从物理概念上讲，短路电流周期分量短路电流周期分量是是因短路后电路阻抗突然减小很多，而按欧姆定律应突然增大很多倍的电流因短路后电路阻抗突然减小很多，而按欧姆定律应突然增大很多倍的电流 ；短路电短路电流非周期分量流非周期分量则是因短路电路含有感抗，电路电流不可能突变，而按楞次定律感应的

6、用以则是因短路电路含有感抗，电路电流不可能突变，而按楞次定律感应的用以维持短路初瞬间维持短路初瞬间(0时时)电流不致突变的一个反向衰减性电流电流不致突变的一个反向衰减性电流 。此电流衰减完毕后，。此电流衰减完毕后，短路电流达到稳定状态。短路电流达到稳定状态。本讲稿第七页，共七十六页无限大容量系统发生三相短路前后的电压，电流变动曲线图图5-4本讲稿第八页，共七十六页二、三相短路过渡过程分析二、三相短路过渡过程分析(a)三相电路图三相电路图(b)等效单相电路图等效单相电路图 电力系统的短路故障往往是突然发生的。短路发生后，电力系统就由电力系统的短路故障往往是突然发生的。短路发生后，电力系统就由工作

7、状态工作状态经经过一个过一个暂态过程暂态过程(或称短路瞬变过程或称短路瞬变过程)，然后进入，然后进入短路后的稳定状态短路后的稳定状态。电流也将由原来正。电流也将由原来正常的负荷电流突然增大，再经过暂态过程达到短路后的稳态值。由于暂态过程中的短路常的负荷电流突然增大，再经过暂态过程达到短路后的稳态值。由于暂态过程中的短路电流比起稳态值要大得多，所以暂态过程虽然时间很短，但它对电气设备的危害远比稳电流比起稳态值要大得多，所以暂态过程虽然时间很短，但它对电气设备的危害远比稳态短路电流的危害要严重得多。态短路电流的危害要严重得多。图图5-3(a)是一个电源为无限大容量的用户供电系统发生三相短路时的电路

8、图。假是一个电源为无限大容量的用户供电系统发生三相短路时的电路图。假设电源和负荷都是三相对称，则可取一相来分析，电路如图设电源和负荷都是三相对称，则可取一相来分析，电路如图5-3(b)所示。所示。图图5-3(a)图图5-3(b)本讲稿第九页，共七十六页式中式中：短路电流周期分量的幅值短路电流周期分量的幅值ZM 短路回路的总阻抗；短路回路的总阻抗；短路电流与电压之间相角，短路电流与电压之间相角，5-1二、短路二、短路有关物理量有关物理量的计算的计算1.短路电流周期分量短路电流周期分量假设在电压假设在电压0时时(等效为开关闭合等效为开关闭合)发生三相短路，如图发生三相短路，如图5-4所示。此时所示

9、。此时短路电流周期分量为：短路电流周期分量为：Um=1.05UN（kV）,线路平均额定电压线路平均额定电压本讲稿第十页，共七十六页式中式中次暂态短路电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流周期分量次暂态短路电流有效值，即短路后第一个周期的短路电流周期分量的的有效值。有效值。在无限大容量供电系统中，由于系统母线电压维持不变，所以其短路电流的在无限大容量供电系统中，由于系统母线电压维持不变，所以其短路电流的周期分量有效值周期分量有效值(用用表示表示)在短路全过程中也维持不变，即在短路全过程中也维持不变，即。也可用下也可用下式计算式计算5-2故故90，而短路瞬间，而短路瞬间(t0时时)的短路电流周期

10、分量的短路电流周期分量由于短路电路的电抗一般远大于电阻，即由于短路电路的电抗一般远大于电阻，即XZ，续上页续上页本讲稿第十一页，共七十六页2.短路电流非周期分量短路电流非周期分量短路电流非周期分量 ，是用以维持短路初瞬间的电流不致突变而由电感上引起的自感电动势所产生的一个反向电流，如图5-4所示。短路电流非周期分量的初始绝对值为：inp(0)=|i0-Ikm|Ikm=2I”是按指数规律衰减的，经历3 5 即衰减至零，短路的暂态过程结束，短路进入稳态。由衰减时间常数 知，电路中电阻越大，暂态过程越短促。5-35-43.短路全电流短路全电流短路全电流短路全电流就是其周期分量就是其周期分量和非周期分

