電力工程3-1匯編

1、 第三章 電力系統(tǒng)(din l x tn)的短路電流計算 3-1 概述 短路：電力系統(tǒng)中相與相之間或相與地之間非正常連接。一、短路的原因及其后果(hugu) 短路的原因電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體因絕緣老化，或遭受機械損傷，或因雷擊、過電壓引起絕緣損壞；架空線路因大風(fēng)或?qū)Ь€履冰引起電桿倒塌等，或因鳥獸跨接裸露導(dǎo)體等；電氣設(shè)備因設(shè)計、安裝及維護(hù)不良所致的設(shè)備缺陷引發(fā)的短路；運行人員違反安全操作規(guī)程而誤操作，如帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等。 共三十四頁 短路的后果短路電流的熱效應(yīng)會使設(shè)備發(fā)熱急劇增加，可能導(dǎo)致設(shè)備過熱而損壞甚至燒毀；短路電流產(chǎn)生很大的電動力，可引起設(shè)備機械變形、

2、扭曲甚至損壞；短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常工作；嚴(yán)重的短路可導(dǎo)致并列運行的發(fā)電廠失去同步而解列，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不對稱短路產(chǎn)生的不平衡磁場(cchng)，會對附近的通訊系統(tǒng)及弱電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作 。共三十四頁32022/7/18 二、短路(dunl)的種類對稱(duchn)短路：三相短路k（3）不對稱短路：單相接地短路k（1）兩相接地短路k（1,1）兩相短路k（2）圖3-1短路的類型a）三相短路 b）兩相短路 c）、 d）單相接地短路 e）、f）兩相接地短路進(jìn)行短路電流計算的目的：選擇合理的電氣接線圖選擇和校驗各種電氣設(shè)備合理配置繼電保護(hù)和自動裝置共三十四

3、頁三、短路(dunl)計算的目的和簡化假設(shè) 計算短路電流的主要目的為設(shè)為選擇和校驗各種電氣設(shè)備的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性提供依據(jù)計和選擇發(fā)電廠和變電所的電氣主接線提供必要的數(shù)據(jù)；為合理配置電力系統(tǒng)中各種繼電保護(hù)和自動裝置并正確整定其參數(shù)提供可靠的依據(jù)。 簡化假設(shè)負(fù)荷用恒定電抗表示或略去不計；認(rèn)為系統(tǒng)中各元件參數(shù)恒定，在高壓網(wǎng)絡(luò)中不計元件的電阻和導(dǎo)納，即各元件均用純電抗表示，并認(rèn)為系統(tǒng)中各發(fā)電機的電勢同相位，從而避免了復(fù)數(shù)的運算；系統(tǒng)除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱外，其余部分是三相對稱的。共三十四頁52022/7/183.2 無限容量(rngling)系統(tǒng)三相短路電流計算 無限容量系統(tǒng)(xtng)的概

4、念說明：無限大功率電源是一個相對概念，真正的無限大功率電源是不存在的。 無限容量系統(tǒng)（又叫無限大功率電源），是指系統(tǒng)的容量為 ，內(nèi)阻抗為零。無限容量系統(tǒng)的特點：在電源外部發(fā)生短路，電源母線上的電壓基本不變，即認(rèn)為它是一個恒壓源。在工程計算中，當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過短路回路總阻抗的5%10%時，就可認(rèn)為該電源是無限大功率電源。共三十四頁一、三相(sn xin)短路暫態(tài)過程分析 短路前共三十四頁 設(shè)在t = 0秒發(fā)生(fshng)三相短路時的微分方程其解為：周期(zhuq)分量ip：非周期分量inp：Ta L / R短路全電流表達(dá)式共三十四頁短路前后瞬間電感中電流(dinli)不能突變，故有 a相短路

5、(dunl)電流共三十四頁92022/7/18圖3-5 無限大容量系統(tǒng)三相(sn xin)短路時短路電流的變化曲線共三十四頁102022/7/18二、短路沖擊(chngj)電流和最大有效值電流1.短路沖擊電流在最嚴(yán)重短路情況下，三相(sn xin)短路電流的最大瞬時值稱為沖擊電流，用ish表示。 由圖3-5知，ish發(fā)生在短路后約半個周期（0.01s）。其中，短路電流沖擊系數(shù)。 意味著短路電流非周期分量不衰減當(dāng)電阻R=0時，當(dāng)電抗=0時， ，意味著不產(chǎn)生非周期分量共三十四頁112022/7/181Ksh 2 因此(ync)在高壓電網(wǎng)中短路時，取Ksh=1.8，則 在發(fā)電機端部短路時，取Ksh=

