电力系统暂态分析基础概述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,*,电气工程基础2010,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,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,*,*,*,*,*,*,电气工程基础2010,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,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,*,*,*,电气工程基础,第五章电力系统暂态分析基础,南京理工大学动力工程学院,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第1页,第五章 电力系统暂态分析基础,5.1,短路基本概念,5.2,标幺制,5.3,电力网络变换与化简,5.4,无限容量系统三相短路电流计算,5.5,有限容量系统三相短路电流实用计算,5.6,不对称故障分析计算基础,5.7,低压电网短路电流计算,5.8,短路电流效应,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第2页,5.1 短路基本概念,所谓短路,是指电力系统中,正常情况以外,一切相与相之间或相与地之间发生通路情况。,一、短路原因及其后果,短路原因,短路现象,自然界原因；,人为原因；,设备本身原因。,电流猛烈增加；,系统中电压大幅度下降。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第3页,短路危害,(1)对设备危害。,电弧；热效应,；,力效应,(2)对系统电压影响。短路还会引发电网中电压降低，对用户影响很大。,(3)对系统稳定性影响。这是短路故障最严重后果。,(4)对通信系统影响。发生,不对称短路时,所引发不平衡电流产生不平衡磁通，会在邻近平行通信线路内感应出相当大感应电动势，造成对通信系统和铁路信号系统干扰，甚至危及设备和人身安全。,一、短路原因及其后果,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第4页,降低短路危害办法,在线路上装设电抗器来限制短路电流；,快速将发生短路元件从系统中切除，使无故障部分电网继续正常运行，这是继电保护任务；,采取重合闸办法。,一、短路原因及其后果,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第5页,二、短路种类,对称短路：,三相短路k,（3）,不对称短路：,单相接地短路k,（1）,两相接地短路k,（1,1）,两相短路k,（2）,图4-1短路类型,a）三相短路 b）两相短路 c）单相接地短路,d）两相接地短路 e）两相接地短,5.1 短路基本概念,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第6页,短路计算主要任务,(1)在,选择电气设备,时，要确保电气设备有足够动稳定性和热稳定性，这都要以短路计算结果为依据。这里主要包含冲击电流和短路电流最大有效值计算以校验电气设备动稳定；稳态短路电流计算以校验电气设备热稳定性。为了校验高压断路器断流能力，还必须计算指定时刻短路电流有效值。,(2)为了,合理地配置各种继电保护和自动装置,，并正确整定其参数，必须进行短路电流计算。在计算中，不但要计算短路电流在电网中分布情况，还要计算电网中节点电压数值。,三、短路计算意义,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第7页,(3)在设计发电厂或变电所主接线时，需要对各种可能设计方案进行详细技术经济比较，方便确定最优设计方案，这也要以短路计算为依据。,(4)进行电力系统暂态稳定计算时，也包含一些短路电流计算内容。,短路计算主要任务,三、短路计算意义,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第8页,三、短路计算假设,(1)不考虑发电机间摇摆现象和磁路饱和。,(2)假设发电机转子是对称，所以能够用次暂态电抗和次暂态电势来代表。普通情况下认为负荷电流较短路电流要小许多，可忽略不计，从而可认为发电机短路前是空载条件，这时次暂态电势标幺值就等于1。,(3)在网络方面，忽略线路对地电容，忽略变压器励磁支路，在高压电网中还可忽略电阻。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第9页,5.2标幺制,一、标幺制概念,某一物理量标幺值,*,，等于它实际值,A,与所选定基准值,A,B,比值，即,将实际数字和明确物理量纲相结合物理量值称为,有名值,。计算或叙述中全部物理量均用有名值表示，就称为,有名制,。,有些计算或叙述中，物理量均用没有单位标么值来表示，即称为,标么制,。因为,标么值含有计算结果概念清楚，可大量简化计算等优点，,在电力系统分析计算中经常采取。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第10页,通常先选定基准容量,S,B,和基准电压,U,B,，则基准电流,I,B,和基准电抗,X,B,分别为：,常取基准容量,S,B,=100MVA或1000MVA，,基准电压用各级线路,平均额定电压,，即 。,基准值选取,一、标幺制概念,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第11页,线路额定电压与平均额定电压,额定电压,U,N,/kV,0.22,0.38,3,6,10,35,60,110,220,330,500,平均额定电压,U,av,/kV,0.23,0.4,3.15,6.3,10.5,37,63,115,230,345,525,线路平均额定电压：,指线路始端最大电压与末端最小电压平均值。取线路额定电压1.05倍。,一、标幺制概念,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第12页,二、不一样基,准标幺值之间换算,电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出标幺值都是,额定标幺值,（百分值）,，,进行短路电流计算时必须将它们换算成统一基准值标幺值。