11、量和非周期分量之和，即之和，即:某一瞬时某一瞬时的的短路全电流有效值短路全电流有效值是以时间是以时间t为中点的一个周期内的为中点的一个周期内的的有效值的有效值和和在在时刻的瞬时值时刻的瞬时值的方均根值，即的方均根值，即5-5本讲稿第十二页，共七十六页续上页续上页 暂态过程结束后的短路电流称为短路稳态电流，短路稳态电流只含短路电流的周期分量。4.短路冲击电流与冲击电流有效值短路冲击电流与冲击电流有效值最严重三相短路时短路全电流最大瞬时值发生时刻本讲稿第十三页，共七十六页4 短路冲击电流和冲击电流有效值：短路冲击电流：短路全电流的最大瞬时值短路电流冲击系数；对于纯电阻电路，取1；对于纯电感性电路，

12、取2；因此，介于1和2之间。冲击电流有效值：短路后第一个周期的短路全电流有效值。冲击电流有效值：短路后第一个周期的短路全电流有效值。短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。由图短路冲击电流为短路全电流中的最大瞬时值。由图5-4所示短路全电流所示短路全电流曲线可以看出，短路后经过半个周期曲线可以看出，短路后经过半个周期(即即0.01s)达到最大值，此时达到最大值，此时的短路电流就是短路冲击电流的短路电流就是短路冲击电流。本讲稿第十四页，共七十六页 5.短路稳态电流短路稳态电流 短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完毕以后的短路全电流，其有效值用 表示。短路稳态电流只含短路电流的周期分量，所以

13、。为了表明短路的类别，凡是三相短路电流，可在相应的三相短路电流符号右上角加注(3)，例如三相短路稳态电流写作 。同样地，两相或单相短路电流，则在相应的短路电流符号右上角加注(2)或(1)，而两相接地短路电流，则加注(1，1)。在不致引起混淆时，三相短路电流各量也可不加注(3)。本讲稿第十五页，共七十六页6 6、有关短路的物理量、有关短路的物理量 短路电流周期分量短路电流周期分量iP 短路电流非周期分量短路电流非周期分量短路全短路全电电流流ik.短路冲短路冲击电击电流流ish 短路短路稳态电稳态电流流I 短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值Ish 本讲稿第十六页，共七十六页补习补习标幺制标幺制概

14、念：用相对值表示元件的物理量步骤选定基准值基准容量、基准电压、基准电流、基准阻抗基准容量、基准电压、基准电流、基准阻抗通常选定通常选定、计算标幺值注：标幺值是一个没有单位的相对值，通常用带*的上标以示区别。选选本讲稿第十七页，共七十六页第三节第三节短路点附近感应电动机对短路电流的影响短路点附近感应电动机对短路电流的影响 供配电系统发生三相短路时，接在短路点附近运行的电动机的反电势可能大于电动机所在处系统的残压，此时电动机将和发电机一样，向短路点馈送短路电流。同时电动机迅速受到制动，它所提供的短路电流很快衰减，一般只考虑电动机对冲击短路电流的影响 当交流电动机进线端发生三相短路时，它反馈的最大短

15、路电流瞬时值（即电动机反馈冲击电流）可按下式计算：实际计算中，只有当高压电动机高压电动机单机或总容量大于1000kW1000kW，低压电动机低压电动机单机或总容量大于100kW100kW，在靠近电动机引出端附近发生三相短路时，才考虑电动机对冲击短路电流的影响，考虑电动机的影响后，短路点的冲击短路电流为考虑电动机的影响后，短路点的冲击短路电流为本讲稿第十八页，共七十六页补习补习复数复数1.复数表达式与复平面复数表达式与复平面()代数形式代数形式()三角形式三角形式()指数形式指数形式()极坐标形式极坐标形式如：如：如：如：1/2j3/2 本讲稿第十九页，共七十六页旋转因子旋转因子：（指数形式）指

