電力系統(tǒng)三相短路暫態(tài)ppt課件

1、第第5 5章章 電力系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程電力系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程n5.1 5.1 短路的普通概念短路的普通概念n5.2 5.2 恒定電勢源電路的三相短路恒定電勢源電路的三相短路n5.3 5.3 同步電機(jī)忽然三相短路的物理過程同步電機(jī)忽然三相短路的物理過程n5.4 5.4 無阻尼同步電機(jī)三相短路電流計算無阻尼同步電機(jī)三相短路電流計算n5.55.5* * 有阻尼同步電機(jī)的忽然三相短路有阻尼同步電機(jī)的忽然三相短路n5.65.6* * 強(qiáng)行勵磁對短路暫態(tài)過程的影響強(qiáng)行勵磁對短路暫態(tài)過程的影響內(nèi)容提要內(nèi)容提要n提出短路的根本概念、短路呵斥的危害以及短提出短路的根本概念、短路呵斥的危害以及短路計算的目

2、的；路計算的目的；n假設(shè)發(fā)電機(jī)容量為無限大、電壓及頻率為恒定假設(shè)發(fā)電機(jī)容量為無限大、電壓及頻率為恒定的條件下，基于磁鏈?zhǔn)睾阍敲磳﹄娏ο到y(tǒng)三的條件下，基于磁鏈?zhǔn)睾阍敲磳﹄娏ο到y(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程、短路電流及功率進(jìn)展分析；相短路的暫態(tài)過程、短路電流及功率進(jìn)展分析；n發(fā)電機(jī)忽然發(fā)生三相短路的暫態(tài)過程；發(fā)電機(jī)忽然發(fā)生三相短路的暫態(tài)過程；5.1 5.1 短路的普通概念短路的普通概念 一、短路的緣由、類型及后果一、短路的緣由、類型及后果短路短路一切不正常的相與相之間或相與地一切不正常的相與相之間或相與地( (對于中性點對于中性點接地的系統(tǒng)接地的系統(tǒng)) )發(fā)生通路的情況。發(fā)生通路的情況。1.1.短路的緣

3、由：短路的緣由： (1) (1) 元件損壞元件損壞 (2) (2) 氣候條件惡化氣候條件惡化 (3) (3) 違規(guī)操作違規(guī)操作 (4) (4) 其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接其他，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接2.2.短路缺點種類短路缺點種類n電力系統(tǒng)的短路缺點也稱為橫向缺點，一相或兩相斷電力系統(tǒng)的短路缺點也稱為橫向缺點，一相或兩相斷線的情況為斷路缺點，也稱為縱向缺點。線的情況為斷路缺點，也稱為縱向缺點。n三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路)1 , 1(f)3(f)2(f)1(fn三相短路三相短路對稱短對稱短路；其他類型的短路路；其他類型

4、的短路不對稱短路不對稱短路n在各種類型的短路中，在各種類型的短路中，單 相 短 路 占 大 多 數(shù)單 相 短 路 占 大 多 數(shù)65%65%，兩相短路較，兩相短路較少，三相短路的時機(jī)最少，三相短路的時機(jī)最少少3.3.短路的危險后果短路的危險后果出現(xiàn)大電流。出現(xiàn)大電流。系統(tǒng)電壓大幅度下降。系統(tǒng)電壓大幅度下降。發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在臨發(fā)生不對稱短路時，不平衡電流能產(chǎn)生足夠的磁通在臨近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢，這對于架設(shè)在高近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢，這對于架設(shè)在高壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)壓電力線路附近的通訊線路或鐵道訊號系統(tǒng)等會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。生嚴(yán)重

5、的影響。發(fā)電廠失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，呵斥大片地域停電發(fā)電廠失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，呵斥大片地域停電最嚴(yán)重后果。最嚴(yán)重后果。4.預(yù)防短路措施：預(yù)防短路措施：n采取合理的防雷措施，加強(qiáng)運轉(zhuǎn)維護(hù)管理；采取合理的防雷措施，加強(qiáng)運轉(zhuǎn)維護(hù)管理；n線路上安裝電抗器。線路上安裝電抗器。n采用繼電維護(hù)安裝，切除缺點設(shè)備，保證無缺點部采用繼電維護(hù)安裝，切除缺點設(shè)備，保證無缺點部分平安運轉(zhuǎn)；分平安運轉(zhuǎn)；n架空線路采用自動重合閘安裝；架空線路采用自動重合閘安裝；二、短路計算的目的二、短路計算的目的 短路計算是處理一系列技術(shù)問題所不可短少的根本計算短路計算是處理一系列技術(shù)問題所不可短少的根本計算 選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度

