第五章 电力系统三相短路的暂态过程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统三相短路的暂态过程,电力系统暂态分析讨论电力系统受到扰动后（如短路、断线、电气设备突然切换等）的暂态过程,电磁暂态过程,扰动初始时间内，由于发电机转子的惯性，各发电机转速即频率不能突变，可近似认为发电机转速不变，研究短路故障后电网中电流电压的变化,机电暂态过程,考虑发电机转速变化，即考虑比电磁暂态过程慢得多的机械运动变化过程，分析发电机转子运动规律,1,5-2,恒定电势源,(,无限大功率电源,),电路 的三相短路分析,本节分析不考虑电源内部电磁暂态过程的无限大电源供电时，电路中发生三相短路后的电磁暂态过程,一、无限大功率电源,电源外部有扰动发生时，仍能保持端电压和频率恒定的电源,若电源为无限大，外电路发生短路引起的功率改变对于电源是微不足道的，电源的电压和频率恒定。可以认电源内阻抗为零，即恒定电势源,无限大电源是一个相对的概念，以供电电源内阻抗与短路回路总阻抗的相对大小判断,供电电源内阻抗,短路回路总阻抗的,10%,可作无限大电源处理。,2,5-1,短路的一般概念,一、短路的原因类型后果,原因 元件，气象，违规操作，其他,分类,后果 电动力效应；热效应；电压低影响用户；,发电机可能失去同步，大面积停电,影响通讯,二、目的,选择电器设备,继电保护整定,3,二、对称短路暂态过程的分析,1.,短路前,恒定电势源 幅值恒定，频率恒定，相位相差,120,度,用户部分,无源网零输入响应,电源部分,阻抗下降,电流增加,研究电流如何增加，增加特点,4,a,相微分方程,其解为全电流，包含两部分，即特解,+,齐次方程的通解,特解：强制分量，周期分量，与电源同频率,是电源电势的初始相角，也叫合闸角,通解：自由分量，非周期分量,2.,短路发生后,p,=-,R/L,是特征方程,pL+R,=,0,的根，,T,a,=-1/,p,=,L/R,是决定自由分量衰减快慢的时间常数，,C,是积分常数，也是非周期分量的初始值,全电流：,aperiodic,5,电感电路电流不能跃变,a,相电流,非周期电流的初始值,6,3,短路后达到稳态值,稳态电流,-,非周期电流衰减为零时，短路电流中剩下的三相对称的周期分量,其值大小取决于电源电压幅值和短路回路总阻抗,周期分量三相对称，非周期分量起始值各不相同,7,三、短路电流曲线,在短路发生的时刻，短路前与短路后电流的瞬时值相等,在电路参数一定的前提下，周期电流幅值一定，若非周期分量大，总电流的瞬时值大,8,短路前空载,四、,非周期分量,电流起始值的分析,电势源幅值和电路参数一定，周期电流幅值,短路后只有输电线、变压器，没有负荷,非周期分量与合闸角,有关,与短路前工作状态有关，要从最严重的情况考虑,以便于缩小短路的影响,预防短路产生的不良后果,周期分量电流三相对称，非周期分量各不相同,若改变,角,，使相量 与横轴平行,这一相没有过渡过程,9,短路电流最大可能的瞬时值，用,i,im,表示。,五、,短路冲击,电流,短路后感抗远大于电阻,空载短路,短路电流非周期分量有最大可能值的条件,10,最大可能瞬时值,可得,11,实用计算中短路点不同，,k,im,取不同的值：,冲击电流校验电气设备和载流导体的电动力稳定度,冲击系数取值,12,六、短路电流的有效值,有效值，以时刻,t,为中心的一个周期中瞬时电流的均方根值,短路电流周期分量在一般情况下,也是衰减的，采用简化公式,其中假定在时间,t,为中心的一个计算周期里,非周期电流恒定不变，在,t,时刻的有,效值等于其瞬时值,周期电流幅值恒定，由其包络线确定,t,时刻的幅值,13,可利用冲击电流减去周期电流分量，即,短路电流最大有效值出现在第一 个周期，非周期电流分量的有效值为,短路电流最大有效值,短路电流最大有效值,短路电流最大有效值，用来校验设备的热稳定度,14,七、短路容量（短路功率）,实际计算取,短路容量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,用标幺值表示,短路容量主要用来校验开关的切断能力。