电力系统分析-第七章(三相短路)PPT学习课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,南,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电力系统分析基础,Power System Analysis Basis,（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：,1,、,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,2,、,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,故障,:,一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障,简单故障,:,电力系统中的单一故障,复杂故障,:,同时发生两个或两个以上故障,短路,:,指一切,不正常,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。,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,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。,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。,二、短路的主要原因,5,南京理工大学,(1),电流,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,;,由于短路电流的,电动力,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。,(2),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。,(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出电动势,影响通讯,.,三、短路的危害,6,南京理工大学,(1),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,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,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。,8,南京理工大学,第二节 标么制,一、计算短路电流的基本假设,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,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,U,N,发电机高出,5%,简化计算,同一电压级中各元件的额定电压相同，数值上,=,平均电压，,Uav=(1.1U,N,+U,N,)/2=1.05U,N,2,、高压电网只计及电抗,当,R,d,X,d,/3,时,忽略,R,d,9,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,(,近似法,),1,、发电机,T,1,T,2,x,4,x,2,x,3,x,5,T,3,x,6,x,1,G,U,1,U,2,U,3,U,4,x,1*j,x,2*j,x,3*j,x,4*j,x,5*j,x,6*j,采用平均电压后简化计算,无需考虑变压器变比归算,取,U,4,为基本级,10,南,2,、变压器,3,、输电线,11,南,恒定电势源,（又称,无限大功率电源,），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。,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,1-2,简单三相电路短路,12,南京理工大学,短路前,电路处于,稳态,：,13,南京理工大学,a,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：,周期分量,和,非周期分量,。,假定,t,0,时刻发生短路,14,南,短路电流的强制分量,并记为,周期分量：,15,南京理工大学,非周期电流：,短路电流的自由分量,记为,特征方程,的根。,非周期分量电流衰减的时间常数,（,C,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,：,短路电流不突变,短路前电流,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,在时间轴上的投影代表各量的瞬时值,18,南京理工大学,指短路电流最大可能的瞬时值，用 表示。,其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。,(1),相量差 有最大可能值；,(2),相量差 在,t,0,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，即 ，故可近似认为 。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（,I,m0,=0),并且短路发生时，电源电势过零（,0,）。,二、短路冲击电流,非周期电流有最大初值的条件应为：,19,南,图,1-3,短路电流非周期分量有最大可能值的条件图,非周期电流有最大值的条件为,（,1,）,短路前电路空载（,I,m0,=0),；,（,2,）短路发生时，电源电势过零（,0,）。,20,南京理工大学,将 ，和 ,0,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,（如图,1-4,）,。若,Hz,，这个时间约为,0.01,秒，将其代入式（,6-8,），可得短路冲击电流：,k,M,为冲击系数,实用计算时，短路发生在,发电机电压母线,时,k,M,1.9,；短路发生在,发电厂高压母线,时,k,M,1.85,；在,其它地点,短路,k,M,1.8,。,21,南京理工大学,图,1-4,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,在短路过程中，任意时刻,t,的,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,为了简化计算，通常,假定,：,非周期电流,在以时间,t,为中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间,t,的有效值就等于它的瞬时值，即,23,南京理工大学,对于,周期电流,，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,时刻的幅值。因此，,t,时刻的周期电流有效值应为,图,1-5,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：,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,断流能力或耐力强度,。