6、和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，必需以短路選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備，必需以短路電流為根據(jù)；電流為根據(jù)；為了合理地配置各種繼電維護(hù)和自動安裝并正確整定其參數(shù)；為了合理地配置各種繼電維護(hù)和自動安裝并正確整定其參數(shù)；在設(shè)計和選擇電氣主接線時，根據(jù)短路計算結(jié)果確定能否需在設(shè)計和選擇電氣主接線時，根據(jù)短路計算結(jié)果確定能否需求采取限制短路電流的措施等，造價評價，選擇最正確接求采取限制短路電流的措施等，造價評價，選擇最正確接線方案；線方案；進(jìn)展電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研討短路對用戶任務(wù)的影響；進(jìn)展電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研討短路對用戶任務(wù)的影響；確定輸電線路發(fā)生短路缺點對臨近通訊線路的干擾，必需進(jìn)確定輸電

7、線路發(fā)生短路缺點對臨近通訊線路的干擾，必需進(jìn)展短路計算。展短路計算。確定計算條件：確定計算條件：w短路發(fā)生時系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方式短路發(fā)生時系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)方式w短路的類型和發(fā)生地點短路的類型和發(fā)生地點w短路發(fā)生后所采取的措施等短路發(fā)生后所采取的措施等5.2 恒定電勢源電路的三相短路恒定電勢源電路的三相短路一、短路的暫態(tài)過程一、短路的暫態(tài)過程短路前短路前a a相的電勢和電流：相的電勢和電流：式中：式中：合閘角合閘角：短路或合閘前瞬間電壓的相位角。：短路或合閘前瞬間電壓的相位角。) sin()sin(tIitEemm222) () (LLRREImm) (RRLLarctgia系統(tǒng)發(fā)生三相短路后，系統(tǒng)發(fā)生三相

8、短路后，f f點左半部和右半部仍堅持對稱。點左半部和右半部仍堅持對稱。右半部：右半部：i 0i 0；左半部：短路前，左半部：短路前， 短路后，阻抗值從短路后，阻抗值從)sin(tIimLjRLLjRR)()(衰減衰減短路后短路后a相的微分方程式相的微分方程式(5-2)(5-2)解就是短路的全電流：解就是短路的全電流：特解，代表短路電流的強(qiáng)迫分量、周期分量、新穩(wěn)態(tài)電流；特解，代表短路電流的強(qiáng)迫分量、周期分量、新穩(wěn)態(tài)電流；齊次方程的普通解，代表短路電流的自在分量、非周期分齊次方程的普通解，代表短路電流的自在分量、非周期分量。量。5-2)sin(tEdtdiLRim短路全電流短路全電流短路電流周期分

9、量幅值短路電流周期分量幅值電路的阻抗角電路的阻抗角5-35-3短路電流的周期分量短路電流的周期分量appiii)sin(tIipmp22)( LREImpmRLarctg)sin(tEdtdiLRim短路電流非周期分量短路電流非周期分量特征方程的根特征方程的根自在分量衰減的時間常數(shù)自在分量衰減的時間常數(shù)5-4)/exp(aptapTtCCei積分常數(shù)積分常數(shù)C C，由初始條件決議，即非周期電流的起始值，由初始條件決議，即非周期電流的起始值iap0iap0 00iiCIIpmm)sin()sin()sin()sin(0pmmapIIiC短路全電流短路全電流appiiiLRp/RLpTa/1)si

10、n(tIimaTtpmCetIi/)sin(a相短路電流的算式相短路電流的算式b相短路電流的算式：相短路電流的算式：c相短路電流的算式：相短路電流的算式：5-6aTtpmmpmappeIItIiii/)sin()sin()sin(ipiapaTtpmmpmeIItIi/)120sin()120sin()120sin(aTtpmmpmeIItIi/)120sin()120sin()120sin( 三相短路電流的周期分量是一組對稱正弦量；三相短路電流的周期分量是一組對稱正弦量； 各相非周期分量不相等。各相非周期分量不相等。i0iap0ip0mE短路暫態(tài)過程的相量圖短路暫態(tài)過程的相量圖0)sin(p

