电力系统的对称故障分析课件

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1、1,第六章 电力系统对称故障分析,2,一、 短路的一般概念 二、 标么制 三、 恒定电势源供电系统的三相短路 四、 有限容量电源的三相短路 五、 三相短路电流的实用计算,3,1.短路的定义,一、短路的一般概念,短路就是指相与相或相与地之间发生不正常通路的情况。,2.短路的种类,对称短路,不对称短路,单相接地短路(65%),两相短路(10%),两相接地短路(20%),三相短路(5%),4,3.短路的图例及表示符号,5,4.短路的影响,使短路点附近支路的电流大幅度增加，引 起导体发热或变形；,系统电压大幅度下降，造成产品报废、设 备损坏等后果；,短路故障会破坏系统的稳定运行。,6,二、标么制,1.

2、标么值,基准值的选择,7,单相电路中,基准值选择,8,在对称的三相系统中:,若选择基准值满足相同的物理关系：,9,标么值的特点,没有单位，物理意义没有有名值明确； 具有相对性； 能简化公式和计算过程，便于判断设备 的性能。,10,四个基准值之间有依存关系，一般只需确定基准功率SB和基准电压UB两个即可；,SB多选择为100MVA、1000MVA、系统总容量或某个发电厂机组容量之和；,说明：,UB多选为额定电压或平均额定电压。,11,不同基准值的标么值间的换算,换算方法及步骤,将以额定参数为基值的标么值还原为有名值；,将还原的有名值换算为统一基准值下的标么值。,12,变压器,线路,发电机,或,1

3、3,电抗器,14,15,16,2.各元件标么值的近似计算,除电抗器外，假定同一电压等级中各元件的额定电压等于网络的平均额定电压；,变压器的实际变比等于其两侧的平均额定电压之比；,基准电压取为网络的平均额定电压,17,平均额定电压,同一电压等级的各元件最高额定电压与最低额定电压的平均值。,单位：kV,18,各元件电抗标么值的近似计算公式,(2)变压器,(4)线路,(3)电抗器,(1)发电机,19,标么值等值电路图的绘制。每个元件参 数一般用下面的形式表示。,元件编号,元件标么值参数,20,本节分析不考虑电源内部电磁暂态过程的恒定电势源（无限大容量电源）供电时，电路中发生三相短路后的电磁暂态过程,

4、三、恒定电势源供电系统的三相短路,21,22,三、恒定电势源供电系统的三相短路,1.短路电流的暂态变化过程,23,短路前a相的电势和电流：,式中：,合闸角：短路（或合闸）前瞬间电压的相位角。,24,如图所示系统发生三相短路后，f 点左半部和右半部仍保持对称。 右半部： i 逐渐衰减至零； 左半部：短路前， 短路后，阻抗值从,ia,25,短路后a相的微分方程式,上式的解就是短路的全电流： 特解，代表短路电流的强制分量、周期分量、新稳态电流； 齐次方程的一般解，代表短路电流的自由分量、非周期分量。,26,周期分量的求解,短路电流周期分量幅值,电路的阻抗角,短路电流的周期分量,27,非周期分量的求解

5、,短路电流非周期分量,特征方程的根,自由分量衰减的时间常数,积分常数C，由初始条件决定，即非周期电流的起始值iap0,a相短路的全电流为,28,短路前后电感电路电流不能跃变,c的求解,29,a相短路电流的算式,b相短路电流的算式：,c相短路电流的算式：,三相短路电流的周期分量是一组对称正弦量； 各相非周期分量不相等。,30,短路后达到稳态值 稳态电流-非周期电流衰减为零时，短路电流中剩下的三相对称的周期分量 其值大小取决于电源电压幅值和短路回路总阻抗,31,2.短路冲击电流,短路电流最大可能的瞬时值，记为 。,32,在时间轴上的投影代表各量的瞬时值,33,简单三相电路短路时的向量图,短路冲击电

6、流 出现的条件： 1） 有最大可能值； 2） 在 时与时间轴平行。 在电感性电路中，符合上述条件的情况是：电路原来处于空载状态，短路恰好发生在短路周期电流取幅值的时刻。,34,阻抗角 ；,合闸角 ；,非周期分量有最大初始值的条件, ，即短路前电路为空载运行状态,35,36,短路电流的最大值约在短路后的T/2时刻出现。,冲击系数,短路冲击电流,主要用来校验电气设备和载流导体的动稳定。,37,在发电机端部发生短路时，kim=1.9,在发电厂高压侧母线上短路时， kim=1.85,其他地点短路时，kim=1.8,电力系统实用计算中，kim的取值,38,短路电流有效值,It 是指以任一时刻t为中心的一

7、个周期内瞬 时电流的均方根值。,假定：周期分量电流的幅值恒定。非周期分量在以时间t为中心的一个周期内恒定不变。,39,正弦函数在一个周期内的积分，其值为0,40,短路电流最大有效值,主要用于校验某些电器的断流能力。,41,母线残压计算,母线残压的概念及计算多用于继电保护或自动装置的整定计算中。,42,短路功率,短路功率等于短路电流有效值同短路处 的正常工作电压。,主要用来校验开关的切断能力。 在实用计算中，常采用周期分量电流的初始 有效值计算短路功率。,43,同步发电机对称短路时的稳态短路电流,有限容量电源的三相短路,激磁电势E0,主磁通,44,定子绕组的特点,空间上对称： 三相绕组匝数相等，

