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1、 1 第八章 短路电流计算 2 提要 1短路电流计算方法 掌握 2短路电流计算结果的应用 熟悉 3影响短路电流的因素及限制短路电流的措施 熟悉 3 1短路电流计算方法 4 短路电流计算主要目的 选择导体和电器设备 确定送电线路对通信线电磁危险影响 电网电厂主接线的比较 选择 继电保护等保护设备整定选择的依据 验算接地装置的接触电压和跨步电压 5 高压系统短路电流计算低压系统短路电流计算 6 高压系统短路电流计算 标么值及基准值选择与计算系统元件电抗标么值的计算三相短路电流计算不对称短路电流计算 7 标么值及基准值选择与计算 高压短路电流计算一般只计及各元件 即发电机 变压器 电抗器 线路等 的
2、电抗 并采用标么值计算 可以使计算得到简化 基准容量SJ全网只取一个一般取SJ 100MVA或SJ 1000MVA基准电压UJ每个电压级各取一个一般取用各级的平均电压 进行标么值计算要先取基准容量和基准电压 而且要考虑计算的方便 网络平均电压 网络额定电压 下标J表示 基准 8 电流基准值和阻抗基准值的计算 基准电流 基准阻抗 当基准容量SJ MVA 基准电压UJ kV 选定后 根据各物理量之间的关系基准电流IJ kA 与基准阻抗ZJ 便可求得 9 各元件参数标幺值的计算 电压 电流 阻抗 电阻及电阻 它们的基准相同 功率 有功功率 无功功率 视在功率的基准相同 标么值的意义 电路元件物理量有
3、名值与同一物理量基准值的之比称标么值 10 采用标么值的一些好处 采用标么值后 当电压等于基准电压时 即电压的标么值等于1时 相电压和线电压的标么值是相等 单相功率和三相功率的标么值相等 某些物理量还可以用标么值相等的另一些物理量来代替 如 当用标么值计算时 正常情况下 全网各处电压均在1左右 便于分析系统运行情况 11 标么值和有名值之间的关系和变换 各元件参数计算 12 有名值 标么值 发电机参数计算 13 有名值 标么值 变压器参数计算 14 有名值 标么值 电抗器参数计算 要特别注意 这里的电压不能消去 15 有名值 标么值 输电线参数计算 几何均距 16 三相短路电流周期分量计算 无
4、限大电源供给的短路电流有限电源供给的短路电流 17 无限大电源供给的短路电流 此时 短路电流周期分量不变 都等于短路点的输入阻抗分之一标么值 有名值 短路功率标么值与短路电流标么值相等 有名值 此时 都认为电势E 1 当供电电源为无穷大或计算电抗 以供电电源为基准 Xjs 3时 不考虑短路电流周期分量的衰减 此时 18 零秒三相短路电流的周期性分量 对称短路电流初始值 起始次暂态电流 标么值一般称为X分之一法 短路电流有名值 短路功率有名值 短路故障点的等值电抗 标么值 基准电流 基准功率 基准电压 短路电流周期性分量计算教材上的表示法 19 短路电流周期分量的标么值 0秒短路电流周期分量的标
5、么值 称为起始次暂态电流 稳态短路电流周期分量的标么值 电源对短路点的等值电抗标么值 20 考虑电阻的影响时 上面的计算公式忽略了电阻的影响 如果回路总电阻较大 满足条件 则电阻对短路电流有较大的作用 此时 必须用阻抗的标么值来代替式中的电抗标么值 21 有限电源供给的短路电流通常用短路电流计算曲线计算 在工程计算中 常利用计算曲线 或称运算曲线 来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期性分量 22 有限电源供给的短路电流通常用短路电流计算曲线计算 计算电抗的意义把归算到发电机额定容量的外接电抗的标么值和发电机纵轴次暂态电抗的标么值之和定义为计算电抗 计算方法 先将电源对短路点的等值电抗 归算到