16、数形式）任何一个复数乘以一个旋转因子，就旋转一个任何一个复数乘以一个旋转因子，就旋转一个j j角角.例例8-1 F=F1e j j j+1jF1j jF特殊：特殊：+j,j,-1 都可以看成旋转因子都可以看成旋转因子（极坐标形式）（极坐标形式）即F1旋转一个 角为FA乘以乘以j就是将就是将A本讲稿第二十页，共七十六页补习矩阵补习矩阵 将一些元素排列成若干行，每行放上相同数量的元素，就是一个矩阵。这里说的元素可以是数字，例如以下的矩阵：横向的元素组称为“行”，纵向称为“列”，矩阵一般用大写拉丁字母表示，需要具体写出其中元素时，一般用方括号或圆括号括起。以上的矩阵A是一个4行3列的矩阵。矩阵数乘矩

17、阵数乘本讲稿第二十一页，共七十六页矩阵的乘法矩阵的乘法.矩阵A和B相乘得到AB的示意图 本讲稿第二十二页，共七十六页为校验保护装置的灵敏度，需要计算不对称短路电流。求解不对称短路电流，需用对称分量法对称分量法，将不对称的短路电流系统转换为对称系统。设有一组三相不对称的相量设有一组三相不对称的相量Fa,Fb,Fc，可将每相的矢量分解为，可将每相的矢量分解为正序、负序和零序三个正序、负序和零序三个分量之和分量之和第四节第四节不对称短路的计算方法不对称短路的计算方法1.对称分量法对称分量法在三相系统中，任意不对称的三相量可分为三相对称的三序分量每相的正序分量共同构成一正序系统：其三相量大小相等，互差

18、120与系统正常运行相序 相同。每相的负序分量共同构成一负序系统：其三相量大小相等，互差120与系统正常运行相序相反。每相的零序分量共同构成一零序系统：其三相量大小相等，相位一致。对于每一个相序分量系统来说，都能独立地满足电路的欧姆定律和基尔霍夫定律，从而把不对称短路计算问题转化成各个相序下的对称电路的计算问题本讲稿第二十三页，共七十六页写成数学表达式为：（513）不对称三相量F的a相三分量F的b相三分量F的c相三分量续上页续上页本讲稿第二十四页，共七十六页不对称不对称三相系统三相系统分解为分解为三个独立的对称系统：三个独立的对称系统：正序系统正序系统、负序系统负序系统和和零序系统零序系统.作

19、出矢量图为：续上页续上页正序系统正序系统负序系统负序系统零序系统零序系统分解合成合成相序：ABC相序：ACB 相序：A B C 同相 不对称不对称三相系统相序三相系统相序ABC以下标1、2、0分别表示各相的正、负、零三序对称分量：本讲稿第二十五页，共七十六页由于每一组是对称的，将上式代入（5 51313）后）后可将其写成（514)式：以以A相相(基准相)为参考向量为参考向量 引进算子a，其定义是单位相量依逆时针方向旋转120度（参看代数式）参考正序，负序分量矢量图，可推出左边的下列关系：Fa1Fb1Fc1Fc2Fb2Fa2正序FA负序FB（5131）本讲稿第二十六页，共七十六页上式说明三组对称

20、相量合成得三个不对称相量。或：将一组不对称相量用将一组不对称相量用a相的各序分量表示相的各序分量表示（515）或简写为：（514）三个不对称相量三组对称相量上式说明三个不对称的相量可以唯一地分解成为三组对称的相量(即对称分量):正序分量、负序分量和零序分量。其逆关系为：本讲稿第二十七页，共七十六页则 如图所示。零序电流必须以中性线为通路。将式（515）的变换关系应用于基频电流（或电压），则有：由上式知，只有当三相电流之和不等于零时才有零序分量 只有在有中性线的星形接法中才可能 Ia+Ib+Ic 0，则中性线中的电流In=Ia+Ib+Ic=3Ia(0)即为三倍零序电流.本讲稿第二十八页，共七十六

21、页对称分量法的基本原理（1）正序、负序和零序系统都是对称系统。当求得各个对称分量后，再把各相的三个分量叠加叠加便得到不对称运行情形。（2）不同相序具有不同阻抗参数，分有正序阻抗、负序阻抗和零序阻抗，电流流经电机和变压器具有不同物理性质。（3）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数的电路中。结论本讲稿第二十九页，共七十六页例：请分解成对称相量。本讲稿第三十页，共七十六页解：本讲稿第三十一页，共七十六页本讲稿第三十二页，共七十六页2.利用对称分量法分析不对称短路利用对称分量法分析不对称短路当供电系统未发生短路故障时，UKA,UKB,UKC是对称三相量。当K点发生不对称短路(局部不对称)时，故障点

