7-电力系统的短路计算优秀PPT.ppt

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1、第第7章章 电力系统的短路计算电力系统的短路计算7.1 电力网络短路故障概述电力网络短路故障概述7.2 标幺值标幺值7.3 无限大功率电源供电网的三相短路电流计算无限大功率电源供电网的三相短路电流计算7.4 有限容量电力网三相短路电流的好用计算有限容量电力网三相短路电流的好用计算7.5 电力系统各序网络的建立电力系统各序网络的建立7.6 不对称短路的计算不对称短路的计算 7.1 电力网络短路故障概述电力网络短路故障概述 所谓所谓“短路短路”就是电力系统中一切不正常的相与相就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的状况。之间或相与地之间发生通路的状况。一、短路的缘由及其后果一、短

2、路的缘由及其后果l 元件元件：绝缘：绝缘老化老化，设备，设备缺陷缺陷(设计、安装、维护设计、安装、维护)l 气象气象：雷击：雷击(放电、动作放电、动作)，大风、覆冰，大风、覆冰(倒杆倒杆)l 人为人为事故：带负荷拉闸，检修后带地线送电。事故：带负荷拉闸，检修后带地线送电。l 其他其他：挖沟损伤电缆，误碰架空线，鸟兽跨接。：挖沟损伤电缆，误碰架空线，鸟兽跨接。短路故障的后果很严峻！短路故障的后果很严峻！1.热效应；热效应；2.电动力；电动力；3.电压下降；电压下降；4.电磁干扰。电磁干扰。二、短路的类型二、短路的类型三相短路三相短路 两相短路两相短路 两相接地短路两相接地短路 单相接地短路单相接

3、地短路 最严峻！最严峻！最常见！最常见！不对称故障不对称故障CBA三相短路三相短路两相短路两相短路CBACBA两相短路接地两相短路接地CBA单相短路单相短路单相接地单相接地CBA三、短路计算的目的和简化假设三、短路计算的目的和简化假设选择和校验各种电气设备；选择和校验各种电气设备；合理配置各种继电疼惜和自动装置；合理配置各种继电疼惜和自动装置；作为选择和评价电气主接线的依据；作为选择和评价电气主接线的依据；u负荷用恒定电抗表示或略去不计；负荷用恒定电抗表示或略去不计；u各元件参数恒定，不计高压网元件的电阻和导纳，各元件参数恒定，不计高压网元件的电阻和导纳，各发电机电势同相位；各发电机电势同相位

4、；u系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的；是三相对称的；7.2 标幺值标幺值 一、标幺值一、标幺值二、基准值的选择二、基准值的选择三、基准值变更时标幺值的换算三、基准值变更时标幺值的换算五、变压器联系的多级电压网络中标幺值的计算五、变压器联系的多级电压网络中标幺值的计算六、运用标幺值的好处六、运用标幺值的好处四、电力系统各元件电抗标幺值的计算四、电力系统各元件电抗标幺值的计算 一、标幺值一、标幺值标幺值没有单位标幺值没有单位u在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用出在短路电流计算中，各电气量的数值，可以用出名值表示，也可以用标幺

5、值表示。通常在名值表示，也可以用标幺值表示。通常在1kV以下的以下的低压系统中宜接受出名值，而高压系统中宜接受标低压系统中宜接受出名值，而高压系统中宜接受标幺值。幺值。u在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以在高压电网中，通常总电抗远大于总电阻，所以可以只计各主要元件的电抗而忽视其电阻。可以只计各主要元件的电抗而忽视其电阻。电力系统计算主要涉及对称三相电路，计算时习电力系统计算主要涉及对称三相电路，计算时习惯接受线电压、线电流、三相功率、一相等值阻抗，惯接受线电压、线电流、三相功率、一相等值阻抗，这四个量应满足功率方程和欧姆定律。这四个量应满足功率方程和欧姆定律。在标幺制中，三相电路计算公