6、以电源容量为基准的计算电抗 然后按给定时间值 查相应的发电机运算曲线或查相应的发电机运算曲线数字表 即可得到短路电流周期分量的标么值 发电机额定容量 系统基准容量 23 24 25 26 27 28 从运算曲线查出短路电流 查出短路电流标么值后 乘以基准电流 在这里 是发电机的额定电流 即得短路电流有名值 运算曲线可查出t时刻短路电流 对于t时刻电流为 29 运算曲线时注意 从运算曲线查出短路电流时 注意 当 或者 即认为周期分量电流不衰减了 30 三相短路电流非周期分量计算 31 由于电力系统是由一些具有电感或电容的元件组成 在运行中的这些元件将会储存电磁能量 当电路状态发生突变时 例如短路
7、时 电路中这些元件的电流 对于电感 或电压 对于电容 不能发生突变 因而 为了维持能量的不突然变化 于是在电路中就会产生电流的非周期分量 即电路会有一个从原来状态过渡到一个新的状态的过渡过程 但是 这个非周期分量的电流没有电源的支持 而电路中又有电阻存在 所以 随着时间的推移 这个电流要逐渐衰减 直到新的稳定状态 非周期分量电流产生的原因 32 短路电流非周期分量计算 即周期分量的幅值 它是衰减的直流电流 正弦交流的角频率 衰减时间常数 取决于回路电抗及电阻大小 短路电流t秒时刻的非周期分量 起始值 有名值单位为秒 标么值无单位 33 短路电流非周期分量衰减时间常数 s 当电网频率为50Hz时
8、 有名值 秒 标么值 无单位 非周期分量衰减时间常数 34 冲击电流和全电流的计算 冲击电流全电流 35 周期分量 非周期分量 全电流 瞬时值 冲击电流 非周期分量起始值 0 01秒 此情况为 空载短路电源电势刚为零的时刻 36 冲击电流及冲击系数 0 01秒时 非周期分量的值 称为冲击系数它的大小在1到2之间 三相短路发生后 短路电流的最大瞬时值称为冲击电流 冲击电流出现在短路发生后的大约半个周期 t 0 0ls 当不及周期分量的衰减时 37 短路电流最大有效值 38 短路电流最大有效值 考虑了衰减后的非周期分量为 当不计周期分量的衰减时 短路电流全电流最大有效值 这是前面已经说明的冲击系数
9、 短路电流全电流最大有效值 也出现在短路发生后的大约半个周期 t 0 0ls 39 电动机反馈对短路冲击电流的影响 感应电动机正常运行时 从系统吸收电能 因而也储存有电磁能量 相对有一个等值电势存在 正常运行时 外施电压高于其电势 电流流入电动机 但是 当离电动机接入点较近的外接电路发生短路时 电动机接入点的电压就有可能低于电动机电势 这时 电动机就会变为一个电源 向外提供短路电流 这时就需要计及电动机反馈对短路冲击电流的影响 40 电动机反馈对短路冲击电流的影响 仅当短路点附近所接用电动机额定电流之和大于短路电流的1 时 才予以考虑其反馈电流的影响 即 由异步电动机馈送的短路冲击电流可由下式
10、计算 异步电动机起动电流倍数可取为6 7 异步电动机的短路电流冲击系数可取1 4 1 7 异步电动机的额定电流 41 计入异步电动机影响后的电流 短路冲击电流 短路全电流最大有效值 由系统送到短路点的短路冲击电流 由系统送到短路点的超瞬变 次暂态 短路电流 由短路点附近的异步电动机送到短路点的超瞬变 次暂态 短路电流 由异步电动机反馈短路冲击电流 42 由短路点附近的异步电动机送到短路点的超瞬变 次暂态 短路电流 kA 如果有多台异步电动机 异步电动机起动电流倍数可取为6 7如果有多台异步电动机 异步电动机的起动电流倍数 43 不对称短路电流计算 对称分量法的基本关系序网的构成合成阻抗正序电流
11、合成电流 44 对称分量法的基本关系 不对称短路计算一般采用对称分量法 它的意义是 三相网络内任一组不对称三相相量 电流 电压等 都可以分解成三组对称的分量 即正序分量 负序分量和零序分量 正序分量的三相量大小相等 方向各差120 相序与对称时的三相相序相同 零序分量的的三相量大小相等 相位也相同 负序分量的三相量大小相等 方向各差120 相序与对称时的三相相序相反 45 不对称量分解成为序分量 即相分量分解成为序分量 算子 不对称电压分解成为序分量 不对称电流分解成为序分量 46 序分量合成为不对称量 即序分量合成成为相分量 电流序分量合成相分量 电压序分量合成相分量 47 三序对称分量的独