6、1.9，則 在低壓電網(wǎng)中短路時，取Ksh=1.3，則 2、三相短路沖擊(chngj)電流有效值 任一時刻t的短路電流的有效值是指以時刻t為中心的一個周期內(nèi)短路全電流瞬時值的方均根值，即 共三十四頁122022/7/18為了(wi le)簡化Ikt的計算，可假定在計算所取的一個周期內(nèi)周期分量電流的幅值為常數(shù)，而非周期分量電流的數(shù)值在該周期內(nèi)恒定不變且等于該周期中點的瞬時值，因此 當(dāng)t=0.01s時，Ikt就是短路(dunl)沖擊電流有效值Ish。 當(dāng)Ksh=1.9時， ; 當(dāng)Ksh=1.3時， 當(dāng)Ksh=1.8時，共三十四頁132022/7/18 3、三相(sn xin)短路穩(wěn)態(tài)電流三相短路穩(wěn)態(tài)

7、電流是指短路電流非周期分量衰減完后的短路全電流，其有效值用 表示。 在無限大容量系統(tǒng)(xtng)中，短路后任何時刻的短路電流周期分量有效值（習(xí)慣上用Ik表示）始終不變，所以有 式中，為次暫態(tài)短路電流或超瞬變短路電流，它是短路瞬間（t=0s）時三相短路電流周期分量的有效值；為短路后0.2s時三相短路電流周期分量的有效值。共三十四頁142022/7/18 4、無限大容量系統(tǒng)短路電流(dinli)和短路容量的計算(1)短路(dunl)電流 (2)短路容量： 或共三十四頁152022/7/18例3-1 計算k1點和k2點發(fā)生三相(sn xin)短路時的Ik、ish、Ish和Sk 。 利用上式可容易(r

8、ngy)地求出某一點到無限大電源之間的未知電抗值：圖3-7 例3-1接線圖A母線的短路容量 斷路器QF的斷流容量 圖3-6 求系統(tǒng)等值電抗示意圖共三十四頁162022/7/18 （1）作等值電路(dinl)如圖3-8所示: 圖3-8 例3-1的短路(dunl)等值電路圖（2）k1點短路： 共三十四頁172022/7/18（3）k2點短路(dunl)： 共三十四頁182022/7/18例3-2 下圖中，已知變壓器容量為6.3MVA，Uk%=10.5，變比為35/10.5kV，變電所35kV側(cè)斷路器QF的斷流(dun li)容量為1000MVA，試求變電所低壓側(cè)母線發(fā)生三相短路時的短路電流。解：取

9、Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，則共三十四頁1. 計算各元件電抗標(biāo)幺值： 線路：XL*0.450100/11520.151 變壓器： XT*(10.5/100)(100/20)0.5252. 電源(dinyun)至短路點的總電抗為 X*XL*XT*0.6763. 無限大功率電源E*U*U/UB115/11514. 短路電流(dinli)周期分量 標(biāo)么值 If* E* / X*1/0.676 1.4793 有名值 If IBIf* SB /(Uav31/2) / X* 100/(37 31/2) /0.6762.31kA 例3-3 某變壓器由無限大功率電源供電，如圖所示，當(dāng)在k點發(fā)生三

10、相短路時，試計算短路電流的周期分量，沖擊電流及短路功率（取Ksh=1.8）。解 取SB=100MVA, UB=Uav。5. 沖擊電流6. 短路容量共三十四頁共三十四頁第三章 電力系統(tǒng)的短路電流計算3-4 電力系統(tǒng)三相短路的實用(shyng)計算一、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的等值電動勢E和電抗X 計算短路電流一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過等值變換化簡后可得到只有一條有源支路E和X 的簡單(jindn)形式，短路點的短路電流If= E /X 。在近似計算時，取發(fā)電機電動勢為1，則E =1，輸入阻抗倒數(shù)即為短路點短路電流的標(biāo)幺值。共三十四頁例3-3 在圖3-15（a）所示的電力系統(tǒng)中，節(jié)點f1和f2分別發(fā)生了三相短路，試計算短

11、路電流(dinli)和短路沖擊電流(dinli)。沖擊系數(shù)為1.8。共三十四頁二、應(yīng)用各電源對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗計算短路電流(dinli)電源和短路點直接相連的電抗稱之為電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗。應(yīng)用各轉(zhuǎn)移電抗求各電源送出的短路電流，短路點總的短路電流即為各電源所提供的短路電流之和。共三十四頁例3-4 如圖所示的電力系統(tǒng)中，f點發(fā)生(fshng)三相短路，求各電源對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗，并計算短路電流。共三十四頁例3-4 某系統(tǒng)等值電路如圖3-13所示，所有電抗和電勢均為歸算至統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值。（1）試分別用網(wǎng)絡(luò)化簡法及單位電流法求各電源對短路(dunl)點的轉(zhuǎn)移電抗。（2）若在k點發(fā)生三相短路，試

