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1、1/71 第4章 三相短路的暂态过程 一短路的一般概念 二恒定电势源电路的三相短路 三同步电机突然三相短路的物理分析 四无阻尼绕组同步电机三相短路电流 五有阻尼绕组同步电机三相短路电流 六强行励磁对短路暂态过程的影响 2/71 思考题 1. 短路的类型、原因和后果。 2. 短路的合闸角，它和自由电流的关系。 3. 冲击电流、冲击系数、短路电流最大有效值。 4. 画出有阻尼和无阻尼凸极发动机短路时的等值 电路、电势相量图。 5. 掌握暂态电势、次暂态电势、暂态电抗、次暂 态电抗。 3/71 4.1 短路的一般概念 1) 短路的类型 不正常的相与相、相与地(中性点接地 系统)发生通路的情况。类型包
2、括： n 三相短路：只有正序。少、严重；基础 n 两相短路：正序、负序 n 单相接地短路：正序、负序、零序。最多。 n 两相接地短路：正序、负序、零序 n复杂故障 4/71 4.1 短路的一般概念 1) 短路的类型 C B A 三相短路 5/71 4.1 短路的一般概念 1) 短路的类型 两相短路 C B A C B A 两相短路接地 6/71 4.1 短路的一般概念 1) 短路的类型 C B A 单相短路单相接地 C B A 7/71 2) 短路的类型 两相不同地点接地 C B A C B A 两相短路接地 8/71 4.1 短路的一般概念 2) 短路的原因 n 元件：绝缘老化，设备缺陷(设
3、计、安装、维护) n 气象：雷击(放电、动作)，大风、覆冰(倒杆) n 人为事故：带负荷拉闸，检修后带地线送电。 n 其他：挖沟损伤电缆，误碰架空线，鸟兽跨接。 9/71 4.1 短路的一般概念 3) 短路的后果 n 巨大的电流及电弧，损坏故障元件。 n 发热和电动力，使非故障元件损坏或缩短寿命。 n 部分地区电压大大降低，影响供电质量。 n 破坏电力系统运行的稳定性，振荡、瓦解。 n不对称短路影响通信线路和铁路讯号。 10/71 4.1 短路的一般概念 4) 短路破坏的快速性 n 短路电流很大，会在很短时间内造成很大危害。 n电力系统各设备之间是电和磁的联系，当某一设 备发生故障时，会在极短
4、的时间内影响到同一电 力系统中的其它设备，扩大事故，甚至造成整个 系统瓦解。 11/71 4.1 短路的一般概念 5) 短路计算的目的设计与运行需要 n设备选择：电动力稳定度(冲击电流)、热稳定度( 某时刻的短路电流的周期分量)、断流能力(某时刻 的短路电流的有效值)。 n 继电保护和自动装置整定：周期分量、负序、零序。 n电气主接线设计：限流措施。 n暂态稳定计算。 n研究短路对用户工作的影响。 12/71 4.2 恒定电势源电路的三相短路 1) 短路的暂态过程 无穷大容量电源：恒 压、恒频、零内阻 13/71 4.2 恒定电势源电路的三相短路 1) 短路的暂态过程短路前 14/71 4.2
5、 恒定电势源电路的三相短路 1) 短路的暂态过程短路后 右边电感储存 磁场能量逐渐 消耗。 左边仍和电源 连接，阻抗很 小，电流很 大。 15/71 4.2 恒定电势源电路的三相短路 1) 短路的暂态过程短路后 强制分量、稳态分量、周期分量 自由分量、暂态分量、非周期分量 合闸角 Ta = L / R，平均0.05s， 4Ta = 0.2s衰减完毕。 16/71 1) 短路的暂态过程 4.2 恒定电势源电路的三相短路 短路前周期分量 短路后周期分量 非周期分量 大小不变 17/71 1) 短路的暂态过程 4.2 恒定电势源电路的三相短路 非周期分量 大小不变 平行虚轴： 最大 18/71 1)
6、 短路的暂态过程 4.2 恒定电势源电路的三相短路 非周期分量 大小不变 垂直虚轴：0 19/71 2) 短路时各分量的特点 n周期分量：短路前后变化很大； n非周期分量作用：保持电感中的电流在短路前 后瞬间不突变； n非周期分量大小：等于短路前后瞬间的瞬时值 之差，与合闸角有关。存在最大值，也可能等 于0。但三相相差120，不可能同时最大或等 于0 n最大值的条件：空载、 90、 = 0。 4.2 恒定电势源电路的三相短路 20/71 3) 短路冲击电流短路电流最大可能的瞬时值； n非周期分量有最大初值的条件： n相量差 有最大 值感性电路，空载。 4.2 恒定电势源电路的三相短路 t 21
7、/71 3) 短路冲击电流 n非周期分量有最大初值的条件： n相量差 有最大 值感性电路，空载。 4.2 恒定电势源电路的三相短路 t 22/71 3) 短路冲击电流 n非周期分量有最大初值的条件： n相量差 有最大 值感性电路，空载。 4.2 恒定电势源电路的三相短路 n相量差 在t = 0 时刻与时间平行 = 0 。 t 23/71 3) 短路冲击电流 4.2 恒定电势源电路的三相短路 24/71 3) 短路冲击电流 4.2 恒定电势源电路的三相短路 发电机电压母线侧短路 发电机高压母线侧短路 其他地点短路 用来检验设备和导体的电动力稳定度 25/71 4) 短路电流有效值 4.2 恒定电
8、势源电路的三相短路 周期分量幅值一个周期内恒定 非周期分量一个周期内不变 26/71 4) 短路电流有效值 4.2 恒定电势源电路的三相短路 短路电流有效值第一个周期内最大 27/71 4) 短路电流有效值 4.2 恒定电势源电路的三相短路 发电机电压母线侧短路 发电机高压母线侧短路 其他地点短路 28/71 5) 短路功率(短路容量) 4.2 恒定电势源电路的三相短路 常用周期分量电流的有效值来计算 平均电压短路电流的有效值 29/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 1) 电机绕组的特点 n 多个绕组磁耦合。 n 定子绕组同转子绕组相对运动。 2) 突然短路暂态过程的特点 n 电流
9、急剧变化磁通变化电动势变化。 n 强制分量、自由分量、如何衰减。 30/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 3) 分析的依据和假设 n 依据：磁链守恒。 n 假设：电机理想化、转速不变。 31/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路 a c b 空载运行 对称系统 32/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路 33/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路 a c b 定子直流 定子交流 励磁直流 34/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 4) 无阻尼