11、pmpmiII0)sin(iIImm0appmmiIIi0iap0ip0n非周期電流初值的大非周期電流初值的大小同短路發(fā)生的時辰小同短路發(fā)生的時辰有關(guān)，即與短路發(fā)生有關(guān)，即與短路發(fā)生時電源電勢的初始相時電源電勢的初始相角角有關(guān)。有關(guān)。n平行；垂直平行；垂直0appmmiII非周期分量有最大初值或零值的情況只能夠在一相出現(xiàn)。非周期分量有最大初值或零值的情況只能夠在一相出現(xiàn)。二、短路沖擊電流二、短路沖擊電流非周期分量電流出現(xiàn)最大值：非周期分量電流出現(xiàn)最大值： (1) (1) 相量差有最大能夠值相量差有最大能夠值 (2) (2) 相量差在相量差在t t0 0時與時間軸平行時與時間軸平行 pmmIIp

12、mmII短路電流最大能夠的瞬時值稱為短路沖擊電流，以短路電流最大能夠的瞬時值稱為短路沖擊電流，以iimiim表表示。短路沖擊電流出現(xiàn)的條件：示。短路沖擊電流出現(xiàn)的條件：n短路回路為純電感電路短路回路為純電感電路 9090n電壓的初相角過零值電壓的初相角過零值 =0 =0n電路原來處于空載電路原來處于空載 Im=0 Im=0aTtpmmpmeIItIi/)sin()sin()sin(aTtpmpmeItIi/cos能夠出現(xiàn)最大短路沖擊電流的能夠出現(xiàn)最大短路沖擊電流的表達(dá)式：表達(dá)式：aTtpmmpmeIItIi/)sin()sin()sin(短路電流的最大瞬時短路電流的最大瞬時值在短路發(fā)生后約半值

13、在短路發(fā)生后約半個周期出現(xiàn)個周期出現(xiàn) t0.01s沖擊電流的算式：沖擊電流的算式：pmimpmaapmpmimIkITTIIi)/01.0exp(1)/01.0exp(沖擊系數(shù)沖擊系數(shù)aTtpmpmeItIi/cosn當(dāng)時間常數(shù)當(dāng)時間常數(shù)TaTa的數(shù)值由零變到無限大時，沖擊系數(shù)的變的數(shù)值由零變到無限大時，沖擊系數(shù)的變化范圍化范圍lkim2lkim2。n在適用計算中，當(dāng)短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)電壓母線時，取在適用計算中，當(dāng)短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)電壓母線時，取kim=1.9kim=1.9；n短路發(fā)生在發(fā)電廠高壓側(cè)母線時，取短路發(fā)生在發(fā)電廠高壓側(cè)母線時，取kim=1.85kim=1.85；n在其他地點短路時，取在

14、其他地點短路時，取kim=1.8kim=1.8。n沖擊電流主要用來校驗電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的電動力穩(wěn)沖擊電流主要用來校驗電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的電動力穩(wěn)定度。定度。)/01. 0exp(1aimTk三、短路電流的有效值三、短路電流的有效值在短路過程中，任一時辰在短路過程中，任一時辰t t的短路電流有效值的短路電流有效值ItIt，是指以，是指以時辰時辰t t為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值。為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值。it it ：t t時辰短路電流瞬時時辰短路電流瞬時值值ipt ipt ：周期分量瞬時值：周期分量瞬時值iaptiapt：非周期分量的瞬時：非周期分量的瞬時值值5-9dti

15、iTdtiTIaptTtTtptTtTtt22/2/2/2/2)(11n非周期分量有效值：假定在以時間非周期分量有效值：假定在以時間t t為中心的一個周為中心的一個周期內(nèi)恒定不變，因此它在時間期內(nèi)恒定不變，因此它在時間t t的有效值就等于它的的有效值就等于它的瞬時值瞬時值nn周期分量有效值：在所計算的周期內(nèi)是幅值恒定的，周期分量有效值：在所計算的周期內(nèi)是幅值恒定的，其數(shù)值即等于由周期電流包絡(luò)線所確定的其數(shù)值即等于由周期電流包絡(luò)線所確定的t t時辰的幅時辰的幅值。值。n短路全電流有效值：短路全電流有效值：aptaptiI2pmtptII22tptaptIII在最不利的情況下發(fā)生短路時，在最不利的