12、立性 在三相对称网络中 由于三相网络内施加任一组对称分量电压 或电流 都只在网络内产生相应的对称分量电流 或电压 此即所谓三相对称网络中对称分量的独立性 因此 可以分别对各序电流电压分布进行计算 然后再用对称分量法进行合成 从而求出实际的短路电流或电压值 48 序网的构成 将三相不对称相量分解为正序 顺序 负序 逆序 和零序三组对称分量后 要对于不同序的电流电压进行计算 相应的不同序的计算用网络称为序网 正序网络它与前面所述三相短路时的网络和电抗值相同 负序网络它所构成的元件与正序网络完全相同 只需用各元件负序阻抗X2代替正序阻抗X1即可 对于的静止元件 变压器 电抗器 架空线路 电缆线路等
13、X2 X1对于旋转电机的负序阻抗X2不等于正序阻抗X1 一般由制造厂提供 零序网络它由元件的零序阻抗所构成 49 零序网络构成 零序网络的构成比较复杂 其构成方法是 在短路点加上一组零序电压 然后寻找零序电流通路 如能够有零序电流流过 则该支路包含在零序网络中 这种能够有零序电流流过回路至少在短路点连接的回路中有一个接地中性点时才能形成 若发电机或变压器的中性点经过阻抗接地 则必须将该阻抗增加3倍后再列入零序网络 如果在回路中有变压器 那么零序电流只有在一定条件下才能由变压器一侧感应至另一侧 电抗器的零序阻抗X0 X1 50 51 52 53 复合序网 根据不同的不对称短路 将三个序网连接成不
14、同的形式 从而进行计算 这时的网络称为复合序网 其连接方法是根据不同的短路类型 由短路处的边界条件决定的 根据复合序网 可方便的求出正序电流的A相分量 进而求出各序电流电压的序分量 最后再合成为要求的相分量 54 正序网E X1 负序网X2 零序网X0 负序网X2 单相接地短路三序网串联 A相短路电流的正序分量 A相短路电流的正序分量计算公式 附加阻抗 单相接地短路 55 正序网E X1 负序网X2 两相短路正序网与负序网并联 A相短路电流的正序分量 两相短路 56 正序网E X1 负序网X2 零序网X0 两相接地短路三序网并联 A相短路电流的正序分量 两相接地短路 57 阻抗写成通式 单相短
15、路 二相短路 二相接地短路 三相短路 附加阻抗 58 短路电流A相正序分量写成通式 当电势的标么值为1时 59 如要运用短路电流计算曲线 则应换算成计算电抗 三相短路时的计算电抗 60 求出了A相正序分量电流后 就可用对称分量法合成各相电流 进而求出短路处的短路电流以及整个网络的电流和电压分布 对于不同的短路 短路处的短路电流与正序分量A相电流有如下的关系 单相短路 二相短路 二相接地短路 三相短路 前面求出的正序分量电流 61 在计算t 0 也即是次暂态短路电流 时近似假定 这时的两相短路电流可简化为 两相短路次暂态电流 62 此时的发电机正序参数是用次暂态参数 发电机的负序参数与其正序参数
16、数值接近 分母的两项相差不大 可以近似认为两者相等 对于远离发电机的短路稳态电流 外接电路电抗的影响较大 相反 发电机参数影响较小 分母的两项也相差不大 可以近似认为两者相等 所以 结论与上面相同 对于发电机出口的短路稳态电流 原因见下页 63 远离发电机短路时 发电机出口处短路时 注意 对于远离发电机的短路稳态电流 外接电路电抗的影响较大 相反 发电机参数影响较小 分母的两项也相差不大 可以近似认为两者相等 所以 结论与上面相同 64 对于发电机的出口两相短路稳态电流 由于此时发电机参数是用同步电抗表示 同步电抗很大 负序电抗相对很小 接近于发电的正序暂态参数 又无外接电路电抗的影响 因此 分母的两项合成起来 只比正序电抗大一些 故分子的根号3就起主要作用 于是短路电流也就很大 约为稳态短路电流的1 5倍 就主要是这个因素的影响 发电机出口处的两相稳态短路电流 65 低压系统短路电流计算 计算特点三相和两相短路电流的计算单相短路 包括单相接地故障 电流的计算低压网络电路元件阻抗的计算 66 计算特点 前面介绍的高压系统短路电流计算方法同样适用于低压网络 由于低压电网的电源一般来自地区