,换算方法是：,先将以额定值为基准电抗标幺值 还原为有名值，即,选定,S,B,和,U,B,，,则以此为基准电抗标幺值为：,若取 ，则,5.2标幺制,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第13页,三、电力系统各元件电抗标幺值计算,发电机：,通常给出,S,N,、,U,N,和额定电抗标幺值，则,变压器：,通常给出,S,N,、,U,N,和短路电压百分数,，,因为,所以,式中，为变压器额定电抗标幺值。,5.2标幺制,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第14页,电抗器：,通常给出,I,NL,、,U,NL,和电抗百分数，其中,式中，为电抗器额定容量。,输电线路：,通常给出线路长度和每公里电抗值，则,三、电力系统各元件电抗标幺值计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第15页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第16页,四、不一样电压等级电抗标幺值关系,设k点发生短路，取 ，则线路WL1电抗,X,1,折算到短路点电抗 为：,则,X,1,折算到第三段标幺值为：,此式说明：不论在哪一电压级发生短路，各段元件参数标幺值只需用元件所在级平均电压作为基准电压来计算，而无需再进行电压折算。即,任何一个用标幺值表示量，经变压器变换后数值不变。,5.2标幺制,图4-2含有三个电压等级电力网,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第17页,五、短路回路总电抗标幺值,将各元件电抗标幺值求出后，就能够画出由电源到短路点等值电路图，并对网络进行化简，最终求出短路回路总电抗标幺值 。,图4-2,等效电路图如图4-3所表示。,注意：,求电源到短路点总电抗时，必须是电源与短路点,直接相连,电抗，中间不经过公共电抗。当网络比较复杂时，需要对网络进行化简，求出电源至短路点直接相连电抗（即,转移电抗,）。,5.2标幺制,图4-3图4-2等效电路图,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第18页,5.3 电力网络变换与化简,等值,化简目标,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第19页,1.网络等值变换,（1）星网变换,星形(a)和三角形(b)接线,(a)(b),10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第20页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第21页,多支路星形变为网形,多支路星形变为网形,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第22页,能够把该改变推广到i=n情况,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第23页,（2）有源支路并联,并联有源支路化简,(a)(b),10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第24页,令,对于两条有源支路并联,令 ,0,由上图可得,由戴维南定理定义计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第25页,Z,6,Z,5,f,Z,7,Z,4,Z,2,Z,3,Z,1,Z,10,Z,5,f,Z,7,Z,8,Z,2,Z,9,Z,1,f,Z,13,Z,11,Z,12,Z,2,Z,1,f,Z,2f,Z,1f,f,Z,f,E,f,输入阻抗,转移阻抗,例:,求输入阻抗和转移阻抗过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第26页,2.分裂电势源和分裂短路点,分裂电势源和分裂短路点,(a)(b)(c),10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第27页,3.利用网络对称性化简,对称性：,指网络结构相同，电源一样，阻抗参数相等（或其比值相等）以及短路电流走向一致等。,在,对应点,上，电位必定相同。,同,电位点,之间电抗可依据需要短接或断开。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第28页,网络接线图 (b)等值电路,(c)简化后等值电路,利用电路对称性进行网络简化,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第29页,例5.1,网络变换过程,(a)(b)(c)(d),10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第30页,5.4 无限大容量电源系统三相短路电流计算,一、由无限大容量电源供电时三相短路物理过程,1.无限大容量电源系统概念,说明：无限大功率电源是一个相对概念，真正无限大功率电源是不存在。,无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指,系统容量为，内阻抗为零。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第31页,5.4 无限大容量电源系统三相短路电流计算,一、由无限大容量电源供电时三相短路物理过程,1.无限大容量电源系统概念,无限容量系统特点：,在电源外部发生短路，电源母线上,电压基本不变,，即认为它是一个恒压源。,在工程计算中，当电源内阻抗不超出短路回路总阻抗,5%10%,时，就可认为该电源是无限大功率电源。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第32页,4.3 无限容量系统三相短路电流计算,一、由无限容量系统供电时三相短路物理过程,2.由无限大功率电源供电三相对称电路短路分析,图5,.11所表示为一由无限大功率电源供电三相对称电路。,图5.11 无限容量系统中三相短路,a）三相电路 b）等值单相电路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第33页,短路前，系统中a相电压和电流分别为,短路后电路中电流应满足：,一、由无限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第34页,解微分方程得：,因为电路中存在电感，而电感中电流不能突变，则短路前一瞬间电流应与短路后一瞬间电流相等。