短路电流的分析计算.pptx

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1、第一节第一节 概概 述述故障故障: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分为简单故障和复杂故障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:指一切指一切不正常不正常的相与相之间或相与地之间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。（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。第1页/共53页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 第2页/共53页绝缘材料的绝缘材料的自然老化自

2、然老化，设计、安装及维护不良所，设计、安装及维护不良所带来的带来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，动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。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。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。二、短路的主要原因二、短路的主要原因第3页/共53页4二、短路产生的原因第4页

3、/共53页5二、短路产生的原因第5页/共53页6第6页/共53页7二、短路产生的原因第7页/共53页8二、短路产生的原因第8页/共53页9二、短路产生的原因第9页/共53页10二、短路产生的原因第10页/共53页(1)1)损坏设备损坏设备：设备发热增加，若短路持续时间：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较长，可能使设备过热甚至损坏;由于短路电流由于短路电流的的电动力电动力效应，导体间还将产生很大的机械应效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。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)

4、破坏系统稳定破坏系统稳定：当短路发生地点离电源不远：当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能发电机可能失去同步失去同步，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)干扰通信干扰通信：发生不对称短路时：发生不对称短路时,三相不平衡电三相不平衡电流流会在相邻的通讯线路感应出电动势会在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11页/共53页12三、短路的危害第12页/共53页13三、短路的危害第13页/共53页14三、短路

5、的危害第14页/共53页四、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、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。依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。第15页/共53页五、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

6、16页/共53页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。在此电路中假设电源电压幅值和频率均为恒定。这种电源称为这种电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。这个名称从概念上是不难理解的：解的：（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(一种扰一种扰动动)引起的功率改变对于电源来说是微不足道的，因而引起的功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压和频率电源的电压和频率(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

7、限功率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，电源电压保持恒电源并联而成，因而其内阻抗为零，电源电压保持恒定。定。第17页/共53页 实际中是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻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。抗的相对大小来判断电源能否作为无限大功率电源。若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗曲若供电电源的内阻抗小于短路回路总阻抗曲10%10%时，时，则可认为供电电源为无限大功率电源。则可认为供电电源为无限大功率电源。第18页/共53页一、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第19页/

8、共53页短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态：（以以a a相为例）相为例）第20页/共53页a a a a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短路暂态过程的分析与计短路暂态过程的分析与计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算只针对左边回路。由于电路仍为对称可以只研算只针对左边回路。由于电路仍为对称可以只研算只针对左边回路。由于电路仍

9、为对称可以只研究其中的一相。究其中的一相。究其中的一相。究其中的一相。第21页/共53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：第22页/共53页非周期电流 ：短路电流的自由分量,记为 特征方程特征方程 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）第23页/共53页短路的全电流可表示为：短路电流短路电流不突变不突变短路前电流短路前电流积分常数积分常数C C的求解的求解第24页/共53页根据三相线路的对称性根据三相线路的对称性根据三相线路的对称性根据三相线路的对称性：第25页/共53

10、页1 1、由公式可见。短路至稳态时，三相中的稳态短路电流、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、相角相差为三个幅值相等、相角相差1201200 0的交流电流，其幅值大的交流电流，其幅值大小取决于电源电压幅值和短路回路的总阻抗。小取决于电源电压幅值和短路回路的总阻抗。从短路发生至稳态之间的暂态过程中，每相电流还包含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流，它们出现的物理原因是电感中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不能突变；电流在突然短路瞬时的前后不能突变；很明显。三相的很明显。三相的直流电流是不相等的。直

11、流电流是不相等的。l讨论讨论第26页/共53页短路电流波形图第27页/共53页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，而直流分量曲线本身就是短路电流曲线的对称轴。称，而直流分量曲线本身就是短路电流曲线的对称轴。因此，当已知因此，当已知短路电流曲线时，可以应用这个性质短路电流曲线时，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线等分。流曲线的两根包络线间的垂直线等分。3 3、直流分量起始值越大短路全电流瞬时值越大

12、。、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？什么时候、什么情况下短路电流最大？第28页/共53页二、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非周期电流有最大初值的条件应为：2 2）短路回路为纯电感回路（短路回路为纯电感回路（短路回路为纯电感回路（短路回路为纯电感回路（XRXRXRXR），），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1 1）短路前电路空载（短路前电路空载（短路前电路空载（短路前电路空载（Im=0),Im=0),Im=0),Im=0),3 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29页/共