22、三相对称性被破坏，UKA,UKB,UKC成了不对称三相量。故：UKA,UKB,UKC可以分解成：UKA1=UK1 A相的正序分量UKB1UKC1UKA2=UK2 A相的负序分量UKB0UKB2UKA0=UK0 A相的零序分量UKC0UKC2本讲稿第三十三页，共七十六页同时，线路上相应的要流过A，B，C相的正序，负序，零序电流，各相各序电流，流经回路（指：各正序，负序，零序回路）的不同相序阻抗将在其上产生相应的压降UK。续上页续上页IK1：相正序分量电流IK2：相正序分量电流IK0：相正序分量电流取A相电流分量IKC2IKB2IKC0IKB0IKB1IKA1=IK1IKA2=IK2IKA0=IK

23、0IKC1本讲稿第三十四页，共七十六页续上页续上页三相对称元件中，各序分量独立,各序之间没有关系.（正序电压仅与正序电流相关，负序电压仅与负序电流有关，零序电压仅与零序电流有关）。故整个网络可以等值地分解为三个序网络（正序网络、负序网络，零序网络）。见下图！用戴维南定理对故障点进行等值。正序网络含电源（发电机电势为正序）。负序网络和零序网络无电源。由于三相序分量对称，故仅仅考虑基准相(A相）的序分量。即用单相序网络。jX1jX2jX0IK1IK2IK0UK1UK2UK0图56本讲稿第三十五页，共七十六页续上页续上页相各序分量电流，流经回路不同的相序阻抗，在其上产生的相应压降UK。从图56可得如

24、下：相正序电压：UK1=IK1 jX1 A相负序电压：UK2=IK2 jX2相零序电压：UK0=IK0 jX0综合上述知识，解得三序网络的方程为：如写成矩阵，则同教材的518式。式中E1为已知。UK1,UK2,UK0可据短路点的UKA,UKB,UKC分解得出。故只需求出各序网络的序阻抗值X1，X2，X0，短路处的电流IK1，IK2，IK0即可出。并根据5-14式合成各相短路电流的周期分量值。故：关键是求从关键是求从电源点到短路点电源点到短路点的各序网络阻抗值。的各序网络阻抗值。本讲稿第三十六页，共七十六页各序网络的解释：凡属由同一序的相应的电势和阻抗根据电力系统的接线所构成的单相等 值电路，称

25、为该序的序网络。在制订各序网络时，必须先了解系统的接线，接地中性点的分布状况以及各元件的各序参数和等效电路；进而再分别各序，由短路点开始，查明序电流在网络中的流通情况，以确定各序网络的组成元件及其网络的具体连接1正序网络 (正序网是有源网络:正序网络就是通常用以计算对称三相短路时的网络，流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。在不对称短路时短路点的正序电压 、和 不等于零，所以短路点不能和零电位线相连。正序电势就是发电机的电势。2负序网络 (负序网是无源网络)负序电流在网络中所流经的元件与正序电流所流经的相同。因此，组成负序网络的元件与组成正序网络的元件完全相同，只是各元件的阻抗要用负序

26、参数表示，其中发电机及各种旋转电机的负序阻抗与正序阻抗不同，而其它静止元件的负序阻抗等于正序阻抗。因为发电机的负序电势为零，所以负序网络中电源支路负序阻抗的终点不接电势，而与零电位相连，并作为负序网络的起点，短路点就是该网络的终点。短路点的负序电压 不为零。本讲稿第三十七页，共七十六页 在零序网络中，不包含电源电势。只在短路点存在有由故障条件所决定的不对称电势源中的零序分量。各元件的阻抗均应以零序参数表示。零序电流实际上是一个流经三相电路的单相电流，经过地或与地连接的其它导体（例如地线、电缆包皮等），再返回三相电路中。只有当和短路点直接相连的网络中至少具有一个接地中性点时，才可以形成一个零序回