即,则,一、由无限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第35页,在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为，故,由上式可知，当非周期分量电流初始值最大时，短路全电流瞬时值为最大，短路情况最严重，其必备条件是：,短路前空载（即,）,短路瞬间电源电压过零值，即初始相角,所以,对应短路电流改变曲线如,图5,.12所表示。,一、由无限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第36页,图5.12 无限大容量系统三相短路时短路电流改变曲线,一、由无限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第37页,二、三相短路冲击电流,在最严重短路情况下，三相短路电流最大瞬时值称为冲击电流，用,i,sh,表示。,由,图,5,.12,知，,i,sh,发生在短路后约半个周期（0.01s）。,其中，,短路电流冲击系数。,意味着短路电流非周期分量不衰减,当电阻,R,=0时，,当电抗,=0时，,意味着不产生非周期分量,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第38页,1,K,sh,2,所以,在高压电网中短路时，取,K,sh,=1.8，则,在发电机端部短路时，取,K,sh,=1.9，则,在低压电网中短路时，取,K,sh,=1.3，则,二、三相短路冲击电流,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第39页,三、三相短路冲击电流有效值,任一时刻,t,短路电流有效值是指以时刻,t,为中心一个周期内短路全电流瞬时值方均根值，即,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第40页,为了简化,I,kt,计算，可假定在计算所取一个周期内周期分量电流幅值为常数，而非周期分量电流数值在该周期内恒定不变且等于该周期中点瞬时值，所以,当,t,=0.01s时，,I,kt,就是短路冲击电流有效值,I,sh,。,当,K,sh,=1.9时，;,当,K,sh,=1.3时，,当,K,sh,=1.8时，,三、三相短路冲击电流有效值,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第41页,四、三相短路稳态电流,三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后短路全电流，其有效值用 表示。,在无限大容量系统中，短路后任何时刻短路电流周期分量有效值（习惯上用,I,k,表示）一直不变，所以有,式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬间（,t,=0s）时三相短路电流周期分量有效值；为短路后0.2s时三相短路电流周期分量有效值。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第42页,五、无限大容量系统短路电流和短路容量计算,1短路电流,2短路容量：,或,若已知由电源至某电压级短路容量,S,k,或断路器断流容量,S,oc,，则可用此式可求出系统电抗标幺值为：,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第43页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第44页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第45页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第46页,5.5 有限容量系统三相短路电流实用计算,一、由有限容量系统供电时三相短路物理过程,当电源容量比较小，或者短路点靠近电源时，这种情况称为有限容量系统供电短路。在这种情况下，,电源电压不可能维持恒定,，短路电流周期分量改变规律以下：,1与发电机是否装有自动励磁调整装置相关,在短途经程中，因为发电机电枢反应去磁作用增大，使定子电动势减小，因而,使短路电流周期分量幅值和有效值逐步减小,，其改变曲线如,图4-7,所表示。,发电机没有装设自动励磁调整装置,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第47页,图4-7 没有自动调整励磁装置时三相短路暂态过程,一、由有限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第48页,自动,励磁,调整装置作用：,在发电机电压变动时，能自动调整励磁电流，维持发电机端电压在要求范围内。,因为自动调整励磁装置本身反应时间以及发电机励磁绕组电感作用，使它不能马上增大励磁电流，而是经过一段很短时间才能起作用。所以短路电流周期分量幅值是先衰减再上升逐步进入稳态，其改变曲线如,图4-8,所表示。,发电机装有自动励磁调整装置,一、由有限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第49页,图4-8 发电机装设自动调整励磁装置时短路电流改变曲线,一、由有限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第50页,2与短路点与发电机之间电气距离相关,电气距离大小可用短路电路计算电抗 来表示，即,式中，为短路电路所连发电机总容量；为短路回路总电抗标幺值；,S,d,为基准容量。,电气距离愈大，发电机端电压下降得愈小，周期分量幅值改变也愈小；反之则愈大。,一、由有限容量系统供电时三相短路物理过程,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第51页,二、起始次暂态短路电流和冲击电流计算,1.起始次暂态电流计算,起始次暂态电流,：短路电流周期分量（基频分,量）初值。,静止元件次暂态参数与稳态参数相同,。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第52页,实用计算：,发电机,：用次暂态电势 和次暂态电抗,表示。,1.