13、53页将 ，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。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。三、三、短路冲击电流短路冲击电流 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f=50f=50f=50f=50 Hz Hz，这，这个时间约为个时间约为0.010.01秒，将其代入上式，可得短路冲击电流秒，将其代入上式，可得短路冲击电流 ：第30页/共53页31短路电流波形图第31页/共53页定义定义：为为冲击

14、系数冲击系数,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；k k k kchchchch=1.9 =1.9 =1.9 =1.9 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（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32页/共53页四、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t t的短路电流有效值，是指以时刻t t为中心

15、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：t=0.01st=0.01s第33页/共53页因此，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稳定校验热稳定校验冲击电流常用于某些电气设备的冲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34页/共53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

16、均均额定电压）的乘积，即额定电压）的乘积，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35页/共53页 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（忽略电阻）。利用以下公式求短路电流：抗（忽略电阻）。利用以下公式求短路电流

17、：五、短路电流周期分量有效值的计算Uav: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36页/共53页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，一般为了求短路回路的总阻抗的标么值，一般采用标么值的采用标么值的近似计算法近似计算法来形成网络的等值电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。路，然后通过网络简化短路回路的总阻抗。第37页/共53页第三节无穷大系统三相短路电流计算一、短路电流的计算的步骤（标么值法）求：短路电

18、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。值，得到短路计算用的等值电路。第38页/共53页39二、计算短路电流的基本假设1 1、以电网的平均电压取代元件的额定电压同一电压级中各元件的额定电压可能不一样同一电压级中各元件的额定电压可能不一样线路首端，升压变压器二次侧高出线路首端，升压变压器二次侧高出10%线路末端，降压变压器一次侧线路末

19、端，降压变压器一次侧UN发电机高出发电机高出5%简化计算简化计算同一电压级中各元件的额定电压相同，同一电压级中各元件的额定电压相同，数值上数值上=平均电压，平均电压，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2 2、高压电网只计及电抗,当当R Rdd X Xdd/3/3时时,忽略忽略R Rdd第39页/共53页二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立(近似法)1 1、发电机T1T2 x4x2x3x5T3 x6x1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均电压后简化计算采用平均电压后简化计算,无需考虑变压器变比归算无需考虑变压器变比归算取取U U4 4

20、为基本级为基本级第40页/共53页2 2、变压器3 3、输电线第41页/共53页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42页/共53页（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（1）串联、并联等值串联、并联等值第43页/共53页第44页/共53页Z6Z5fZ7Z4Z2Z3Z1Z10Z5fZ7Z8Z2Z9Z1fZ13Z11Z12Z2Z1fZ2fZ1ffZfEf输入阻抗例例:求求短短路路回回路路阻阻抗抗

21、的的过过程程第45页/共53页（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数相等（或其比值相等）以及短路电流的走向一致等。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。第46页/共53页48 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

22、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（忽略电阻）。利用以下公式求短路电流：抗（忽略电阻）。利用以下公式求短路电流：Uav: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：3、求短路电流和短路功率标么值 第48页/共53页4、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用标幺值表示时用标幺值表示时（取（取UB=Uav）第49页/共53页四、例题 如图所示电路发生三相短路，试分别用有名制法和标幺如

23、图所示电路发生三相短路，试分别用有名制法和标幺制法计算制法计算I Idzdz、i iM M、I IM M和和S Sd d（K KM M=1.8=1.8）解：解：有名制法：取有名制法：取10.5KV10.5KV电压级为基本级电压级为基本级3115KV1X=02S=100km0.4/km220MVAUk%=10.510.5KVd(3)d(3)Uav=10.5KV等值电路等值电路第50页/共53页标幺制法：取标幺制法：取S SB B=100MVA,U=100MVA,UB B=U=Uavavd(3)U*=1等值电路等值电路回路总阻抗回路总阻抗周期分量有效值周期分量有效值冲击电流冲击电流全电流最大有效值全电流最大有效值短路容量短路容量第51页/共53页回路总阻抗标幺值回路总阻抗标幺值周期分量有效值周期分量有效值冲击电流冲击电流全电流最大有效值全电流最大有效值短路容量短路容量标幺值标幺值有名值有名值第52页/共53页53感谢您的观看！第53页/共53页