6、式与在标幺制中，三相电路计算公式与单相电路的计算公式完全性相同。单相电路的计算公式完全性相同。二、基准值的选择二、基准值的选择工程计算中通常选择功率基准值和电压工程计算中通常选择功率基准值和电压基准值。电流、阻抗的基准值可推算出来。基准值。电流、阻抗的基准值可推算出来。应用标幺值计算，最终还须要将所得结果换算应用标幺值计算，最终还须要将所得结果换算成出名值，其换算公式为：出名值成出名值，其换算公式为：出名值=标幺值标幺值基基准值。准值。三、基准值变更时标幺值的换算三、基准值变更时标幺值的换算必需把不同基准值的标幺值换算成统一基准值的标必需把不同基准值的标幺值换算成统一基准值的标幺值才能进行计算

7、。幺值才能进行计算。换算方法：先将以各自额定值作为基准值的标幺值换算方法：先将以各自额定值作为基准值的标幺值还原成出名值；再按统一的基准值换算成标幺值。还原成出名值；再按统一的基准值换算成标幺值。工程中，常选定功率基准值工程中，常选定功率基准值 和电压基准值和电压基准值 ,另两另两个基准值通过计算得到：个基准值通过计算得到：基准功率可选择某一整数或最大容量设备的额定基准功率可选择某一整数或最大容量设备的额定功率，基准电压可取网络各级额定电压或平均额功率，基准电压可取网络各级额定电压或平均额定电压。定电压。基准功率只有一个，基准基准功率只有一个，基准电压可依据电压等级数量电压可依据电压等级数量确

8、定。确定。若取若取 ，则，则 四、电力系统各元件电抗标幺值的计算四、电力系统各元件电抗标幺值的计算 发电机：发电机：通常给出通常给出SN、UN和额定电抗标幺值，和额定电抗标幺值，则则 变压器：变压器：通常给出通常给出SN、UN和短路电压百分数和短路电压百分数 ，由于由于 所以所以式中，式中，为变压器的额定电抗标幺值。为变压器的额定电抗标幺值。电抗器：电抗器：通常给出通常给出INL、UNL和电抗百分数，和电抗百分数，其中其中 式中，式中，为电抗器的额定容量。为电抗器的额定容量。输电线路：输电线路：通常给出线路长度和每公里的电抗值，通常给出线路长度和每公里的电抗值，则则 五、变压器联系的多级电压网

9、络中标幺值的计算五、变压器联系的多级电压网络中标幺值的计算多级电网中，标幺值的计算方法有两种。多级电网中，标幺值的计算方法有两种。各电压等级出名值先全部归算到某一个电压级（称各电压等级出名值先全部归算到某一个电压级（称为基本级），然后将全部的出名值依据基准功率和基为基本级），然后将全部的出名值依据基准功率和基本级的基准电压进行归算。本级的基准电压进行归算。首先确定基本级和基本级的基准电压，然后依据各首先确定基本级和基本级的基准电压，然后依据各电压级与基本级相联系的变压器的变比，确定其余各电压级与基本级相联系的变压器的变比，确定其余各电压级的电压基准值，再按全网统一的功率基准值和电压级的电压基准

10、值，再按全网统一的功率基准值和各级电压的电压基准值计算网络各元件的电抗标幺值。各级电压的电压基准值计算网络各元件的电抗标幺值。实际精确变比实际精确变比或者近似变比或者近似变比1、精确计算法、精确计算法2、近似计算法、近似计算法变压器的实际变比改为由变压器两变压器的实际变比改为由变压器两侧网络的侧网络的平均额定电压平均额定电压之比来代替之比来代替约比相应电压级的约比相应电压级的额定电压高额定电压高5%电网额定电压（电网额定电压（kV）3，6，10，35，110，220，330，500电网平均额定电压（电网平均额定电压（kV）3.15,6.3,10.5,37,115,230,345,525 GII