起始次暂态电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第53页,异步电动机,：,异步电机简化相量图,近似计算：,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第54页,综合负荷,：,输电线路和变压器,：次暂态参数与其稳,态参数相同,。,用次暂态参数表示等值电路及次暂态电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第55页,2计算起始次暂态电流基本步骤,（1）确定系统各元件次暂态参数，作出系统等值电路；,（2）网络变换和化简，求转移电抗；,（3）计算短路点起始次暂态电流；,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第56页,2.冲击电流计算,异步电机提供,冲击电流：,冲击电流,对小容量电机和综合负荷：,容量为5001000kW异步电机：,容量为1000kW以上异步电机：,例5.4,容量为200500kW异步电机：,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第57页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第58页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第59页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第60页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第61页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第62页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第63页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第64页,三、应用运算曲线法求不一样时刻短路电流,在实际工程计算中，通常采取“计算曲线”来求解三相短路电流,任意时刻,周期分量有效值：,注：计算曲线按汽轮发电机和水轮发电机分别制作，且只做到 为止。,当网络中有多台发电机时，常采取合并电源方法来简化网络。合并主要标准是：,距短路点电气距离相差不大同类型发电机能够合并；,远离短路点不一样类型发电机能够合并；,直接与短路点相连发电机应单独考虑；,无限大功率电源应单独考虑。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第65页,三、应用运算曲线法求不一样时刻短路电流,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第66页,应用计算曲线计算短路电流步骤以下：,由计算曲线确定短路电流周期分量标幺值。,计算短路电流周期分量有名值并进行叠加。,求计算电抗：,按电源归并标准，将网络中电源合并成若干组，每组用一个等值发电机代替，无限大功率电源单独考虑，经过网络变换求出各等值发电机对短路点,转移电抗,。,绘制等值网络，计算系统中各元件电抗标幺值。,三、任意时刻三相短路电流计算计算曲线法,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第67页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第68页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第69页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第70页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第71页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第72页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第73页,正序分量,零序分量,负序分量,合成,4.6 不对称故障分析计算基础,一、对称分量法,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第74页,4.5 不对称故障分析计算,一、对称分量法,对称分量法基本原理是：,任何一个三相系统不对称相量 、都可分解成三个对称三相系统分量，即正序、负序和零序分量。,正序分量（、）：与正常对称运行下相序相同；,负序分量（、）：与正常对称运行下相序相反,；,零序分量（、）：三相同相位。,能够是电动势、电流、电压等。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第75页,三相相量与其对称分量之间关系可表示为：,式中，且有,则,也可表示为,可见：三相对称系统中不存在零序分量。在三角形接法或没有中线星形接法中，线电流中不存在零序分量；在有中性线星形接法中，经过中线电流等于零序电流3倍。,4.5 不对称故障分析计算,或,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第76页,二、序阻抗概念,静止三相电路元件序阻抗,称为序阻抗矩阵,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第77页,当元件参数完全对称时,二、序阻抗概念,结论：在,三相参数对称线性电路,中，各序对称分量含有独立性，所以，能够对正序、负序、零序分量分别进行计算。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第78页,二、序阻抗概念,序阻抗：元件三相参数对称时，元件两端某一序电压降与经过该元件同一序电流比值。,正序阻抗,负序阻抗,零序阻抗,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第79页,三、对称分量法在不对称短路计算中应用,一台发电机接于空载线路，发电机中性点经阻抗Z,n,接地。