电力系统分析第8章课件.pdf
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1、第第1页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit第第8 8章章 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81 短路的基本概念短路的基本概念82 无限大功率电源供电系统的三相短路分析无限大功率电源供电系统的三相短路分析83 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析84 计及阻尼绕组的同步电机突然三相短路分析计及阻尼绕组的同步电机突然三相短路分析第第2页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit8 81 1 短路的基本概念短路的基本概念短路的基本概念短路的基本概念 故障:故障:一般指短
2、路(横向故障)和断线(纵向故障),分为简单故障和复杂故障一般指短路(横向故障)和断线(纵向故障),分为简单故障和复杂故障 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 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 短路短路:一切:一切不正常不正常的相与相之间或相与地之间(对中性点接地系统)发生连接的情况。的相与相之间或相与地之间(对中性点接地系统)发生连接的情况。第第3页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit各种短路的示意图和代表符号短路种类示意图代表符号短路种类示意图代表符号三 相 短 路三 相 短 路f(3)两
3、 相 短 路 接 地两 相 短 路 接 地f(1,1)两 相 短 路两 相 短 路f(2)单 相 短 路单 相 短 路f(1)8.1.1 短路的类型短路的类型第第4页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit 绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。恶劣天气:雷击造成的闪络放电或避雷器动作,架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。恶劣天气:雷击造成的闪络放电或避雷器动作,架空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,线路或设备检修后未
4、拆除地线就加上电压引起短路。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。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。8.1.2 短路的主要原因短路的主要原因第第5页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit(1)电流剧增:设备发热增加,若短路持续时间较长,可使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应,导体间将产生很大的机械应力,致使导体变形甚至损坏。电流剧增:设备发热增加,若短路持续时间较长,可使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应,导体间将产生很大的机械应力,致使导体变形甚至
5、损坏。(2)电压大幅度下降,对用户影响很大。电压大幅度下降,对用户影响很大。(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,这是短路最严重的后果。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,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。(4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应电势,影响通讯。发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应电势,影响通讯。8.1.3 短路的危害短路的危害第第6页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分
6、析Exit8.1.4 计算短路电流的目的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)的依据;是选择电气设备(断路器、互感器、瓷瓶、母线、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,根据它可以确定限制短路电流的措施。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。第第7页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit8 82 2 无无无无限大功率电源供电系统的三相短路分析限大功率电源供电
7、系统的三相短路分析限大功率电源供电系统的三相短路分析限大功率电源供电系统的三相短路分析 8.2.1 无限大功率电源无限大功率电源 端电压幅值和频率都保持恒定,内阻抗为零。端电压幅值和频率都保持恒定,内阻抗为零。电源内阻抗小于短路回路总阻抗的电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%,即可认为是无限大功率电源,即可认为是无限大功率电源 例如:多台发电机并联运行、短路点远离电源等例如:多台发电机并联运行、短路点远离电源等第第8页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit 8.2.2 暂态过程分析暂态过程分析短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态:)sin()0()0(+=t
8、Iima222)0()()(LLRRUImm+=RRLLtg+=)(1)0(第第9页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit)sin(+=+tUdtdiLRimaaa 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:其解就是短路的全电流,由两部分组成:相的微分方程式如下:其解就是短路的全电流,由两部分组成:稳态分量稳态分量(强制分量、交流分量或周期分量)和(强制分量、交流分量或周期分量)和暂态分量暂态分量(自由分量、直流分量或非周期分量)。(自由分量、直流分量或非周期分量)。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
