短路电流实用计算

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1、第五章 短路电流实用计算l 第一节 短路的基本概念l 第二节 标么值l 第三节 电力系统中各元件的电抗标么值的计算l 第四节 短路电流计算的程序l 第五节 由无限大容量系统供电的三项短路l 第六节 由发电机供电的三相短路的实用计算l 第七节 电力系统中各元件的序参数和序网络l 第八节 不对称短路电流的计算第一节 短路的基本概念l 一、 短路的 定义及其种类 l 二、发生短路的 原因l 三、短路的 后果l 四、短路计算的 目的与计算假设一、 短路的 定义及其种类l 在电力系统中，短路是最常见而且对电力系统运行产生严重影响的故障。所谓短路是指相与相或相与地之间直接金属性连接。短路种类主要有三相短路

2、、两相短路、单相接地短路和两相接地短路等四种。三相短路属对称短路，其它属不对称短路。l 系统中各种短路、代表符号及事故机率如 表5-1所示。短路种类代表符号及 事故机率二、发生短路的 原因l （ 1）设备或装置存在隐患。如绝缘材料陈旧老化、绝缘机械损伤、设备缺陷未发现消除、设l 计安装有误等。l （ 2）运行、维护不当。如运行人员不遵守操作规程，出现误操作，技术水平低，管理不善，机械损伤等。l （ 3）自然灾害。如雷击过电压，特大的洪水、大风、冰雪、塌方等引起的线路倒杆、断线，飞禽走兽跨接裸导体等。一般说来，短路故障是可以防范的，绝大多数短路故障的发生都与工作人员未能很好地履行岗位职责有关。三

3、、短路的 后果l （ 1）电动力效应。短路电流在设备中产生巨大的的电动力，可能引起设备变形、扭曲、断裂。l （ 2）热效应。短路电流通常比正常工作电流大几十倍。导体的发热量与电流的平方成正比，使设备温度急剧上升，可能导致设备短时过热。不仅烧坏设备，还可能伤及工作人员。l （ 3）磁效应。短路电流通过线路时在周围产生交变的电磁场。特别是不对称短路，对附近通信线路和无线电波产生电磁干扰。l （ 4）电压效应。短路电流使电网电压降低。电网电压的下降可能导致用电设备正常工作的破坏，还可能造成系统中并列运行的发电机失步或者导致电网枢纽电压的崩溃，所有这些都可能引起电力系统瓦解而造成大面积停电事故。在某些

4、不对称短路情况下，非故障相电压将超过额定值，引起 “工频电压升高 ”的内部过电压现象。四、短路计算的 目的与计算假设计算短路电流的 具体目的短路电流基本 假设 计算短路电流的 具体目的l 选择和校验电气设备； 进行继电保护装置的选型与整定计算； 分析电力系统的故障及稳定性能；选择限制短路电流的措施； 确定电力线路对通信线路的影响等。短路电流计算基本 假设l （ 1）电力系统在正常工作时三相是对称的；所有发电机的转速和电势相位在短路过程中保持不变，即发电机无摇摆现象。l （ 2）电力系统各元件的电容和电阻略去不计；各元件的电抗在短路过程中保持不变；即不受铁芯饱和的影响；变压器还略去励磁电流和励磁

5、回路。各电力元件的寄生电容仅在超高压时才考虑；在 1kV及以下的低压网络中，或短路回路的总电阻常大于总电抗的 1/3(甚至大于电抗 )时，应计入电阻。在高压电网中计算短路电流非周期分量的时间常数时，应考虑短路回路中电阻的影响。 第二节 标么值一、标么值的 定义二、标么值的 转换三、标么值的 特点一、标么值的 定义l 标么值是某些电气量的实际有名值与所选定的同单位规定值之比，即l l 可见标么值是一个无单位的比值，而且，对同一个实际值，当所算的基值不同时其标幺值也不同。标么值的符号为各量符号加下角码 “*”。二、标么值的 转换l 四个电气量对于选取的四个基准量的标幺值为 在计算时要把电气元件的（