一方面开关要能切断较大的短路电流，另一方面，在开关断流时其触头 应经受的住工作电压的作用。,15,7-3,同步机突然三相短路物理过程分析,发电机旋转元件，比变压器和输电线路复杂，要两个方向作等值电路,横轴向等值电路,j,x,q,纵轴向等值电路,j,x,d,短路电流是哪个？,16,一、突然短路的特点,冲击电流大,发电机内部发生暂态过程，不能将其做恒定电势源处理,暂态过程使得周期电流增加，非周期电流同时增加,冲击电流可达额定电流的十几倍,定转子间相互影响,短路前定子三相对称电流的合成磁势的幅值恒定，在空间以同步速度旋转，与转子没有相对运动，不会在转子中感应电流。,突然短路时，回路阻抗下降，定子电流数值急剧变化，电枢反应磁通变化，在转子绕组中感应电流，又反过来影响定子电流。,等这些感应电流因电阻的能量损耗衰减到零后，同步机达到稳态短路状态。只在暂态存在的电流称为自由电流。,分析电流分量，分清自由分量、强制分量，转速不变，标幺值表示,17,二、超导体闭合回路磁链守恒,应用磁链守恒分析电流分量的产生,18,三、空载无阻尼同步机三相短路的物理分析,（一）,短路发生前各绕组中的电流和磁链,空载运行,转子励磁绕组电流,磁链,定子中只有励磁绕组产生的主磁链,主磁链,转子旋转定子磁链作正弦变化,正弦变化的磁链，算不算守恒？,19,一旦短路，短路瞬间的磁链就应一直保持守恒，若短路发生在 角度为,0,瞬时，以此刻为,t,=0,时刻，,即,定子磁链为,定子磁链初值,20,暂不考虑转子各绕组暂态电流的影响，定子电流分量有,直流分量,i,ap,维持初始磁链不变,基频交流电流分量,i,p,抵消转子励磁主磁链在定子中产生的交变磁链,2,倍频率的交流,i,2,适应磁阻,2,倍频率的变化，,定子各相直流在空间的合成磁势是静止的，维持定子初始磁链不变,（二）短路发生初瞬间，各绕组电流的产生,忽略各绕组电阻，应用磁链守恒原理分析,1.,定子各相绕组为维持初始磁链不变，产生三相突然短路电流,2,倍频率变化,保持磁链守恒,定子突然短路电流对转子绕组有什么影响呢,?,21,(1),转子绕组中自由直流分量的产生,定子短路电流基频分量,产生去磁的电枢反应，为了抵消短路后的电枢反应，维持转子绕组初始磁链不变，励磁绕组中感应出自由直流,定子基频和转子电流直流分量共同保持,转子磁链守恒,-,在转子看是静止不变的磁链,定子交变磁链为零,-,在定子看是交变的磁链,2.,定子电流对转子励磁绕组产生强烈的电枢反应,d,q,i,f,0,+,d,q,+,i,f,0,+,i,f,a,22,定子直流,倍频和转子交流分量共同保持,定子磁链守恒,-,在定子看是静止不变的磁链,转子交变磁链为零,-,在转子看是交变的磁链,定子短路电流三相直流分量,产生在空间静止的磁场,维持定子三相绕组磁链初值不变,对于旋转的转子产生同步频率的交变的磁链,在转子绕组中产生交流,转子绕组的基频交流,产生脉振磁场,(2),转子绕组中自由交流分量的产生,d,q,i,f,+,23,小结,E,q,短路瞬间变化,为使磁链守恒，定转子绕组中没有相对运动的电流分量相互平衡，以同一时间常数衰减,定子二倍频率电流是由于转子纵横轴不对称，转子旋转引起的,24,25,