12、求短路點電流的標(biāo)幺值。解：（1）求轉(zhuǎn)移(zhuny)電抗網(wǎng)絡(luò)化簡法：共三十四頁單位(dnwi)電流法：（2）求短路(dunl)電流：令 I3*=1.0，E2=E3=0，則得Ua*=I3*X11*=10.525=0.525I2*=Ua*/X10*=0.525/1.32=0.398Ik*=I2*+I3*=0.398+1.0=1.398 Ek*=Ua*+Ik*X8*=0.525+1.3980.49=1.21電源2及電源3至短路點的轉(zhuǎn)移電抗分別為：共三十四頁 應(yīng)用計算曲線(qxin)法的具體計算步驟：1. 作等值網(wǎng)絡(luò)：選取網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓（一般選取SB=100MVA, UB=Uav），計算網(wǎng)絡(luò)各

13、元件在統(tǒng)一基準(zhǔn)下的標(biāo)幺值，旋轉(zhuǎn)電機用次暫態(tài)電抗，負(fù)荷略去不計。2. 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換：求各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗Xik。3. 求計算電抗：將各轉(zhuǎn)移電抗按各等值發(fā)電機的額定容量歸算為計算電抗，即： Xci= Xik SN i / SB4. 求t時刻短路電流周期分量的標(biāo)幺值：根據(jù)各計算電抗和指定時刻t，從相應(yīng)的計算曲線或?qū)?yīng)的數(shù)字表格(biog)中查出各等值發(fā)電機提供的短路電流周期分量的標(biāo)幺值對無限大功率系統(tǒng)，取母線電壓U=1，則短路電流周期分量為Ipk1/Xk5. 計算短路電流周期分量的有名值共三十四頁 合并電源的主要原則是：距短路點電氣距離（即相聯(lián)系的電抗值）大致相等 的同類型發(fā)電機可以合并

14、；遠(yuǎn)離短路點的不同類型發(fā)電機可以合并；直接與短路點相連的發(fā)電機應(yīng)單獨考慮；無限大功率系統(tǒng)因提供的短路電流周期(zhuq)分量不衰減， 而不必查計算曲線，應(yīng)單獨計算。共三十四頁例3-4 圖示電力系統(tǒng)在k點發(fā)生三相短路，試求： （1）t=0s和t=0.5s的短路電流； （2）短路沖擊電流及0.5s時的短路功率。各元件的型號和參數(shù)為： 發(fā)電機G1、G2為汽輪發(fā)電機，每臺容量為 31.25MVA，X”d=0.13 發(fā)電機G3、G4為水輪發(fā)電機，每臺容量為 62.5MVA, X”d=0.135 變壓器T1、T2每臺容量為 31.5MVA,Uk(%)=10.5 變壓器T3、T4每臺容量為 60MVA，Uk

15、（%）=10.5 母線電抗器為 10kV, 1.5kA, XR%=8 線路L1長50km，0.4/km 線路L2長80km，0.4/km 無限(wxin)大功率系統(tǒng)內(nèi)電抗X=0共三十四頁解：1. 參數(shù)(cnsh)計算，作等值網(wǎng)絡(luò)取SB=100MVA, UB=Uav，各元件電抗的標(biāo)幺值為：發(fā)電機G1，G2： X1=X2= 0.13100/31.250.416變壓器T1，T2： X3=X4= 0.105100/31.50.333電抗器R：線路(xinl)L1： X6= 0.450100/11520.151線路L2： X7= 0. 480100/11520.242變壓器T3，T4： X8=X9= 0

16、.105100/60 0.75發(fā)電機G3，G4： X10=X11= 0.135100/62.5 0.216共三十四頁2. 化簡網(wǎng)絡(luò)，求各電源對短路(dunl)點的轉(zhuǎn)移電抗 X12=(X1X3)/20.375 X13=(X8X10)/20.196 作Y-變換，并除去電源(dinyun)間的轉(zhuǎn)移電抗支路 X14=X6X13 X6X13/ X70.469 X15= X6X7 X6X7 / X130.579 各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗分別為：等值發(fā)電機G1, 2：X(1/2)k=X12=0.375等值發(fā)電機G3, 4：X(3/4)k=X14=0.469無限大功率系統(tǒng)：Xk=X15=0.579共三十

17、四頁3. 求各電源(dinyun)的計算電抗 G1, 2：Xc1= 0.375231.25/1000.234 G3, 4：Xc2= 0.469262.5/1000.5864. 查計算曲線數(shù)字表，求短路電流周期分量的標(biāo)幺值5.計算短路電流(dinli)有名值：共三十四頁6計算短路沖擊(chngj)電流及0.5s的短路功率沖擊電流：短路點在火電廠升壓變壓器高壓側(cè)，G1，2的沖擊系數(shù)應(yīng)取Ksh=1.85，其余電源離短路點較遠(yuǎn)，均可取Ksh=1.8，次暫態(tài)電流起始值I”=Ip(t=0)，因此0.5s時的短路(dunl)功率：共三十四頁內(nèi)容摘要第三章 電力系統(tǒng)(xtng)的短路電流計算。短路：電力系統(tǒng)(xtng)中相與相之間或相與地之間非正常連