11、IIII30MVA10.5KVX”d=0.26E=11KV31.5MVA10.5/121KVUk%=10.580km0.4/km15MVA110/6.6KVUk%=10.56KV0.3KAXR%=52.5km0.08/kmT1T2LCE*X1*X2*X3*X4*X5*X6*例：对下图所示的输电系统，试分别用精确计算法和例：对下图所示的输电系统，试分别用精确计算法和近似计算法计算各元件电抗标么值。近似计算法计算各元件电抗标么值。解解 取第取第I段电路为基本段。段电路为基本段。1、精确计算法、精确计算法2、近似计算法、近似计算法取第取第I段段 Sd=100MVA UdI=10.5KV 第第II段段

12、 UdII=1.05110=115KV 第第III段段 UdIII=1.056=6.3KV将上面数据代入计算元件电抗标么值公式（同前面将上面数据代入计算元件电抗标么值公式（同前面计算公式），就可求各元件电抗的标么值。计算公式），就可求各元件电抗的标么值。六、运用标幺值的好处六、运用标幺值的好处使计算大为简化；使计算大为简化；某些非电的物理量标幺值可与另一物理量的标幺某些非电的物理量标幺值可与另一物理量的标幺值相等，简化计算公式；值相等，简化计算公式；易于比较各种电气设备的特性及参数；易于比较各种电气设备的特性及参数；便于对计算结果作出分析，并推断其正确与否。便于对计算结果作出分析，并推断其正确

13、与否。7.3 无限大功率电源供电网的无限大功率电源供电网的三相短路电流计算三相短路电流计算一、无限容量系统供电三相短路的物理过程一、无限容量系统供电三相短路的物理过程 二、三相短路冲击电流二、三相短路冲击电流三、三相短路冲击电流有效值三、三相短路冲击电流有效值四、三相短路稳态电流四、三相短路稳态电流五、无限大容量系统短路电流和短路容量的计算五、无限大容量系统短路电流和短路容量的计算 一、无限容量系统供电三相短路的物理过程一、无限容量系统供电三相短路的物理过程 1、无限容量系统的概念、无限容量系统的概念说明：无限大功率电源说明：无限大功率电源是一个相对概念，真正是一个相对概念，真正的无限大功率电

14、源是不的无限大功率电源是不存在的。存在的。u无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系系统的容量为统的容量为，内阻抗为零。，内阻抗为零。u无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，电无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，电源母线上的源母线上的电压基本不变电压基本不变，即认为它是一个恒压源。，即认为它是一个恒压源。u在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的阻抗的5%10%时，就可认为该电源是无限大功率时，就可认为该电源是无限大功率电源。电源。短路前，系统中的短路前，系统中的a相电压和电流分别为相电压和电流分

15、别为2、由无限大功率电源供电的三相对称电路由无限大功率电源供电的三相对称电路 解微分方程得：解微分方程得：短路后电路中的电流应满足：短路后电路中的电流应满足：由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。即流相等。即 则则 在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，故故 由上式可知，当非周期重量电流的初始值最大时，由上式可知，当非周期重量电流的初始值最大时，短路全电流的瞬时值为最大，短路状况最严峻，其必短路全电流的瞬时值为最

16、大，短路状况最严峻，其必备的条件是：备的条件是：F短路前空载（即短路前空载（即 ）F短路瞬间电源电压过零值，即初始相角短路瞬间电源电压过零值，即初始相角 因此因此 对应的短路电流的变更曲线如图所示。对应的短路电流的变更曲线如图所示。二、三相短路冲击电流二、三相短路冲击电流 在最严峻短路状况下，三相短路电流的最大瞬时在最严峻短路状况下，三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流，用值称为冲击电流，用ish表示。表示。由图知，由图知，ish发生在短路后约半个周期（发生在短路后约半个周期（0.01s）。）。其中，其中，短路电流冲击系数。短路电流冲击系数。意味着短路电意味着短路电流非周期重量流非周期重量不衰