16、情況下發(fā)生短路時，t t0.0ls0.0ls，這時非周，這時非周期分量的有效值為：期分量的有效值為： 5-11當(dāng)沖擊系數(shù)當(dāng)沖擊系數(shù)kimkim1.91.9時，時，Iim=1.62IPIim=1.62IP kim kim1.81.8時，時，Iim=1.51IPIim=1.51IP)1(212)1(22imppimpimkIIkII短路電流最大有效值短路電流最大有效值Iim：pmimapmapIkTII) 1()/01. 0exp(四、短路功率四、短路功率n短路電流有效值同短路處的正常任務(wù)電壓普通用平短路電流有效值同短路處的正常任務(wù)電壓普通用平均額定電壓的乘積。均額定電壓的乘積。n標(biāo)幺值方式標(biāo)幺值

17、方式n短路容量主要用來校驗開關(guān)的切斷才干短路容量主要用來校驗開關(guān)的切斷才干3tav tSV I*33av ttttBBBV IISIIV I5.3 5.3 同步電機(jī)忽然三相短路的物理分析同步電機(jī)忽然三相短路的物理分析 一、忽然短路暫態(tài)過程的特點一、忽然短路暫態(tài)過程的特點 大沖擊電流大沖擊電流電樞反響磁通變化電樞反響磁通變化轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流影響定子電影響定子電流流定子和轉(zhuǎn)子繞組電流的相互影響顯著特點定子和轉(zhuǎn)子繞組電流的相互影響顯著特點二、超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍敲炊⒊瑢?dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍敲?n超導(dǎo)體超導(dǎo)體電阻為零的導(dǎo)體，超導(dǎo)體閉合回路維持電阻為零的導(dǎo)體，超導(dǎo)體閉合回路

18、維持所環(huán)鏈的磁鏈不變。所環(huán)鏈的磁鏈不變。n電壓觀念電壓觀念 假設(shè)假設(shè)躍變躍變d/dt=d/dt=無限大電源無限大電源( (不存在不存在) ) n楞茨定那么楞茨定那么任何閉合線圈在忽然變化的瞬間，任何閉合線圈在忽然變化的瞬間，都能維持磁鏈不變。都能維持磁鏈不變。rr0永遠(yuǎn)不變永遠(yuǎn)不變超導(dǎo)體磁鏈?zhǔn)睾阍敲吹臄?shù)學(xué)描畫超導(dǎo)體磁鏈?zhǔn)睾阍敲吹臄?shù)學(xué)描畫u閉合回路、電阻閉合回路、電阻R R、磁鏈、磁鏈、無外電源、無外電源u回路由理想超導(dǎo)體構(gòu)成：回路由理想超導(dǎo)體構(gòu)成：R R0 0常數(shù)常數(shù)0 Ridtd0dtd1 1超導(dǎo)體閉合回路超導(dǎo)體閉合回路,0,00 0移近一個磁鐵，移近一個磁鐵，0101回路將感應(yīng)產(chǎn)生電流

19、回路將感應(yīng)產(chǎn)生電流i i2 2假設(shè)原始磁鏈值假設(shè)原始磁鏈值,00,00外界磁場對該回路產(chǎn)生磁鏈，外界磁場對該回路產(chǎn)生磁鏈，11回路中將產(chǎn)生電流回路中將產(chǎn)生電流i1,i1,滿足條件滿足條件 LiLi110 0011Li實踐電機(jī)實踐電機(jī) R0nt=0 t=0 短路短路 如何變化？如何變化？nt=(0-,0+) (0-)=(0t=(0-,0+) (0-)=(0) ) n短路瞬間短路瞬間 與定子繞組交鏈，同步電機(jī)與定子繞組交鏈，同步電機(jī)任務(wù)磁鏈空載磁鏈；任務(wù)磁鏈空載磁鏈； 隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，被定子繞隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，被定子繞組所切割，在定子繞組中感組所切割，在定子繞組中感應(yīng)空載電勢應(yīng)空載電勢三、無阻尼繞組

20、同步電機(jī)忽然三相短路的物理分析三、無阻尼繞組同步電機(jī)忽然三相短路的物理分析 fadfdixfffi只與只與ffff交鏈，勵磁繞組漏磁鏈交鏈，勵磁繞組漏磁鏈ffd假定短路前無阻尼電機(jī)處于空載形狀假定短路前無阻尼電機(jī)處于空載形狀1 1、短路前、短路前fffqdrviii/, 00000fadfddix定子繞組總磁鏈定子繞組總磁鏈0q=0=0tt轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定子各相繞組磁鏈旋轉(zhuǎn)，定子各相繞組磁鏈: :t t0 0短路前瞬間，短路前瞬間，=0=0，定子各相繞組磁鏈：，定子各相繞組磁鏈：)120cos()120cos()cos(00000000tttcba)120cos()120cos(cos

