發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備課件3

第三章電力系統(tǒng)的短路第一節(jié)短路的一般概念一、短路的原因、類(lèi)型及后果所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地(對(duì)于中性點(diǎn)接地的系統(tǒng))發(fā)生通路的情況。短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障。

1．短路的原因①元件損壞。②氣象條件惡化。③人為事故。④其他。2.短路的類(lèi)型對(duì)稱短路:三相短路不對(duì)稱短路:兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路。單相接地短路是事故幾率最高的短路形式各種短路的示意圖、代表符號(hào)和事故幾率

3.短路的后果⑴短路故障使短路點(diǎn)附近支路中出現(xiàn)比正常電流大許多倍的短路電流，產(chǎn)生較大的電動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)，破壞設(shè)備。⑵短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅度下降，對(duì)用戶影響很大。⑶短路會(huì)使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，造成系統(tǒng)的解列，出現(xiàn)大面積停電。⑷不對(duì)稱短路對(duì)附近通信線路和無(wú)線電波產(chǎn)生電磁干擾。二、短路電流計(jì)算的目的與計(jì)算假設(shè)1.短路電流計(jì)算的目的⑴選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的電器設(shè)備；⑵合理配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并正確整定其參數(shù)；⑶設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線；⑷進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，分析短路對(duì)用戶的影響；⑸確定輸電線路對(duì)通信的影響。⒉短路電流計(jì)算的基本假設(shè)在工程上多采用近似計(jì)算法。短路計(jì)算的基本假設(shè)如下。⑴短路過(guò)程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)都同相位。⑵負(fù)荷只作近似估計(jì)，或當(dāng)做恒定電抗，或當(dāng)做某種臨時(shí)附加電源，視具體情況而定。⑶不計(jì)磁路飽和。系統(tǒng)各元件的參數(shù)都是恒定的，可以應(yīng)用疊加原理。

⑷對(duì)稱三相系統(tǒng)。除不對(duì)稱故障處出現(xiàn)局部不對(duì)稱以外。實(shí)際的電力系統(tǒng)通常都可以當(dāng)作是對(duì)稱的。⑸發(fā)電、輸電、變電和用電的元件均用純電抗表示。加上所有發(fā)電機(jī)電勢(shì)都同相位的條件，這就避免了復(fù)數(shù)運(yùn)算。⑹金屬性短路。就是不計(jì)過(guò)渡電阻的影響，即認(rèn)為過(guò)渡電阻等于零的短路情況。三、實(shí)用短路電流計(jì)算的流程實(shí)用工程短路電流計(jì)算的基本流程如下:⑴根據(jù)基本假設(shè)，采用標(biāo)么值方法計(jì)算已知待計(jì)算系統(tǒng)所有設(shè)備的電抗標(biāo)么值；⑵用設(shè)備電抗標(biāo)么值替換設(shè)備元件并重新繪制成圖，形成短路計(jì)算電路圖；⑶等值簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化目標(biāo)是所有電源到短路點(diǎn)都只有一個(gè)等值電抗的最簡(jiǎn)單等值電路圖；

⑷采用無(wú)限大容量系統(tǒng)的概念計(jì)算現(xiàn)實(shí)中電力系統(tǒng)對(duì)短路點(diǎn)提供的短路電流；⑸采用發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)的概念計(jì)算發(fā)電機(jī)對(duì)短路點(diǎn)提供的短路電流；⑹疊加不同元件相同時(shí)刻的短路電流。第二節(jié)標(biāo)幺值

計(jì)算短路電流時(shí)常涉及4個(gè)電氣量，即電壓U、電流I、功率S和電抗X.。這4個(gè)量之間有歐姆定律和功率方程相聯(lián)系，即和

因此，4個(gè)量中只有2個(gè)獨(dú)立量。通常以U和S作為獨(dú)立量，并且以其表示I和X，即和

上述4個(gè)量可用有名值表示，也可以用標(biāo)么值表示。為了方便計(jì)算，通常在降壓網(wǎng)絡(luò)采用有名值計(jì)算方式，在高壓系統(tǒng)中采用標(biāo)么值的計(jì)算方法。一、標(biāo)么值的意義標(biāo)么值是某些電氣量的實(shí)際有名值與所選的同單位規(guī)定值之比，即

可見(jiàn)，標(biāo)么值是一個(gè)無(wú)單位的比值，標(biāo)么值的符號(hào)為各量符號(hào)下加標(biāo)“*”。.二、標(biāo)么額定值和么標(biāo)基準(zhǔn)值電力系統(tǒng)中每一個(gè)元件都有其額定參數(shù)，以各元件的額定參數(shù)作為規(guī)定值的標(biāo)么值稱標(biāo)幺額定值.。如：

發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器等由產(chǎn)品給出標(biāo)么額定值，其下角“N”常被省略.

