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1、第一部分 电力系统基础主要内容,第一章 电力系统的基本概念 第二章 电力网元件参数及等值电路 第三章 电力系统潮流计算 第四章 电力系统运行方式的调整和控制 第五章 电力系统故障分析 第六章 电力系统稳定性分析,第五章 电力系统故障分析,第一节 概述 第二节 无穷大容量系统三相短路计算 第三节 有限大容量系统三相短路计算 第四节 不对称短路的计算方法,第一节 概述,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。,一、短路的类型,绝缘材料的自然
2、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,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
3、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,(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,五、短路计算的目的,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。 是以下分析和计算的依据： 中性点接地方式的选择、变压器接地点的位置和台数 对邻近的通讯系统是否会产生较大的干扰 接地装置的跨步电压、接触电压的计
4、算 电力系统稳定性的计算等。,六、计算短路电流的基本假设,1、所有发电机电势的相位均相同 不考虑短路时各发电机之机的摇摆、振荡现象； 2、短路回路各元件参数只考虑电抗，并认为是常数； 不考虑变压器等元件磁路的饱和；通常不考虑线路的对地电容；高压压短路计算不考虑电阻的影响，只考虑电抗。 3、用次暂态电抗和次暂态电势来代表发电机的等值电路 若将短路前发电机运行状态看作空载，那么次暂态电势标么值也就取为1； 4、略去变压器励磁支路，其变比取为平均额定电压之比。 额定电压等级：（kV）：3、6、10、20、35、60、110、154、220、330、500、750、1000. 平均额定电压：（kV）：
5、3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525 5、负荷对短路电流的影响只作近似的考虑或略去不计 短路点附近有大型同步或异步机时除外。,七、短路时各元件电抗标幺值的计算,1、基准值的选择与计算 通常选定基准值中的任意两个，另外两个总可以求取，通常优先选取容量基准和电压基准，即,平均额定电压Uav：（kV）：3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525,2、标幺值间的关系 通常选定基准值中的任意两个，另外两个总可以求取，通常优先选取容量基准和电压基准，即 特别地，当电压标幺值等于1时，有,短路计算时电力系统各主要元件的等值电路,3、各元件电抗标幺值的计算,(
6、1)发电机G电抗标幺值的计算 可见，发电机电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。,(2)变压器T1电抗标幺值的计算 可见，变压器电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。,(3)输电线II电抗标幺值的计算 可见，输电线路电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。,(4)电抗器R电抗标幺值的计算 可见，电抗电抗标幺值的计算与基本级的选择无关。,(5)系统电抗标幺值的计算 电力系统通常可等效为一个等值电源和一个电抗，其电抗标幺值通常可用系统短路容量（短路电流）或与系统连接的断路器的遮断容量来。 已知系统短路容量 或与该系统连接的断路器断流容量 ，则该系统的等效电抗标幺值为：,各元件电抗标幺值计算汇总,发电机,变
7、压器,线 路,电抗器,系 统,第五章 电力系统故障分析,第一节 概述 第二节 恒定电势源电路的三相短路 第三节 三相短路的计算方法 第四节 不对称短路的计算方法,第二节 无穷大系统三相短路计算,无穷大系统（又称恒定电势系统），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,简单三相电路短路,短路前电路处于稳态：,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t0时刻发生短路,短路电流的强制分量, 并记为,周期分量：,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
8、始条件决定的积分常数）,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,指短路电流可能的最大瞬时值，用 表示。 其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。,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 。据分析，非周期电流有最大值的条件（也就是短路冲击电流最大值的条件）为：短路前电路空载（ ),并且短路发生时，电源电势过零（ ）。 此时短路电流为：,二、短路全电流最大有效值,可见：无穷大系统发生三相短路时，周期分量不衰减，非周期分量呈指数规律衰减。,为t=0时刻短路电流周期分量的有效值（称为次暂态短路电流）。,短路电流的最大瞬时值（短路冲击电流）在短路发生后