27、路。如果与短路点直接相连的网络中有好几个接地的中性点，那么有几个零序电流的并联支路。在绘制等值网络时，只能把有零序电流通过的元件包括进去，而不通过零序电流的元件应舍去。作出系统的三线图，在短路处将三相连在一起，接上一个零序电势源，并从这一点开始逐一的查明零序电流可能通行的回路。零序网是无源网络3零序网络本讲稿第三十八页，共七十六页3.供电系统元件的各序阻抗供电系统元件的各序阻抗所谓元件的序电抗，是指元件流过某序电流时，由该序电流所产生的电所谓元件的序电抗，是指元件流过某序电流时，由该序电流所产生的电压降和该序电流的比值压降和该序电流的比值不同相序具有不同阻抗参数，分有正序阻抗、负序阻抗和零序阻

28、抗。电流流经电机和变压器具有不同物理性质。(1).正序阻抗 即各元件在三相对称工作时的基波阻抗值。在计算三相短路电流在计算三相短路电流时，所用的各元件阻抗就是正序阻抗值。时，所用的各元件阻抗就是正序阻抗值。（2.）负序电抗）负序电抗凡是静止的三相对称结构的设备，如架空线、变压器、电抗器等，其负序电抗等于正序电抗，即X2=X1 零序电抗。对于旋转的发电机等元件，其负序电抗不等于正序电抗，X2X1，通常可以查表5-1取近似值进行计算。（3）零序电抗）零序电抗三相零序电流大小相等相位相同，且只有在三相电流之和不为零时才有零序阻抗。所以在三相系统中零序电流的流通情况与发电机及变压器的中性点接地方式有关

29、零序电流的流通情况与发电机及变压器的中性点接地方式有关。在中性点不接地系统中，零序电流不能形成通路，元件的零序阻抗可看成无穷大。本讲稿第三十九页，共七十六页5-1本讲稿第四十页，共七十六页补习 变压器的接线组别:接线组别:变压器一次绕组和二次绕组接线形式的一种表示方法；变压器的接线组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式。小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。如：大Y表示一次绕组星接；大D表示一次绕组三角形接法。小y表示二次绕组星接；小d表示

30、二次绕组三角形接。n表示中性点引出；0表示一、二次绕组相位差为零；变压器二个绕组组合起来就形成了4种接线组别：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。我国只采用“Y，y”和“Y，d”。由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母n表示。如“Yn，d11”：表示一次绕组星接，中性点引出；二次绕组三角形接；一次侧线电压相量作为分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。也就是，二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。本讲稿第四十一页，共七十六页 变压器的零序电抗和等值电路 当在变压器

31、端点施加零序电压时，其绕组中有无零序电流，以及零序电流的大小与变压器三相绕组的接线方式和变压器的结构密切相关。一、双绕组变压器零序电压施加在Y(星形)、d(三角形)侧:因在三相绕组端并联施加零序电压，端点等电位，故 ，用阻抗表示为：即开路。以下用以下用 、分别为两侧绕组漏抗，分别为两侧绕组漏抗，为零序励磁电抗。为零序励磁电抗。本讲稿第四十二页，共七十六页(a):YN/d接法变压器.YN侧零序电流可流通;.d侧绕组内零序电流相成环流,电压完全降落在漏抗上;.d侧外电路中零序电流=0;表达以上三条的等值电路为：3I1(0)本讲稿第四十三页，共七十六页(b):YN/y接法变压器 YN侧有零序电流，y

32、侧无零序电流通路，等值电路为本讲稿第四十四页，共七十六页.（3）YN/yn接法变压器 II侧因中性点接地,提供了零序通路，等值电路为：本讲稿第四十五页，共七十六页 如如果果二二次次侧侧除除接接地地的的中中性性点点外外，没没有有其其它它接接地地点点，此此时时零零序电抗的计算与序电抗的计算与 相同。相同。其中：其中：x为外电路接地电抗。为外电路接地电抗。如果二次侧另外有一个接地点如果二次侧另外有一个接地点.本讲稿第四十六页，共七十六页在短路电流实用计算中，一般可认为变压器的零序激磁电抗Xm（0），则变压器的零序电抗可以根据下表求取。变压器的绕组接线形式变压器零序电抗备注Yn，dX0XXYn，yX0