,a相发生单相接地,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第80页,三、对称分量法在不对称短路计算中应用,a相接地模拟,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第81页,三、对称分量法在不对称短路计算中应用,将不对称部分用三序分量表示,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第82页,应用叠加原理进行分解,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第83页,三、对称分量法在不对称短路计算中应用,正序网,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第84页,三、对称分量法在不对称短路计算中应用,负序网,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第85页,三、对称分量法在不对称短路计算中应用,零序网,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第86页,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第87页,四、电力系统各序网络,静止元件,：正序阻抗等于负序阻抗，不等于零序阻抗。如：变压器、输电线路等。,旋转元件,：各序阻抗均不相同。如：发电机、电动机等元件。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第88页,（一）同时发电机负序和零序电抗,1 同时发电机负序电抗,负序旋转磁场与转子旋转方向相反，因而在不一样位置会碰到不一样磁阻（因转子不是任意对称），负序电抗会发生周期性改变。,有阻尼绕组发电机,无阻尼绕组发电机,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第89页,1 同时发电机负序电抗,实用计算中发电机负序电抗计算,有阻尼绕组 无阻尼绕组,发电机负序电抗近似估算值,有阻尼绕组 无阻尼绕组,无确切数值，可取经典值,表5.3 各种同时发电机,x,2,、,x,0,值,电抗,电机类型,x,2,x,0,汽轮发电机,0.16,0.06,同时调相机和大型同时电动机,0.24,0.08,无阻尼绕组水轮发电机,0.45,0.07,有阻尼绕组水轮发电机,0.25,0.07,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第90页,2.同时发电机零序电抗,三相零序电流在气隙中产生合成磁势为零，所以其零序电抗仅由定子线圈漏磁通确定。,同时发电机零序电抗在数值上相差很大（绕组结构形式不一样）：,零序电抗,经典值,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第91页,（二）异步电动机和综合负荷序阻抗,异步电机和综合负荷正序阻抗：,Z,1,=0.8+j0.6或X,1,=1.2；,异步电机负序阻抗：X,2,=0.2；,综合负荷负序阻抗：X,2,=0.35；,异步电机和综合负荷零序电抗：X,0,=,。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第92页,（三）变压器零序电抗及其等值电路,普通变压器零序阻抗及其等值电路,正序、负序和零序等值电路结构相同。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第93页,1.,普通变压器零序阻抗及其等值电路,漏磁通路径与所通电流序别无关，所以变压器,各序等值漏抗相等,。,励磁电抗取决于主磁通路径，正序与负序电流主磁通路径相同，,负序励磁电抗与正序励磁电抗相等,。所以，,变压器正、负序等值电路参数完全相同。,变压器零序励磁电抗与变压器铁心结构相关。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第94页,零序励磁电抗等于正序励磁电抗,零序励磁电抗等于正序励磁电抗,零序励磁电抗比正序励磁电抗小得多：X,m0,=0.3,1.0,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第95页,2.变压器零序等值电路与外电路连接,基本原理,a)变压器零序等值电路与外电路联接取决于,零序电流流通路径,，所以，与变压器三相绕组联结形式及中性点是否接地相关。,b)不对称短路时，零序电压施加于,相线与大地,之间。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第96页,考虑三个方面：,（1）当外电路向变压器某侧施加零序电压时，假如能在该侧产生零序电流，则等值电路中该侧绕组端点与外电路接通；反之，则断开。依据这个标准：,只有中性点接地星形接法绕组才能与外电路接通。,（2）当变压器绕组含有零序电势（由另一侧感应过来）时，假如它能将零序电势施加到外电路并能提供零序电流通路，则等值电路中该侧绕组端点与外电路接通，不然断开。据此：,只有中性点接地星形接法绕组才能与外电路接通。,（3）三角形接法绕组中，绕组零序电势即使不能作用到外电路中，但能在三相绕组中形成环流。所以，,在等值电路中该侧绕组端点接零序等值中性点。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第97页,Y,0,/接法三角形侧零序环流,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第98页,变压器绕组接法,开关位置,绕组端点与外电路连接,Y,1,与外电路断开,Y,0,2,与外电路接通,3,与外电路断开，但与励磁支路并联,变压器零序等值电路与外电路联接,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第99页,3.中性点有接地电阻时变压器零序等值电路,变压器中性点经电抗接地时零序等值电路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第100页,4.