9、短路时刻发生短路时刻发生短路22)(LRUImm+=RLtg1=)sin(+=tIiimpaaaipai第第10页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit暂态分量电流:暂态分量电流:aTtaaAei=aT暂态分量电流衰减时间常数暂态分量电流衰减时间常数RLTa=(A A A A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)短路的全电流表达式为:短路的全电流表达式为:aTtmaapaaAetIiii/)sin(+=+=第第11页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Ex
10、it)sin()sin()0()0(=mmIIAaTtmmmaeIItIi/)0()0()sin()sin()sin(+=AIIiimm+=)sin()sin()0()0(a0)0(a短路电流不突变短路电流不突变短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解aTtmaapaaAetIiii/)sin(+=+=)sin()0()0(+=tIima第第12页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit b、c相短路电流表达式相短路电流表达式aTtmmmbeIItIi/)0()0()120sin()120sin()120sin(+=aTtmmmceIItIi/)0()
11、0()120sin()120sin()120sin(+=三相短路电流周期分量是对称正弦量,幅值由电源电压幅值及短路回路总阻抗决定;三相短路电流周期分量是对称正弦量,幅值由电源电压幅值及短路回路总阻抗决定;各相短路电流非周期分量具有不同的初始值,指数衰减各相短路电流非周期分量具有不同的初始值,指数衰减第第13页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit 8.2.3 短路电流及短路功率的计算短路电流及短路功率的计算 1.短路冲击电流短路冲击电流短路电流最大可能的瞬时值,用表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。非周期分量初始值:短路前电路空载,短路电流最大可能
12、的瞬时值,用表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。非周期分量初始值:短路前电路空载,Im(0 0)=0要使要使iaa0 0有最大值,应有一般电力系统中,故可近似认为有最大值,应有一般电力系统中,故可近似认为imi090,RL)sin()sin()0()0(0=mmaaIIimmII)0(=90第第14页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit非周期电流有最大值的条件非周期电流有最大值的条件为:(1)短路前电路空载(I为:(1)短路前电路空载(Im m=0),(2)短路发生时,电源电势过零(0)。将,和0=0),(2)短路发生时,电源电势过零(0)。将,
13、和0代入短路全电流表达式:代入短路全电流表达式:0)0(=mIo90aTtmmaeItIi/cos+=短路冲击电流在短路发生后约半个周期时出现。若Hz,这个时间约为0.01秒。短路冲击电流:短路冲击电流在短路发生后约半个周期时出现。若Hz,这个时间约为0.01秒。短路冲击电流:50=faTmmimeIIi/01.0+=mimmTIKIea=+=)1(/01.0K Kimim为冲击系数,实用计算时,短路发生在为冲击系数,实用计算时,短路发生在发电机电压母线发电机电压母线时K时Kimim1.9;短路发生在1.9;短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线时K时Kimim1.85;在1.85;在其它地点
14、其它地点短路K短路Kimim1.8。1.8。aTimeK/01.01+=第第15页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit第第16页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit 2.短路电流有效值短路电流有效值在短路过程中,任意时刻t的在短路过程中,任意时刻t的短路电流有效值短路电流有效值,是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值,即,是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值,即dtiiTdtiTITtTtatptTtTtat22/2/2/2/2)(1 1+=为了简化计算,通常为了简化计算,通常假定假定:非周期分量
15、非周期分量在以时间在以时间t t为中心的一个周期内恒定不变,因而它在时间为中心的一个周期内恒定不变,因而它在时间t t的有效值就等于它的瞬时值,即的有效值就等于它的瞬时值,即atatiI=第第17页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit对于对于周期分量周期分量,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,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t t时刻的幅值。因此,时刻的幅值。因此,t t时刻的周期电流有效值为时刻的周期电流有效值为2mPtII=22atpttIII+=短路电流的最大有效值:短路
16、电流的最大有效值:22222)01.0(2)1(212)1(22+=+=+=immimmmtatmimKIKIIiII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度断流能力或耐力强度。短路电流最大有效值出现在短路后半个周期t=0.01s短路电流最大有效值出现在短路后半个周期t=0.01s第第18页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit 3.短路容量短路容量短路容量短路容量也称短路功率,等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压(一般用平均额定电压)的乘积,即也称短路功率,等于短路电流有效值同短路处的正
17、常工作电压(一般用平均额定电压)的乘积,即tavtIUS3=用标幺值表示时用标幺值表示时=tBtBBtavtIIIIUIUS33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。第第19页页电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析电力系统暂态分析Exit8 83 3 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析无阻尼绕组同步发电机突然三相短路的分析对称稳态对称稳态运行时,电枢磁势的大小不随时间而变化,在空间以同步速度旋转,与转子没有相对运动,不会在转子绕组中感应电流。运行时,电枢磁势的大小不随时
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