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1、第七章 序阻抗与故障,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.1 短路的原因、类型及后果,短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。,7.1.1 短路的原因：, 元件损坏 如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路., 气象条件恶化 如雷击造成的闪络放电或避雷器动作；大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等.,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障, 违规操作 如运行人员带负荷拉刀闸；线路或设备检修后未拆除接地线就加电压., 其他原因 如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸
2、露的载流部分等.,7.1.2 三相系统中短路的类型, 基本形式:,三相短路；,两相短路；,单相接地短路；,两相接地短路；,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障, 对称短路：短路后，各相电流、电压仍对称,如三相短路； 不对称短路：短路后，各相电流、电压不对称; 如两相短路、单相短路和两相接地短路. 注:单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少,但后果较严重。,7.1.3 短路的危害后果,随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。,（1）电动力效应 短路点附近支路中出
3、现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,（2）发热 短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。,（3）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备.,（4）电压大幅下降，对用户影响很大. （5）如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，则可 能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定，造 成大片停电。这是短路故障的最严重后果。 （6）不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。,Northeastern University,第七章 序阻抗与
4、故障,7.2 计算短路电流的目的及步骤,7.2.1 计算短路电流的目的 计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中，基于如下用途必须进行短路电流计算： （1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定 性和动稳定性。 （2）选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障。 （3）确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.2.2 短路计算的简化假设,a、不考虑发电机间的摇摆现象，认为所有发电机电势的相位都 相同； b、不考虑磁路饱和，认为短路回路各元件的电抗为常
5、数； c、不考虑发电机转子的不对称性，用 来代表。认为 ,即认为短路前发电机是空载的； d、不考虑线路对地电容、变压器的励磁支路和高压电网中的电 阻，认为等值电路中只有各元件的电抗。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.2.3 短路电流计算步骤,1确定计算条件，画计算电路图 1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。 2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。 根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。 选电气设备：选择正常运行方式画计算图； 短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点
6、。 继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,2画等值电路，计算参数；,分别画各段路点对应的等值电路。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,3网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。,. 星角变换公式,角星变换公式,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,.等值电源归算 同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并； 至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并； 直接连于短路点上的同类型发电机可归并；,7.3 供配电系统三相短路电流计算,7
7、.3.1 “无限大”电力系统,1. 定义：系统的容量 ,系统的内阻抗 （ ）,2.“无限大”电力系统特点：外电路电流变动时，其端口电压不变。,3.若系统阻抗不超过短路回路总阻抗的15%，则系统看作“无限大系统”。实用计算中，将配电网中的系统母线看作无限大容量系统等值电源内阻抗,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.3.2 供配电系统三相短路电流计算,1.三相短路电流,1）,则：,其中：,短路时电源电压相位角(合闸相位角),稳态分量，周期分量,暂态分量，非周期分量,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,2）,的有效值,2.冲击短