6、额定）基值的标幺值转换为统一选定的基准值下的标幺值。以电抗的标幺值为例，转换公式为 基准电压等于额定电压时，上面公式变成 基准电压的选取基准电压的选取l 在实用计算中，通常选取某一段电路的平均标称电压作为基准电压，也就是说各段电路的基准电压均等于该段电路的平均电压。我国电力系统中常用到的各电压级的平均标称电压如下：电 网 额 定电压 （kV）3 6 10 35 110 220 330 500电 网平均 标称 电压（ kV） 3.15 6.3 10.5 37 115 230 345 525三、标么值的 特点l （ 1）在三相电路中 ,标么值相量等于线量。l （ 2）三相功率和单相功率的标么值相同

7、。l （ 3）三相电路的标么值欧姆定律为 U*=I*X*，功率方程为 S*=U*I*,与单相电路的相同。l （ 4）当电网的电源电压为额定值时 (即 U*=1)，功率标么值与电流标么值相等，且等于电抗标么值的倒数。l （ 5）两个标么基准值相加或相乘，仍得同基准的标么基准值。l 由于上述特点，用标么值计算短路电流可使计算简便，且结果明显，便于迅速及时地判断计算结果的正确性。第三节 电力系统中各元件的电抗标么值的计算l 一、 同步电机l 二、 变压器 l 三、架空线路和电缆 线路l 四、 电抗器一、 同步电机l 1.有名值在三相短路电流的实用计算中，只需知道同步电机在短路起始瞬间的电抗，即纵轴次

8、暂态电抗 ，实际计算时需换算到所选定的基准值，换算公式为 二、 变压器l 1. 双绕组 变压器l 2. 三绕组 变压器1. 双绕组 变压器l 双绕组变压器产品给出阻抗电压（短路电压）百分值 Ud%，以变压器额定参数为基准值的电抗标幺值为： 2. 三绕组 变压器l 等值电路l 额定 标么值l 基准 标么值等值电路额定 标么值基准 标么值三、 线路l 标么值四、 电抗器第四节 短路电流计算的程序l 计算短路电流前，应先搜集有关的电力系统接线图、运行方式及各元件的技术数据等资料。计算时，根据资料首先拟出计算电路图，再选定计算短路点。对每一短路点作出等值电路图，并逐步化简至最简形式的短路回路，即由一个

9、总电源经总电抗至计算短路点的短路回路，便可求出所选短路点的短路电流值。 第五节 由无限大容量系统供电的三项短路一、无限大容量电力系统的 概念二、短路电流的变化 规律三、短路电流各分量的 计算一、无限大容量电力系统的 概念l 系统中的发电机愈多，容量越大，则系统内阻抗就愈小。这时若外电路元件的阻抗比系统内阻抗大得多，则当外电路中电流发生变动甚至出现短路时，系统出口母线电压变化很小。在实用的短路计算中可忽略此电压的变动而近似认为系统出口母线电压维持不变。 l 在进行短路电流计算时，若系统内阻抗不超过短路回路总阻抗 (含系统内阻抗 )的 5% 10%，便可视为无限大容量系统。 二、短路电流的变化 规

10、律 （一）二、短路电流的变化 规律 （二）l 发生短路后，整个短路过程包括两部分，即暂态过程和稳态过程。在暂态过程中，短路电流包含两个分量：一个是稳态分量，又称周期分量；另一个是暂态分量，也称非周期分量。非周期分量是一个按指数规律衰减的分量，当其衰减完后，短路即进入稳定状态。l 故短路全电流为 三、短路电流各分量的 计算l 1. 周期分量l 2. 非周期分量l 3. 短路 冲击电流l 4. 母线 残余电压l 5. 短路功率1. 周期分量l 无穷大容量系统中：l 用标幺值计算时，一般取 UB=UP，则l 周期分量的有名值为 2. 非周期分量l 发生短路的最严重条件是：发生短路时电压的初相角为零；