自耦变压器零序阻抗及其等值电路,中性点直接接地自耦变压器,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第101页,中性点经电抗接地自耦变压器,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第102页,四、架空线路零序阻抗及其等值电路,零序电流必须借助大地及架空地线组成通路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第103页,（四）架空线路零序阻抗及其等值电路,零序阻抗比正序阻抗大,（1）回路中包含了大地电阻,（2）自感磁通和互感磁通是助增,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第104页,（四）架空线路零序阻抗及其等值电路,平行架设双回线零序等值电路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第105页,（四）架空线路零序阻抗及其等值电路,有架空地线情况：零序阻抗有所减小。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第106页,（四）架空线路零序阻抗及其等值电路,实用计算中一相等值零序电抗,无架空地线单回线路,有钢质架空地线双回线路,有钢质架空地线单回线路,有良导体架空地线单回线路,无架空地线双回线路,有良导体架空地线双回线路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第107页,四、电力系统各序网络,等值电路绘制标准,依据电力系统原始资料，在故障点分别施加各序电势，从故障点开始，查明各序电流流通情况，凡是某序电流能流通元件，必须包含在该序网络中，并用对应序参数及等值电路表示。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第108页,正序网络,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第109页,负序网络,正序网络,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第110页,零序网络：,必须首先确定零序电流流通路径。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第111页,零序网络,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第112页,当网络元件只用电抗表示时，不对称短路网络方程,该方程组有三个方程，但有六个未知数，必须依据边界条件列出另外三个方程才能求解。,五、简单不对称短路分析计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第113页,1.单相接地短路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第114页,单相接地故障复合序网,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第115页,单相接地短路电流和短路点非故障相电压,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第116页,2.两相短路,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第117页,两相短路复合序网,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第118页,两相短路短路电流,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第119页,在远离发电机地方发生两相短路,时，可认为，则两相短路电流为：,上式表明，两相短路电流为同一地点三相短路电流 倍。,两相短路短路电流,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第120页,两相短路电压,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第121页,3.两相短路接地,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第122页,两相短路接地序网图,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第123页,两相短路接地故障相电流,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第124页,两相短路接地相量图,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第125页,4.正序等效定则,正序分量计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第126页,4.正序等效定则,短路电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第127页,附加电抗和百分比系数,短路类型,f,(n),三相短路,f,(3),0,1,两相短路接地,f,(1,1),两相短路,f,(2),X,2,单相接地短路,f,(1),X,2,+,X,0,3,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第128页,例5.6,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第129页,5.7 低压电网短路电流计算,一、低压电网短路电流计算特点,配电变压器容量远远小于电力系统容量，所以变压器一次侧能够作为无穷大容量电源系统来考虑；,低压回路中各元件电阻与电抗相比已不能忽略，所以计算时需用阻抗值；,低压网中电压普通只有一级，且元件电阻多以m 计，所以采取有名值计算比较方便。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第130页,二、低压电网中各主要元件阻抗,1电力系统电抗,：,式中，,S,oc,和,U,N,单位分别为MVA和V。,（m）,2变压器阻抗:,（m）,4.7 低压电网短路电流计算,变压器低压侧电压,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第131页,3.母线阻抗,电阻：,（m）,电抗：,（m）,式中，,为母线材料电导率m/（,mm,2,）；A为母线截面积（mm,2,）；,l,为母线长度（m）；,b,为母线宽度（mm）；,s,av,为母线相间几何均距（mm）。