8、路电流,（短路电流最大瞬时值）,当,时，短路瞬间,最大，则,也最大,又当,时，即,当,时，,最大。即：,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,冲击系数，,一般:高压网中，,0.05S时，则,1.8,大容量系统或发电机附近短路时，,发电厂高压母线；,=1.85,低压网中，,则：,1-1.3,3、短路电流全电流的有效值,近似认为：,则：,冲击电流全电流有效值：,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.3.3 “无限大”电源供电的简单电力网三相短路电流计算步骤,1.取基准值,2.画出标么值表示的等值电路；,3.计算出从短路点到各电源点
9、之间的等值阻抗,4.计算 。（ ）,5.计算 。（ ）,其中,说明：,（1）短路电流应还原成有名值；,（2）公式,中的,为短路点所在电压等级,平均额定电压,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.3.4 短路容量”的概念及用途,1.某一点的短路容量该点短路时的短路电流该点短路前的电压,有名值：,标么值：,则：,的大小实际反映了该点短路电流,的大小，也就反映,了该点到恒定电压点之间总电抗的大小。,2、可近似取某点的,装于该点的断路器的额定开断容量,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.4 由同步发电机供电的三相短路电流计算,7
10、.4.1 同步发电机发生三相突然短路（无自动励磁调节装置）,1.不能当作“无限大”系统的情况 1）发电机端点或端点附近发生短路； 2）短路点虽离发电机较远，但发电机容量有限。 在以上地点发生三相突然短路时,由于短路电流所造成的强烈去磁性电枢反应,使发电机端口电动势和内部电抗在短路的暂态过程中发生变化,相应的短路电流周期分量的振幅也随之变化,这是与无限大系统相区别的地方.,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,2短路电流的周期分量,从短路瞬间起，经历了次暂态、暂态、稳态的过程。,短路电流周期分量的幅值：,式中：,-次暂态短路电流的有效值；,-暂态短路电流的有效值；
11、,-稳态短路电流的有效值；,-次暂态分量电流衰减的时间常数；,-暂态分量电流衰减的时间常数。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,不计励磁调节时：,）空载短路,为发电机空载电动势,）负载情况下端口短路,：次暂态电动势,：暂态电动势,：稳态电动势,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,其中：,、 依次为发电机额定电压和额定电流。,一般取,）经外电路短路,：从短路点到发电机端点的总电抗,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,3短路电流非周期分量,最不利条件下（即 ，且 ）,为定子回路衰减时间常数。,则
12、最不利条件下，同步发电机三相突然短路电流瞬时值：,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,4次暂态短路电流、冲击短路电流、稳态短路电流,1）次暂态短路电流,机端短路：,经外电阻短路：,次暂态短路功率：,注意：校验机端快速动作断路器开断电流和开断容量时，用对应于开断时刻t的短路电流全电流有效值。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,2）冲击短路电流,t=0.01s,其中：,Ksh=1.9 ，机端短路；,Ksh=1.8 ，经外阻抗短路。,3）稳态短路电流,机端短路：,经外电路短路：,Northeastern University,第七
13、章 序阻抗与故障,7.4.2 装有自动励磁调节装置时同步发电机的三相短路电流,1不考虑励磁调节时 认为整个短路过程中发电机的励磁电流不变，则感应电动势为常数。 2考虑自动励磁时 a. 由于发电机的励磁回路有较大的电感, 励磁电流不能在短路发生后立即增大,所以自动励磁装置的调节效果要在短路后的一定时间内才显示出来.因而在短路后最初几个周波内，励磁电流不会变化. 故: 次暂态短路电流和冲击短路电流的计算与无励磁时相同。 b.当自动励磁装置起作用后,周期分量电流不再减小而是逐渐增加,最后过渡到稳态值. 因此稳态短路电流以及自励装置起作用后的某时刻的短路电流的计算变得复杂。 稳态值的大小主要与短路点的
14、远近和自动励磁装置的调整程度.励磁装置起作用后计算就较复杂，一般用“运算曲线法”。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.5三相短路的实用计算,7.5.1 运算曲线法,1.运算曲线：事先制作好的一种计算三相短路电流周期分量有 效值的曲线。,2.运算曲线法：利用运算曲线求短路发生后任意时刻t所对应 的短路电流周期分量有效值的方法。,算法的适用条件：计及自动励磁调节作用的发电机组供电的三相短路电流周期分量有效值的计算。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,3.,其中：,（计算电抗标么值）,为从短路点至发电机端点的外电路电抗标么值
15、。,4. 曲线中，t=0s对应于次暂态短路电流；,t=4s对应于稳态短路电流。,注意：运算曲线法中标么值的计算必须以发电机（或等值发电机）的额定容量为基准值，并且等值图中发电机以次暂态电抗,代表。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,7.5.2 计算步骤,1. 忽略负荷，画等值电路，发电机以次暂态电抗,代表；,2取,，计算各元件参数；,3网络化简。依据电源的类型以及距离短路点的电气距离远近将电源划分成几组，每一组等值成一个等值电源，容量为,，无限大容量电源单独为一组。求出各等值电源,至短路点的,4将,归算成对应于各等值电源容量下的,无限大容量电源的,不必归算。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,5查曲线，求出,。若,3.45，则,无限大容量电源的,6计算有名值，,为短路点所在电压等级的平均额定电压。,无限大容量电源：,7短路点的短路电流：,注：各组的短路电流归算成有名值以后才能加减。,Northeastern University,第七章 序阻抗与故障,小结： 不计及自动励磁调节作用时：计算次暂态电流时，发电机用次暂态电抗代表；计算稳态短路电流时，发电机用稳态电抗代表。 计及自动励磁调节作用时，发电机一律用次暂态电抗代表，并且