8、互差120度分布 时间上对称： 三相感应电流对称,45,电枢磁势的特点,转速：同步转速 波幅的位置：哪相电流达到最大，就在该相绕组的轴线上 转向：电流超前相转向电流滞后相,46,电枢磁通 会在定子绕组中感应电势。,47,在有负载的情况下，定子绕组中合成的感应电势为,UG又称为发电机的端电压。,48,空载情况下发电机的端电压UG等于激磁电势E0。,稳态短路电流为,49,(1.4.2),(0.070.36),由于 较大，故稳态短路电流不大。,50,举例：设某汽轮发电机的 Xd=1.72。, 短路前，发电机在额定电压下空载运行,取 UB=UN，SB=SN。, 短路前，发电机在额定状态下运行,51,5

9、2,同步发电机对称短路的暂态过程,53,空载运行时的短路暂态过程,短路瞬间的电势变化,54,短路电流周期性分量的有效值,分析：实际的励磁磁通为,0+ad L,励磁绕组存在电阻，自由电流要逐渐衰减。,短路电流周期分量的衰减速度取决于励磁回路的时间常数。,55,56,短路瞬时电枢反应路径磁通 (a)次暂态瞬间 (b)暂态瞬间 (c)稳态,57,短路电流周期分量的计算,58,负载情况下的短路起始暂态电流,59,次暂态电抗、次暂态电势和次暂态电流,60,无阻尼绕组的水轮机,有阻尼绕组的水轮机,汽轮发电机,61,短路冲击电流和短路电流最大有效值,(恒定电势源),(有限电势源),62,63,异步电机对称短

10、路时的暂态过程,异步机的等值电路图,64,设短路前异步电动机的端电压为U0、电流为I0、电压和电流间的相角差为 ，则,次暂态电势的计算,次暂态电抗的计算,起动电流标么值,65,总容量大于800kW的高压电动机,在短路计算中，直接接在短路点的大型异步电动机的作用要单独加以考虑。,单机容量在20kW以上的低压电动机,说明：,远离短路点的电动机，短路瞬间近似地用一个综合负荷等值支路表示。,(以额定运行参数为基准值),66,计算异步机影响的短路点总冲击电流,同步电动机、调相机的冲击系数和相同容 量的同步发电机的冲击系数相同。,异步电机由于没有原动机带动，其短路电流衰减很快，一般只影响次暂态电流和冲击电

11、流。,67,三相短路电流的实用计算,计算短路后某一特定时间的短路电流数值。,68,当f 点短路时:,输入阻抗和转移阻抗,69,互易定理,70,71,转移电抗Xif的物理意义,72,输入电抗Xff的物理意义,73,用单位电流法求转移电抗,令,74,单位电流法步骤： 1、令各电势接地 2、设某条支路（一般为距短路 点最远的一条支路）的电流为1 3、推算其他支路的电流及短路 支路应施加的电势 4、求转移电抗,问题：输入电抗是否可以用单位电流法求出？,75,电流分布系数,定义,物理意义,Ci表示所有电源的电势都相等时，第i个电 源所提供的短路电流占总短路电流的比例。,76,Ci可以代表电流，有方向、大

12、小、且符合节点电流定律。,77,描述短路电流随时间、电气距离变化的曲线。,计算曲线法求短路电流,计算电抗Xjs的定义,发电机的纵轴次暂态电抗和归算到发电机 额定容量的外接电抗的标么值之和。,78,典型接线中发电机满载运行，50%的负荷接在发 电机的高压母线上，其余的负荷功率通过输电线路送 到短路点以外。,计算曲线的制作,79,80,81,计算曲线的应用,发电机的特性（类型和参数等）；,距短路点的电气距离。,发电机合并的主要依据：短路电流的变化规律是否 相同或相近。,分组的基本原则： *距短路点电气距离相差不大的同类型发电机可以合并为一组； *远离短路点的不同类型发电机可以合并为一组； *直接与

13、短路点相连的发电机单独合并为一组； *无限大功率（或容量）电源单独为一组。,等值电源的容量等于提供短路电流的所有电源的额定容量之和。,82,计算曲线的应用步骤,绘制等值网络,a.选取基准功率SB和基准电压UB =Uav,略去各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路。,b.发电机电抗用,c.无限大功率电源的内阻抗为0。,83,进行网络变换,a.合并电源；,b.求出各等值发电机对短路点的转移电抗Xfi及无限大电源对短路点的转移电抗Xfs,求出各等值发电机对短路点的计算电抗,由计算电抗，根据计算曲线找出制定时刻各等值发电机提供的短路周期电流的标么值,84,无限大功率电源提供的短路周期电流的标么

14、值,计算短路周期电流的有名值,第i台等值发电机,无限大功率电源,85,短路点的周期电流的有名值,说明：,上式中Uav取短路处电压级的平均额定电压；,短路时间4s，认为短路电流周期分量不再衰减，其值等于4s时刻的值。,86,复杂网络划分成两组或三组后加以合并即可；,当Xjs 3.45时，近似认为短路电流周期的幅值已不随时间变化。,87,本章小结,标么值的定义 基准值的特点、电力系统计算中标么值如 何选取？相应的计算公式有何变化？,恒定电势源供电系统短路分析 三相短路后，短路电流的组成和变化规律？,88,有限容量电源系统的短路分析 短路电流周期分量的变化规律？ 异步电动机对短路暂态过程的影响？,短路冲击电流ich、短路电流最大有效值Ich及母线残压的计算？,89,利用计算曲线求短路电流的步骤？,输入阻抗、转移阻抗及电流分布系数的定义和物理意义？,