17、减不衰减当电阻当电阻R=0时，时，当电抗当电抗=0时，时，意味着不产生意味着不产生非周期重量非周期重量1Ksh 2 因此因此在高压电网中短路时，取在高压电网中短路时，取Ksh=1.8，则，则 在发电机端部短路时，取在发电机端部短路时，取Ksh=1.9，则，则 在低压电网中短路时，取在低压电网中短路时，取Ksh=1.3，则，则 三、三相短路冲击电流有效值三、三相短路冲击电流有效值 任一时刻任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻的短路电流的有效值是指以时刻t为中为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即 短路电流最大有效值出现在短路后第一个周期短路

18、电流最大有效值出现在短路后第一个周期当当Ksh=1.9时，时，;当当Ksh=1.3时，时，当当Ksh=1.8时，时，四、三相短路稳态电流四、三相短路稳态电流三相短路三相短路稳态稳态电流是指短路电流非周期分量衰电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流，其有效值用减完后的短路全电流，其有效值用 表示。表示。在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电在无限大容量系统中，短路后任何时刻的短路电流周期重量有效值（习惯上用流周期重量有效值（习惯上用Ik表示）始终不变，所表示）始终不变，所以有以有 式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬间（是短路瞬

19、间（t=0s）时三相短路电流周期分量的有效）时三相短路电流周期分量的有效值；为短路后值；为短路后0.2s时三相短路电流周期分量的有效时三相短路电流周期分量的有效值。值。五、无限大容量系统短路电流和短路容量的计算五、无限大容量系统短路电流和短路容量的计算 1、短路电流、短路电流 2、短路容量：、短路容量：或或例7-2 试求k点短路电流IP、ish、SXL*XT*k35kvL 110kv50km0.4/kmG20MVAUk%=10.5kSU=常数常数X0解：7.5 电力系统序网络的建立电力系统序网络的建立一、对称重量法一、对称重量法二、序阻抗二、序阻抗三、序网络三、序网络1、对称重量法对称重量法-

20、相量分解相量分解 l在三相电路中，对于随意一组三相不对称的相量，可以分在三相电路中，对于随意一组三相不对称的相量，可以分解为三组三相对称的相量。解为三组三相对称的相量。运算子运算子一、对称重量法一、对称重量法l以以a相为基准相，三相相量和三序重量的关系：相为基准相，三相相量和三序重量的关系：S对称重量变换矩阵对称重量变换矩阵l以以a相为基准相相为基准相正序重量：三相量大小相等，互差正序重量：三相量大小相等，互差1200，且，且与系统正常运行相序相同。与系统正常运行相序相同。l以以a相为基准相相为基准相负序重量：三相量大小相等，互差负序重量：三相量大小相等，互差1200，且与，且与系统正常运行相

21、序相反。系统正常运行相序相反。l以以a相为基准相相为基准相零序重量：三相量大小相等，相位一样。零序重量：三相量大小相等，相位一样。l以以a相为基准相相为基准相二、序阻抗二、序阻抗 l设一静止的三相元件，设一静止的三相元件，其电压与电流关系：其电压与电流关系：当元件结构参数完全对称时当元件结构参数完全对称时静止元件的序电压与电流关系为静止元件的序电压与电流关系为在三相参数对称的线性电路中，各序对称重量具有在三相参数对称的线性电路中，各序对称重量具有独立性。可以对正序、负序、零序重量分别进行计独立性。可以对正序、负序、零序重量分别进行计算。不对称，则不独立。算。不对称，则不独立。序阻抗序阻抗：元件

22、三相参数对称时，元件两端某一序：元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降与通过该元件的同一序电流的比值。的电压降与通过该元件的同一序电流的比值。正序阻抗正序阻抗负序阻抗负序阻抗零序阻抗零序阻抗三、序网络三、序网络(a)(b)阻抗阻抗不对称不对称电压、电流电压、电流不对称不对称a相接地的模拟相接地的模拟(b)(c)将不对称部分用三序重量表示将不对称部分用三序重量表示应应用用叠叠加加原原理理进进行行分分解解(d)1、正序网络正序网络(e)2、负序网络负序网络(f)3、零序网络零序网络序网方程序网方程故障条件故障条件(边界条件边界条件)各种短路都适用各种短路都适用4、等效网络等效网络The End