33、=Yn，ynX0XXX变压器副边至少有一个负载的中性点接地X0=变压器副边没有负载的中性点接地变压器的变压器的零序电抗序电抗本讲稿第四十七页，共七十六页总结总结：双绕组变压器提供零序电流一侧必须为YN连接，另外一侧的接线方式有三种：（1）d连接：零序电抗为X0XX。该侧无电流流出，相当于绕组短接。（2）y连接：零序电抗为X0=。该侧无电流流出，相当于空载开路。（3）yn连接：零序电抗为 X0XX。无电流通路则相当于空载，有电流通路则接入外接电抗(即：X)。需要注意：中性点经阻抗接地情况，单相等值电路中必须用3倍接地阻抗来表示中性点阻抗。本讲稿第四十八页，共七十六页Y接法中无法流通YN接法可以流

34、通D接法线电流不能流通零序电流，但其闭合回路能为零序电流提供通路，即相电流中可能有零序电流。（如果一侧有零序电流，通通过过感感应应也会在D接法每相绕组中产生零序电流。）Y，y；Y，d；D，y；D，d无零序电流无零序电流 YN，d和D，yn接法如YN、yn中有零序电流，d、D每相中也感感应应零序电流，线电流则没有。YN，y和Y，yn接法即使YN、yn中有零序电流，y、Y中也不会有零序电流。零序电流在变压器绕组中的流通本讲稿第四十九页，共七十六页 的数值主要决定于变压器的铁芯结构。的数值主要决定于变压器的铁芯结构。三三个个单单相相变变压压器器组组成成的的三三相相变变压压器器，三三相相四四柱柱式式或

35、或（五五柱柱式式）变变压压器器以以及及铁铁壳壳式式变变压压器器,可可以以近近似似认认为：为：10.5.1 10.5.1 双绕组变压双绕组变压器器 对于三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序电抗较对于三相三柱式变压器，磁通路径磁阻大，零序电抗较小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗。小，一般需经试验方法求得零序励磁电抗。本讲稿第五十页，共七十六页4 4.5.8 .5.8 不对称短路电流、电压的计算不对称短路电流、电压的计算 根据不对称短路的边界方程和复合序网求出的各序电流、电压对称分量及各相电流、电压值，一般都是指起始时或稳态时的基频分量。不对称短路的电流、电压计算可以根据短路序网的基本方程式和边

36、界条件方程式列出若干个独立方程，针对防城中的未知数，联立求解，即可获得电流、电压的计算值。本讲稿第五十一页，共七十六页4.不对称短路的计算方法不对称短路的计算方法用对称分量法分析电力系统的不对称故障问题：（1）首先要列出三个序的电压平衡方程。然后结合故障处的三个边界条件方程；联立求解算出故障处A相的各序各序电流、电压对称分量及各相电流、电压值。（一般都是指起始时或稳态时的基频分量）。（2）借助于复合序网图进行求解，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的连接，组成一个复合序网，对复合序网进行计算，便可求出电流、电压的各序对称分量。本讲稿第五十二页，共七十六页（1）两相短路（1

37、）故障边界条件 假定 两相短路，以相量表示的边界条件方程下：两相短路时的系统接线图 本讲稿第五十三页，共七十六页续上页续上页用对称分量表示为用对称分量表示为再根据5-14式（取此式)取此式)（将短路点的所有边界条件用A相的分量表示本讲稿第五十四页，共七十六页续上页续上页式化简式化简根据：根据：将将可得可得这是：这是：以序分量表以序分量表示的示的两相短路的两相短路的三个边界条件三个边界条件.本讲稿第五十五页，共七十六页三个序的电压平衡方程(5-18)得 联立求解方程组短路K处的A相的分量全部求出本讲稿第五十六页，共七十六页短路点各相对地电压为：则故障相电流为：结论结论:故障相电压是正常电压的二分

38、之一。故障相电压是正常电压的二分之一。b、c两相电流大小相等，方向相反。它们的绝对为：两相电流大小相等，方向相反。它们的绝对为：本讲稿第五十七页，共七十六页相量图相量图UKA1UKA2作图原理：知道A相分量的大小和方向后，利用序分量相等的原理，可作出B，C相相应分量UKAUKCUKBIKB IKC 本讲稿第五十八页，共七十六页(2).单相（单相（a相）接地短路相）接地短路abc图图5-11 单相接地短路单相接地短路 单相单相 接地短路时，故障的三个接地短路时，故障的三个边界条件为：边界条件为：用对称分量表示为：用对称分量表示为：()()经整理得用序量表示的边界条件为经整理得用序量表示的边界条件