9、约半个周期时（即短路后0.01s）出现,称为冲击系数,指短路全电流可能的最大有效值，用 表示。 常用于校验某些电气设备的断流能力。,三、短路全电流最大有效值,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。 周期电流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。,短路电流有效值的确定,根据上述假定条件：,短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：t=0.01s，故短路电流的最大有效值：,短路容量也称为短路功率，它等于短路电流周期分量t=0s时刻的有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压
10、）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,五、短路回路总阻抗求取,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,27.5MVA Uk%=7.5,215MVA,6KV,400A,XR%=4,2、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：选择电气设备和继电保护整定值计算,最小：校验继电保护,并列运行处理,电源按最大容量处理,分裂运行处理,3、绘制等值电路图,对应每一个短路点作
11、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,4、等值电路图归并与简化,串联,并联, Y,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,（1）等电位可以连起来 （2）等电位间的电抗可以去掉,例：d1，d2发生短路时，计算短路回路的总电抗标幺值,网络中间节点消去法（Y法）,分布系数法 当求出了短路点总短路电流后，求取各电源向短路点提供的短路电流，常采用分布系数法。,六、无限大容量系统三相短路计算方法总结,（一）基本概念,哪那种故障短路电流最大,中性点接地：三相或单相,中性点
12、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,（二）标幺值法计算三相短路电流,适用于: 多电压等级、接线复杂的高压系统,取基准值,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,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,解：,用标幺制法：取S=100MVA,U=Uav,等值电路,回路总阻
13、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,第三节 有限大容量系统三相短路计算,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,同步发电机突然三相短路电流波形图(强励装置不起作用时）,一、有限大容量系统三相短路电流曲线,同步发电机突然三相短
14、路电流波形图(强励装置起作用时）,二、运算曲线,在工程计算中，常利用运算曲线来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期分量，也称运算曲线法。 运算曲线表示了短路过程中，不同时刻的短路电流周期分量与短路回路计算电抗之间的函数关系。,三相短路后t时刻时发电机提供的短路电流周期分量的标幺值。 （以发电机额定容量作为容量基准的电流标幺值）,计算电抗的标幺值，指将转移电抗归算到发电机额定容量下的电抗。,转移电抗是指选定基准下的电抗,使用运算注意事项 运算曲线只作到 为止。当 时，可近似地认为短路点离电源点的距离相当远，电源可认为“无穷大”系统，因而短路电流周期分量已不随时间变化,即,注意：Uav为短路点的平
15、均额定电压。,计算短路电流周期分量时，略去所有的负荷（因为在制作运算曲线时，已经考虑了负荷的影响），而在计算次暂态短路电流和冲击电流时，应该考虑短路点附近负荷的影响。 当t4s时，短路电流周期分量基本已不衰减，故t4s（包括t）时短路电流周期分量按t=4s的电流来求取。,三、有限大容量系统三相短路计算步骤 1、收集资料，画计算电路图,2、计算各元件的电抗标幺值，绘制标幺值等值网络（Sd=100或1000MVA、Ud=Uav），原始网络中除短路处的大容量电动机外，其余的负荷均忽略。,3、进行网络等值化简，最终要简化成各电源与短路点之间都只经一个电抗直接相连，这个电抗称为转移电抗，它是以Sd=100或1000MVA为基准的标幺值。,4、将各转移电抗分别换算成计算电抗,即换算成以各自的电源总容量(等值发电机容量，见下面）为基准容量的标幺值，换算方法如下： 5、查短路电流周期分量的标幺值，即根据计算电抗在运算电抗上查出各电源供给的各时刻的短路电流周期分量标幺值。具体如下：,（1）校验高压电器和导体的动稳定时，应计算冲击电流 （2）校验高压电器和导体的热稳定时，应计算短路电流的周期分量在0s、t/2s、ts的数值，t为短路电流的持续时间。 （3）校验断路器的开断能力时，应计算分闸瞬间的短路电流周期分量和直流分量。校验断路器的关合能力时，应计算短路电流的最大值。 （4）校验非限流熔断器的开