11、短路前电路为空载，即负荷电流为零；电路中电阻可忽略不计，为纯电感电路，即阻抗角 =90。l 任意时刻 t时非周期分量的瞬时值为 3.短路 冲击电流4. 母线 残余电压5. 短路功率第六节 由发电机供电的三相短路的实用计算l 一、短路电流 曲线l 二、周期分量电流幅值的 变化l 三、计算电抗对周期分量有效值的 影响 l 四、次暂态短路电流及冲击短路电流的 计算l 五、短路电流的总有效值与 冲击电流有效值一、短路电流 曲线l 无自动电压调整器 时的三相短路电流曲线 l 有自动电压调整器 时的三相短路电流曲线 无自动电压调整器 时的三相短路电流曲线有自动电压调整器 时的三相短路电流曲线三、计算电抗对

12、周期分量有效值的 影响l 短路回路的总电抗标么值换算为 计算电抗 的公式l 不同的计算电抗 Xjs 时，周期分量有效值的 变化曲线 短路回路的总电抗标么值换算为计算电抗 的公式不同的计算电抗Xjs时，周期分量有效值的 变化曲线四、次暂态短路电流及冲击短路电流的 计算l 三相短路的次暂态电流 l 发电机的次暂态电势：若发电机在短路前已带有额定负荷，则：l 最大相冲击短路电流 l 实用计算中，对发电机端取 Kch=1.9，对发电厂的高压配电装置母线取 Kch=1.85，远离发电厂时取 Kch=1.8。 五、短路电流的总有效值与 冲击电流有效值lIch的大小与短路点的位置有关，如远离发电厂时，第七节

13、 电力系统中各元件的序参数和序网络l X1、 X2、 X0 包括电源和外电路的短路回路的正序、负序和零序总电抗l 各元件的 各序阻抗各元件的 各序阻抗l （一） 正序电抗l （二） 负序电抗l （三） 零序电抗（一） 正序电抗l 在计算三相短路电流时所用的各元件电抗就是元件的正序电抗。因为三相短路电流就是正序电流。 （二） 负序电抗l 静止电器是指不带旋转部件的电器，如变压器、电抗器、架空线路及电缆线路等，其负序电抗等于正序电抗。l 同步电机的负序电抗一般不等于正序电抗。同步电机的负序电抗值可由产品目录或手册查出。如缺少这些数据时，也可采用下述平均值：l 对汽轮发电机和有阻尼绕组的水轮发电机，

14、l 对无阻尼绕组的水轮发电机：（三） 零序电抗l 1 同步电机l 2 电抗器l 3. 架空线路l 4 电力电缆l 5.变压器1 同步电机l 无厂家数据时可取下列平均值：无阻尼绕组的水轮发电机有阻尼绕组的水轮发电机容量 5OMVA及以下的汽轮发电机2 电抗器l 3. 架空线路l 实际计算时可近似取以下平均数据单回架空线路 双回中的一回架空线路 4 电力电缆5. 变压器l 几种常用的双绕组和三绕组变压器的绕组接线及其零序电流 等值电路图 l （ 1） YN， d接线 的双绕组变压器 l （ 2） YN， y接线 的双绕组变压器 l （ 3） YN， yn接线 的双绕组变压器l （ 4） 三绕组 变压器 几种常用的双绕组和三绕组变压器的绕组接线及其零序电流 等值电路图 （ 1） YN， d接线 的双绕组变压器（ 2） YN， y接线 的双绕组变压器l 一般额定标么值 （ 3） YN， yn接线 的双绕组变压器l 若绕组 侧具有零序通道，则变压器的零序电抗应与该侧零序等值电路一并考虑。若绕组 侧无零序通道，则与 YN， y接线的情况相同 。（ 4） 三绕组 变压器YN， d， y接线YN， d， d接线YN， d， yn接线变压器绕组的零序电抗要与整个零序网络一并考虑 第八节 不对称短路电流的计算l 一、 两相短路l 二、 单相接地短路l 三、 两相接地短路l 四、 正序等效