39、为：本讲稿第五十九页，共七十六页引入复合序网.复合序网复合序网：根据故障处各分量之间的关系，将各序网络在故障端口联接起来所构成的网络。根据a相接地短路时，故障处三个序分量之间的关系：可得出左边的可得出左边的复合序网复合序网三个序电流相等三个序电压之和等于零本讲稿第六十页，共七十六页根据以上各式根据以上各式可确定短路点电流和电压的各序分量如下：可确定短路点电流和电压的各序分量如下：本讲稿第六十一页，共七十六页利用对称分量的合成算式，可得短路点故障相电流为：利用对称分量的合成算式，可得短路点故障相电流为：短路点非故障相的短路点非故障相的对地对地电压电压本讲稿第六十二页，共七十六页 5、正序等效定则

40、、正序等效定则单相接地短路单相接地短路两相短路两相短路由以上两种简单不对称短路的两种简单不对称短路的分析可见，不同类型的短路，其短路电流正序分量的计算公式有相似之处，可以统一写成：式中：附加电抗，其值随短路类型不同而不同，上角标(n)代表短路类型的符号。正序图短路点正序等效定则：在简单不对称短路的情况下，短路点正序分量电流的大小，与在短路点正序等效定则：在简单不对称短路的情况下，短路点正序分量电流的大小，与在短路点串联一附加电抗串联一附加电抗并在其后发生三相短路时的电流大小相等。并在其后发生三相短路时的电流大小相等。本讲稿第六十三页，共七十六页.单相接地短路单相接地短路两相短路两相短路由以上由

41、以上两种简单不对称短路的两种简单不对称短路的分析可见，不同类型的短路分析可见，不同类型的短路，从其短路点从其短路点故障相电故障相电流流的算式可以看到，短路电流的绝对值与它的正序分量的绝对值成正比，可以统一写成：的算式可以看到，短路电流的绝对值与它的正序分量的绝对值成正比，可以统一写成：式中,m（n）是比例系数，其值与短路类型有关，详见表5-2。本讲稿第六十四页，共七十六页短路类型013表5-2简单短路的简单短路的短路电流正序分量 附加电抗附加电抗与比例系数比例系数m（n）的值三相短路两相短路单相接地短路两相接地短路本讲稿第六十五页，共七十六页不对称短路故障总结本讲稿第六十六页，共七十六页第五节

42、第五节 短路电流的效应短路电流的效应 强强大大的的短短路路电电流流通通过过电电气气设设备备和和导导体体，将将产产生生很很大大的的电电动动力力，即即电电动动力力效效应应，可可能能使使电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形。电气设备和导体受到破坏或产生永久性变形。短短路路电电流流产产生生的的热热量量，会会造造成成电电气气设设备备和和导导体体温温度度迅迅速速升升高高，即即热热效效应应，可可能能使使电气设备和导体绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。电气设备和导体绝缘强度降低，加速绝缘老化甚至损坏。为了正确选择电气设备和导体，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。为了正确选择电气设备和导体

43、，保证在短路情况下也不损坏，必须校验其动稳定和热稳定。1.两平行导体间最大的电动力两平行导体间最大的电动力:在空气中平行放置的两根导体中分别通有电流 和 ，导体间距离为a，则两导体之间产生电动力为：式中：K Kf f形状系数。当导体长度远远大于导体间距时，可以忽略导体形状的影响，即K Kf f1。电动力的方向：同吸；反斥。电动力的方向：同吸；反斥。本讲稿第六十七页，共七十六页 供配电系统中最常见的是三相导体平行布置在同一平面里的情况。如图(5-14)所示当三相导体中通以幅值的三相对称正弦电流I Im m时，可以证明中间相受力最大，大小为：2.三相平行载流导体间的电动力Im：线电流的有效值：线电