10、绕组同步电机的突然短路 定子直流 定子交流 励磁直流 定子直流要产生一个 恒定磁通。磁阻每180 经 历一个周期，增加电流分 量：倍频电流 35/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路 直流电流 磁链守恒直流电流 倍频电流 磁阻变化 基频电流 脉动磁场 基频电流 基频电流 直流电流 自由分量 自 由 分 量 强制分量 强制 分量 周期分量 转子定子 电枢反应 36/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 无阻尼 37/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 a
11、a x d a x d q 38/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 39/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 40/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 41/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 暂态电势 暂态电抗 漏磁系数 42/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 电枢反应与励磁合成气隙磁链 定子漏磁链 43/71 4.3 同步电机突然三相短路的
12、物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 如果变压器电势 电枢反应与励磁合成气隙磁链 定子漏磁链 44/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 45/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 假想电势 46/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 暂态电抗后的电势 47/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 d q 48/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算
13、 d q 49/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 暂态电势：虚构的电势 暂态电抗：结构参数，实在参数，可计算，可测 50/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 例 解 已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos= 0.85。试求在额定满载运行时 的电势 已经计算出EQ = 1.41，Id = 0.8。 51/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算 52/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 无阻尼绕组同步电机的短
14、路电流计算 53/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 54/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 55/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 56/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 次暂态电势的横 轴分量 纵轴次暂态电抗 57/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 次暂态电势的纵轴分量 横轴次暂态电抗 58/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析
15、 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 59/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 60/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 d q 61/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 5) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 次暂态电势：虚构的电势 次暂态电抗：结构参数，实在参数，可计算，可测 62/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 例 解 已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos= 0.85 。试求在额定满载运行时的
16、电势 已经计算出EQ = 1.41，Id = 0.8，Iq = 0.6。 63/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 例 解 已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos= 0.85 。试求在额定满载运行时的电势 已经计算出EQ = 1.41，Id = 0.8，Iq = 0.6。 64/71 4.3 同步电机突然三相短路的物理分析 6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算 例 解 已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos= 0.85 。试求在额定满载运行时的电势 65/71 4.3 同步电机突然三相短路的物