,短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：,t=0.01s,25,南京理工大学,短路容量,也称为短路功率，它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,用标幺值表示时,短路容量,主要用来,校验开关的切断能力。,四、短路容量,26,南京理工大学,1,、绘制计算电路图,用单相节线图表示,计算电路图,标明各元件额定参数,各元件均按顺序编号,1,2,3,4,5,6,6.3KV,37KV,0.4,/km,15km,2,7.5MVA,U,k,%=7.5,2,15MVA,6KV,400A,X,R,%=4,第四节 短路回路总阻抗求取,27,南,2,、短路计算点和系统运行方式确定,短路点按,选择电气设备,整定继电保护,高、低压母线,电气设备接线端处,运行方式,最大：选择电气设备,最小：校验继电保护,并列运行处理,电源按最大容量处理,单列运行处理,28,南,3,、绘制等值电路图,对应每一个短路点作出一个等值电路图,任一短路点对应等值电路中，只要求表示该点短路时，短 路电流通过的元件电抗,分子为顺序号，分母为该元件的电抗标幺值,29,南,4,、等值电路图归并与简化,串联,并联,Y,30,南,利用网络的对称性,对称性,网络的结构相同,电源一样,电抗参数相等,短路电流流向一致,例：,d,1,，,d,2,发生短路时，计算短路回路的总电抗标幺值,31,南,32,南,第五节 无限大容量电源供电系统三相短路电流计算,一、基本概念,那种故障短路电流最大,中性点接地：三相或单相,中性点不接地：三相,短路电流计算值,次暂态短路电流：周期分量起始,(t=0),的有效值,用途：保护整定计算及校验断路器的额定断流容量,短路全电流的最大有效值,用途：校验电气设备的动稳定和断路器的额定断流量,三相短路冲击电流,用途：校验电气设备的动稳定,三相短路电流稳态有效值,用途：校验电气设备和载流体的热稳定性,在无限大容量,33,南京理工大学,二、有名制法,适用于,:,1KV,以下的低压系统和电压等级少、接线简单的高压系统,短路点所在电压级作为基本级,各元件的阻抗用变压器的近似变比归算到基本级，求出电源至短路点的总阻抗,Z,计及电阻时,不计电阻,计算冲击电流、最大有效值、断路器的短路容量,k,M,=1.8,时，,I,M,=1.52 I,dz,k,M,=1.8,时，,i,M,=2.55 I,dz,34,南,三、标幺值法,适用于,:,多电压等级、接线复杂的高压系统,取基准值,S,B,，,U,av,计算短路电流周期分量标幺值,计算三相短路容量的标幺值,计算有名值,35,南,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制法计算,I,dz,、,i,M,、,I,M,和,S,d,（,K,M,=1.8,）,解：,有名制法：取,10.5KV,电压级为基本级,3,115KV,1,X=0,2,S=,100km,0.4,/km,2,20MVA,U,k,%=10.5,10.5KV,d,(3),d,(3),U,pj,=10.5KV,等值电路,36,南,标幺制法：取,S,B,=100MVA,U,B,=U,av,d,(3),U,*,=1,等值电路,回路总阻抗,周期分量有效值,冲击电流,全电流最大有效值,短路容量,37,南,回路总阻抗标幺值,周期分量有效值,冲击电流,全电流最大有效值,短路容量,标幺值,有名值,38,南,第二章 电力系统三相短路的实用计算,由于多电源复杂系统中，不能将所有电源均视为无限大功率电源，精确计算出三相短路电流比较困难，故工程上采用一些简化计算。,发电机参数用次暂态参数表示,忽略较小的负荷,忽略线路对地电容和变压器的励磁支路,变压器的变比用平均电压之比,短路电流的计算主要是求短路电流周期分量的起始值，即次暂态电流,计算方法主要有,等值法,叠加原理法,运算曲线法,转移阻抗法,高压电网忽略电阻的影响,39,南京理工大学,第一节 交流电流初始值计算,一、简单系统 计算,等值法,计算故障前正常运行时的潮流分布。,首先求得各发电机（包括短路点附近得大型电动机）的端电压和定子电流，然后计算它们的次暂态电动势。,近一步简化计算时可认为：,以短路点为中心，将网络化简为用等值电动势和等值电抗表示的等值电路，由此求出起始暂态电流。,40,南京理工大学,二、多电源系统系统 计算,叠加原理法,G,M,（,a,）,j0.2,j0.1,j0.2,k,(b),j0.2,j0.1,j0.2,k,(c),j0.2,j0.1,j0.2,k,(d),图,(a),所示系统,K,点发生短路时，短路点电压为零，可等值为图,(b),。利用,叠加原理可将,图,(b),分解为：正常运行等值电路,(c),故障分量等值电路,(d),，分别求解可得最终结果。,41,南,由正常运行等值电路,(c),，求出网络中各节点的正常电压和各支路的正常电流，如：,利用叠加原理的解题步骤：,由故障分量等值电路,(d),，求出网络中各节点电压变化量和各支路电流的变化量，如：,将正常和故障分量相叠加，可得故障后各节点电压和各支路电流，如：,42,南,计算曲线的概念,定义计算电抗,则,在发电机的参数和运行初态给定后，,短路电流,仅是,电源到短路点的距离,和,时间,的函数。,第二节 应用运算曲线求任意时刻短路点的短路电流,43,南京理工大学,2.,计算曲线的制作,汽轮发电机,(18,种,):12MW,200MW,水轮发电机,(17,种,):12.5MW,225MW,制作计算曲线的典型接线图,当,X,js,3.45,时,44,南京理工大学,45,南,3.,应用计算曲线法的步骤,（,1,）绘制等值网络；,（,2,）求转移电抗：,X,if,(,i,=1,2,g),、,X,sf,；,（,3,）求计算电抗；,（,4,）查表：,I,pt1*,，,I,pt2*,，,，,I,ptg*,。,（,5,）无限大功率电源供给的短路周期电流,46,南京理工大学,第,i,台等值发电机提供的短路电流为：,无限大功率电源提供的短路电流为：,短路点周期电流的有名值为：,(6),计算短路电流周期分量的有名值,例题,47,南京理工大学,4.,计算曲线的应用,电源合并的原则,：把短路电流变化规律大体相同的发电机合并起来。,（,3),远离短路点的同类型发电厂合并；,（,4),无限大功率电源（如果有的话）合并成,一组。,（,1),与短路点电气距离相差不大的同类型发,电机合并；,（,2),直接接于短路点的发电机（或发电厂）,单独考虑；,48,南京理工大学,转移阻抗,Z,if,的定义：,任一复杂网络，经网络化简消去了除电源电势和短路点以外的所有中间节点，最后得到的各电源与短路点之间的直接联系阻抗为转移阻抗。,转移阻抗,Z,if,的物理意义：,除,E,i,外，其余电动势均为零（短路接地），则,E,i,与此时,f,点电流之比值即为电源,i,与短路点,f,之间的转移阻抗。,（,1,）、网络化简法,消去了除电源电势和短路点以外的所有中间节点，最后得到的各电源与短路点之间的直接联系阻抗为转移阻抗,5,、转移阻抗的求取,49,南京理工大学,（,2,）、单位电流法,对辐射形网络，用该方法最好,b,a,50,南,