,在工程实用计算中，可采取以下简化公式计算：,4.7低压电网短路电流计算,母线截面积在500mm,2,以下时，,母线截面积在500mm,2,以上时，,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第132页,4其它元件阻抗：低压断路器过流线圈阻抗、低压断路器及刀开关触头接触电阻、电流互感器一次线圈阻抗及电缆阻抗等可从相关手册查得。,4.7低压电网短路电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第133页,三、低压电网三相短路电流计算,1三相短路电流有效值：,式中，和 为短路回路总电阻和总电抗（m）；,U,av,为低压侧平均线电压，取400V。,注意：,假如只在一相或两相装设电流互感器，应选择没有电流互感器那一相短路回路总阻抗进行计算。,4.7低压电网短路电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第134页,2短路冲击电流：,图4-21,K,sh,与关系,式中，,K,sh,为短路电流冲击系数，可依据短路回路中比值从图4-21中查得。,4.7低压电网短路电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第135页,3冲击电流有效值计算,当,K,sh,1.3时，,当,K,sh,1.3时，,式中，为短路回路时间常数。,4.7低压电网短路电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第136页,四、低压电网不对称短路电流计算,两相短路：,单相接地短路：或,注：,Z,T,为变压器单相阻抗；为“相零”回路阻抗。,4.7低压电网短路电流计算,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第137页,一、短路电流力效应,5.8短路电流效应,1两平行导体间电动力,两根平行敷设载流导体，当其分别流过电流,i,1,、,i,2,时，它们之间作用力为：,（N）,式中，,l,为导体长度（m）；,s,为两导体轴线间距离（m）；,K,为形状系数，对圆形和管形导体取1；对矩形导体，其值可依据 和 查,图4-22,求得。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第138页,4.8短路电流效应,图4-22 矩形母线形状系数,2三相平行母线间电动力,当三相短路电流经过水平等距离排列三相母线时，可分为,图4-23,所表示两种情况：,边相电流与其余两相方向相反；,中间相电流与其余两相方向相反。,因短路电流周期分量瞬时值不会在同一时刻同方向，最少有一相电流方向与其余两相方向相反。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第139页,4.8短路电流效应,图4-23 三相母线受力情况,经分析知：当边相电流与其余两相方向相反时，,中间相（相）,受力最大，此时，B相所受电动力为：,显然，最大电动力发生在中间相（B相）经过最大冲击电流时候，即,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第140页,若最大冲击短路电流发生在相（），则合成值将比 略小，大约为 倍。于是，三相平行母线最大电动力可按下式计算：,3短路时动稳定校验,普通电器动稳定校验：,式中，、分别为电器极限经过电流峰值和有效值。,或,4.8短路电流效应,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第141页,式中，,为母线经过时受到最大弯曲力矩（Nm）。,当跨距数大于时，,4.8短路电流效应,为母线截面系数（m,3,）。,图4-24 水平放置母线,a）平放 b）竖放,当跨距数为12时，,当母线平放时，,b,h,，,当母线竖放时，,b,h,，,母线动稳定校验：,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第142页,二、短路电流热效应,1短路时导体发烧计算特点,因为短路时间很短，能够认为短途经程是一个,绝热过程,；,因为导体温度很高，导体电阻和比热,不是常数,，而是,随温度而改变,；,因为短路电流改变规律复杂，直接计算短路电流在导体中产生热量是很困难，通常采取,等效发烧,方法来计算。,4.8短路电流效应,短路时导体发烧计算,图5.52,表示短路前后导体温度改变情况。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第143页,图5.52 短路前后导体温度改变,短路时产生热量,假想时间：,短路稳态电流在假想时间内产生热量与实际短路电流在短路连续时间内所产生热量相等，即,4.8短路电流效应,式中，,t,ima,为假想时间，如,图5.53,所表示。,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第144页,因为,设,则有：,4.8短路电流效应,图5.53 短路发烧假想时间,周期分量假想时间可表示为：,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第145页,4.8短路电流效应,图4-27 装有自动调整励磁装置同时发电机供电系统假想时间周期分量改变曲线,令 ，可依据短路电流周期分量改变曲线作出 与,t,ima,关系曲线，如图4-27所表示，则周期分量假想时间,t,ima.p,可按,t,查曲线求出。,对无限大容量系统，可认为,，所以周期分量假想时间就等于短路延续时间，即,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第146页,非周期分量假想时间只有在,t,k,1s时才考虑，可表示为：,对无限大容量系统，,所以，总假想时间为：,短路时导体最高温度,因为短路时间很短，可认为短路电流产生热量全部用来使导体温度升高，而不向周围介质散热，则热平衡方程式可表示为：,4.8短路电流效应,则,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第147页,即,令，,工程上多采取查曲线近似方法计算。图4-28是按铜、铝、钢比热、密度、电阻率等平均值作出,曲线。,4.8短路电流效应,则,图4-28 用来确定 曲线,10/2/,电力系统暂态分析基础概述,第148页,依据曲线确定方法（图4-29）,3短路时热稳定校验,依据正常负荷电流确定短路前导体温度,；,由纵坐标上,a,点；,由横坐标上,b,点。,利用下式计算短路时加热系数,普通电器热稳定校验：,式中