21、000000000cba)120cos()120cos()cos(00000000tttcba維持磁鏈初值不變維持磁鏈初值不變定子繞組中出現(xiàn)電流定子繞組中出現(xiàn)電流產(chǎn)生磁鏈產(chǎn)生磁鏈t=0t=0時發(fā)生短路，要維持定子各相繞組磁鏈不變時發(fā)生短路，要維持定子各相繞組磁鏈不變2、三相短路后、三相短路后)120cos()120cos(cos000000000cba發(fā)生短路后，同步電機(jī)仍以發(fā)生短路后，同步電機(jī)仍以旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生00)120cos()120cos()cos(00000000tttcba不相等不相等000,cbacba,cba,合成后等于合成后等于短路前、后瞬間磁鏈圖短路前、后瞬間磁鏈圖0

22、0000,cbacba,cba,合成后等于合成后等于cccbbbaaacccbbbaaa000000恒定分量恒定分量交變分量交變分量)120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000000000tttcba)120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000tIIitIIitIIimmcmmbmma恒定直流恒定直流基頻交流基頻交流3 3、短路后定子繞組中的電流分量、短路后定子繞組中的電流分量n基頻電流基頻電流 i inii交變磁鏈交變磁鏈n 為了抵消勵磁磁鏈對各相定子繞組產(chǎn)生的交變?yōu)榱说窒麆畲糯沛湆Ω飨喽ㄗ永@組產(chǎn)

23、生的交變磁鏈磁鏈 )120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000tIIitIIitIIimmcmmbmma0cba,cba,cba,cba,大小相等、方向相反大小相等、方向相反直流分量直流分量iapiap：維持磁鏈初始值；：維持磁鏈初始值；)120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000tIIitIIitIIimmcmmbmmaiap iap 維持短路前瞬間初始磁鏈維持短路前瞬間初始磁鏈00不變不變 ap0大小相等、方向一樣大小相等、方向一樣)(0短路后瞬間磁鏈圖短路后瞬間磁鏈圖ap0iapi0apapa

24、p倍頻分量倍頻分量 i2 i2 n縱橫軸磁阻不同縱橫軸磁阻不同n轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過180180，磁阻閱歷一個周期，磁阻閱歷一個周期n磁鏈要恒定磁鏈要恒定(=F/r)(=F/r)，F(xiàn) F隨隨r r變化變化倍頻磁鏈倍頻磁鏈22n直流直流直流直流iapiap倍頻交流倍頻交流i2i2磁鏈不變磁鏈不變iapiap靜止恒定磁勢靜止恒定磁勢定子繞組中的電流定子繞組中的電流2iiiiap基頻交流基頻交流恒定直流恒定直流倍頻交流倍頻交流4 4、短路后轉(zhuǎn)子中的電流分量、短路后轉(zhuǎn)子中的電流分量n 定子三相繞組基頻電流定子三相繞組基頻電流ii同步旋轉(zhuǎn)磁勢同步旋轉(zhuǎn)磁勢( (和轉(zhuǎn)子相和轉(zhuǎn)子相對靜止對靜止) )；與；與00方向相反方向相反00正方向是正方向是d d軸正向，同軸正向，同步旋轉(zhuǎn)磁勢產(chǎn)生的磁鏈在步旋轉(zhuǎn)磁勢產(chǎn)生的磁鏈在d d軸反方向，對勵磁磁勢起純軸反方向，對勵磁磁勢起純?nèi)ゴ烹姌蟹错?。去磁電樞反響。cba,ii產(chǎn)生產(chǎn)生抵消抵消 直流電流直流電流ifaifacba,u勵磁繞組交鏈磁鏈堅持短路前磁鏈值不變勵磁繞組交鏈磁鏈堅持短路前磁鏈值不變勵磁繞勵磁繞組產(chǎn)生直流電流組產(chǎn)生直流電流ifaifa方向和方向和if0if0一樣，使勵磁一樣，使勵磁繞組的磁場得到加強(qiáng)。繞組的磁場得到加強(qiáng)。 i