电力系统分析-第七章(三相短路)PPT学习课件.ppt
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1、电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis(七)(七)主讲人:朱晓荣1南第一章 电力系统故障分析的基本知识本章主要内容:本章主要内容:1 1、短路的一般概念短路的一般概念 3、无穷大功率电源供电的三相短路电流分析、无穷大功率电源供电的三相短路电流分析2、标么制的近似计算法标么制的近似计算法2南京理工大学第一节短路的一般概念l故障故障:一般指短路和断线一般指短路和断线,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
2、: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。于中性点接地的系统)发生通路的情况。3南京理工大学表1-1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)5两相短路接地f(1,1)20两相短路f(2)10单相短路f(1)65一、短路的类型 4南京理工大学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,设计、安装及维护不良所带来的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,架动作,架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌
3、等。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。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5南京理工大学(1)(1)电流电流剧增:设备发热增加,若短路持续时间较长,可剧增: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,致使导体变形甚至导体间还将产生
4、很大的机械应力,致使导体变形甚至损坏。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)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时,并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,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。性,造成大面积停电,这是短路最严重的后果。(4)(4)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相邻的通讯会在相邻的通讯线路感应出电动势线路感应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害6南京理工大学(1
5、)限制短路电流(加电抗器)。(2)继电保护快切。(3)结线方式。(4)设备选择.四、减少短路危害的措施四、减少短路危害的措施7南京理工大学五、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。8南京理工大学第二节第二节 标么制标么制一、计算短路
6、电流的基本假设一、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、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、高压电网只计及电抗,当当R Rdd X Xdd/3/3时时,忽略忽略
7、R Rdd9南京理工大学二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立(近似法近似法)1 1、发电机、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为基本级为基本级10南2 2、变压器、变压器3 3、输电线、输电线11南恒定电势源恒定电势源(又称(又称无限大功率电源无限大功率电源),是指端电压幅值和),是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源,其内阻抗为零。频率都保持恒定的电源,
8、其内阻抗为零。一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂态过程第三节恒定电势源电路的三相短路图图1-2 1-2 简单三相电路短路简单三相电路短路12南京理工大学短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态:13南京理工大学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14南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:15南京
9、理工大学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)16南京理工大学短路的全电流可表示为短路的全电流可表示为: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的求解积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解17南京理工大学短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示短路电
10、流关系的相量图表示在时间轴上的在时间轴上的在时间轴上的在时间轴上的投影代表各量投影代表各量投影代表各量投影代表各量的瞬时值的瞬时值的瞬时值的瞬时值18南京理工大学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。(1)(1)相量差相量差 有最大可能值;有最大可能值;(2)(2)相量差相量差 在在t t0 0时与时间轴平行。时与时间轴平行。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,即即 ,故可近似认为,故可近似认为 。因此,非周期电。因此,非周期电
11、流有最大值的条件为:短路前电路空载(流有最大值的条件为:短路前电路空载(I Im0m0=0),=0),并并且短路发生时,电源电势过零(且短路发生时,电源电势过零(0 0)。)。二、短路冲击电流二、短路冲击电流二、短路冲击电流二、短路冲击电流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:19南图图1-3 1-3 短路电流非周期分量有最大可能值的条件图短路电流非周期分量有最大可能值的条件图 非周期电流有最非周期电流有最大值的条件为大值的条件为(1)短路前电路短路前电路空载(空载(Im0=0);(2)短路发生时,)短路发生时,电源电势过零(电源电势过零(0)。)。20南京理工大学将
12、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:短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现(如图(如图1-41-4)。若。若 HzHz,这个时间约为,这个时间约为0.010.01秒,将其代秒,将其代入式(入式(6-86-8),可得短路冲击电流),可得短路冲击电流 :k k k kM M M M为冲击系数为冲击系数为冲击系数为冲击系数,实用计算时,短路发生在实用计算时,短路发生在实用计算时,短路发生在实用计算时,短路发生在发电机电发电机电发电机电发电机电压母线压母线压母线压母线时时时时k k k kM M M M1.91.9
13、1.91.9;短路发生在;短路发生在;短路发生在;短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线时时时时k k k kM M M M1.851.851.851.85;在;在;在;在其它地点其它地点其它地点其它地点短路短路短路短路k k k kM M M M1.81.81.81.8。21南京理工大学图图1-4 1-4 非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图22南京理工大学三、短路电流的有效值三、短路电流的有效值在短路过程中,任意时刻在短路过程中,任意时刻t t的的短路电流有效值短路电流有效值,是指以时刻是指以时刻t t为中心的一个周期
14、内瞬时电流的均方为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值,即根值,即 为为了了简简化化计计算算,通通常常假假定定:非非周周期期电电流流在在以以时时间间t t为为中中心心的的一一个个周周期期内内恒恒定定不不变变,因因而而它它在在时时间间t t的的有有效效值就等于它的瞬时值,即值就等于它的瞬时值,即23南京理工大学对于对于周期电流周期电流,认为它在所计算的周期内是幅值恒,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定的,其数值即等于由周期电流包络线所确定的t t时时刻的幅值。因此,刻的幅值。因此,t t时刻的周期电流有效值应为时刻的周期电流有效值应为图图1-5 1-5 短路
15、电流有效值的确定短路电流有效值的确定 24南京理工大学根据上述假定条件:根据上述假定条件:短路电流的最大有效值:短路电流的最大有效值: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断流能力或耐力强度或耐力强度。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=0.01s25南京理工大学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
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