44、流的有效值本讲稿第六十八页，共七十六页 在在三三相相系系统统中中，当当发发生生三三相相短短路路故故障障时时，短短路路电电流流冲冲击击值值通通过过边边缘缘相相U相相与与中中间相间相V相导体所承受的最大电动力、相导体所承受的最大电动力、分别为：分别为：3.短路电流的电动力短路电流的电动力 发生三相短路后，母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。发生三相短路后，母线为三相水平布置时中间相导体所承受的电动力最大。两相短路时平行导体间的最大电动力两相短路时平行导体间的最大电动力 电力系统中同一地点发生不同种类的短路时，导体所承受三相短路时的最大电动力比电力系统中同一地点发生不同种类的短路时，导

45、体所承受三相短路时的最大电动力比两相短路时的最大电动力大两相短路时的最大电动力大1515。本讲稿第六十九页，共七十六页续上页续上页在校验导体的最大电动力时在校验导体的最大电动力时，考虑最严重的情形，即在三相短路情况下，考虑最严重的情形，即在三相短路情况下，导体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：导体中流过冲击电流时，所承受的最大电动力为：载流导体和电气设备承受短路电流作用时满足力稳定的条件是载流导体和电气设备承受短路电流作用时满足力稳定的条件是上式就是选择校验电气设备和母线在短路电流作用下所受冲击力效应的计算依据。注意：计算中的单位取A A，l l和应取相同的长度单位。本讲稿第七十页，共七

46、十六页4、短路电流的热效应（2 2）短路产生的热量）短路产生的热量 在在线线路路发发生生短短路路时时，强强大大的的短短路电流将使导体温度迅速升高。路电流将使导体温度迅速升高。短路前后短路前后导导体的温度体的温度变变化化.因为短路以后继电保护装置很快动作，切除故障，因此短路持续时间很短，短路电流产生的大量热量来不及散发到周围介质中，可以认为全部热量被导体吸收，用来使导体的温度升高。常用的不同金属导体材料均有规定的短时发热最高允许温度。（1 1）短路时发热）短路时发热的特点的特点允许温度，若前者不超过后者则该允许温度，若前者不超过后者则该设备热稳定性满足要求，否则不满设备热稳定性满足要求，否则不满

47、足要求。足要求。热稳定校验实质上就是比较短路后导体的最高发热温度与其短时发热的最高热稳定校验实质上就是比较短路后导体的最高发热温度与其短时发热的最高本讲稿第七十一页，共七十六页续上页续上页由于短路电流的变化规律复杂，直接计算短路电流在导体中产生的热量是由于短路电流的变化规律复杂，直接计算短路电流在导体中产生的热量是很困难的，通常采用等效发热的方法来计算。很困难的，通常采用等效发热的方法来计算。短路时产生的热量短路时产生的热量 在工程计算中常常用短路电流的稳态值代替实际的短路电流来计算Qk，假定一个时间tima，称为假想时间，短路电流稳态值在内产生的热量与实际短路电流在短路持续时间内所产生的热量

48、相等。图图4-26 短路发热的假想时间短路发热的假想时间而 可按下式计算：I”本讲稿第七十二页，共七十六页续上页续上页而 可按下式计算：继电保护动作时间继电保护动作时间断路器开断时间断路器开断时间对于无穷大容量系统，显然：t timaima=t=tk k+0.05+0.05(3)导体短路发热温度导体短路发热温度 为了限制电气设备因发热而产生不利影响，保证电气设备的正确使用，国家规定了载为了限制电气设备因发热而产生不利影响，保证电气设备的正确使用，国家规定了载流导体和电器长期发热和短路时发热的允许温度。流导体和电器长期发热和短路时发热的允许温度。计算导体短路时的最高温度的步骤：计算导体短路时的最高温度的步骤：(1)(1)根据运行温度根据运行温度 从曲线中查出从曲线中查出 之值；之值；(2)(2)将将 之值代入公式，之值代入公式，(3)(3)根据根据 ，从曲线中查出，从曲线中查出 之值。之值。计算出：计算出：本讲稿第七十三页，共七十六页图5-175-17可根据热稳定条件计算导体的最可根据热稳定条件计算导体的最小允许截面积小允许截面积Smin：只要所选导线截面只要所选导线截面SSmin，热稳定就能满足要求。热稳定就能满足要求。本讲稿第七十四页，共七十六页三峡电站三峡电站本讲稿第七十五页，共七十六页本讲稿第七十六页，共七十六页