電力系統(tǒng)中各元件的額定值不同，所以標(biāo)么值也不統(tǒng)一，不便于直接進(jìn)行電路計(jì)算。任意選擇統(tǒng)一的基準(zhǔn)參數(shù)作為規(guī)定值，所得的標(biāo)么值也叫做標(biāo)么基準(zhǔn)值.通常以Sb和Ub為獨(dú)立基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓在實(shí)用計(jì)算中，基準(zhǔn)功率常取100MVA；基準(zhǔn)電壓則取各級(jí)電壓的平均值，如3.15、6.3、10.5、37、115KV等，統(tǒng)一記為Up。標(biāo)么基準(zhǔn)值三、標(biāo)么值、有名值及百分值之間的換算⒈由標(biāo)么值計(jì)算有名值根據(jù)標(biāo)么值定義，可直接由標(biāo)么值寫(xiě)出有名值.⒉由電抗標(biāo)么額定值換算為電抗標(biāo)么基準(zhǔn)值由電抗標(biāo)么額定值轉(zhuǎn)化成有名值，然后再轉(zhuǎn)換成標(biāo)么基準(zhǔn)值：⒊電抗標(biāo)么額定值與電抗百分值之間的換算電抗有名值占電抗額定值的百分?jǐn)?shù)稱為電抗百分值，故有：四、標(biāo)么值的特點(diǎn)從標(biāo)么值的定義和有關(guān)概念出發(fā)，標(biāo)么值的特點(diǎn)有:⑴在三相電路中，標(biāo)么值相量等于線量（選取線電壓的規(guī)定值是相電壓規(guī)定值的倍，線電壓與相電壓的標(biāo)么值相等）⑵三相功率和單相功率的標(biāo)么值相同；（選取三相功率的規(guī)定值是單相功率規(guī)定值的3倍）⑶三相電路的標(biāo)么值歐姆定律、功率方程與單相電路相同，即：

⑷當(dāng)電網(wǎng)的電壓為額定值時(shí)，功率標(biāo)么值與電流標(biāo)么值相等，且等于電抗標(biāo)么值的倒數(shù)，即：⑸兩個(gè)標(biāo)么基準(zhǔn)值相加或相乘，仍得同基準(zhǔn)的標(biāo)么基準(zhǔn)值.第三節(jié)三相短路電流計(jì)算一、電力系統(tǒng)元件電抗的標(biāo)么基準(zhǔn)值計(jì)算根據(jù)短路計(jì)算的基本假設(shè)，高壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流計(jì)算一般只考慮同步發(fā)電機(jī)、電力變壓器、架空線路與電纜線路及電抗器等主要元件的電抗.⒈基準(zhǔn)值的設(shè)定實(shí)用計(jì)算中，基準(zhǔn)功率常取100MVA，基準(zhǔn)電壓則取各級(jí)電壓的平均值，即

Sb=100MVA

Ub=Uav⒉同步電機(jī)在三相短路電流實(shí)用計(jì)算中，同步電機(jī)的電抗只計(jì)入短路起始瞬間的縱軸次暫態(tài)電抗.該電抗是標(biāo)么額定值，由廠家提供具體數(shù)據(jù)。有：

⒊變壓器⑴雙繞組變壓器雙繞組變壓器產(chǎn)品給出電抗電壓百分值UK(%)，故有:⑵三繞組變壓器各繞組之間的短路電壓百分值UKⅠ-Ⅱ（%）、UKⅡ-Ⅲ（%）、UKⅠ-Ⅲ（%）數(shù)值由廠家提供，角注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示高壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)。

三繞組變壓器及其等值電路⒋架空線路和電纜線路線路給出的是每千米電抗值X0，在實(shí)用計(jì)算中通常采用表3-3所給的平均值計(jì)算。線路的電抗標(biāo)幺基準(zhǔn)值為:⒌電抗器廠家給出的是電抗器電抗百分值XL(%),則有：二、繪制等值電抗網(wǎng)絡(luò)并簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)根據(jù)元件電抗標(biāo)么準(zhǔn)值的計(jì)算結(jié)果，用該元件電抗的標(biāo)么基準(zhǔn)值替換網(wǎng)絡(luò)中對(duì)應(yīng)元件，繪制成等值電抗電路圖，然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化。

簡(jiǎn)化的原則是等值簡(jiǎn)化；簡(jiǎn)化的目標(biāo)是所有電源到短路點(diǎn)都只有一個(gè)等值電抗的最簡(jiǎn)等值電路圖。等值變換的方法有:串聯(lián)、并聯(lián)、星一三角轉(zhuǎn)化等三、計(jì)算電力系統(tǒng)（無(wú)窮大容量系統(tǒng)）提供的短路電流

無(wú)窮大容量系統(tǒng)是指在這種電源供電的電路內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，電源的端電壓在短路時(shí)恒定不變，即電壓的幅值和頻率都恒定不變，認(rèn)為該電源的容量為無(wú)窮大、電源的內(nèi)阻抗為零—無(wú)窮大容量系統(tǒng)。

當(dāng)短路發(fā)生在距電源較遠(yuǎn)的支路上，阻抗遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的阻抗，此時(shí)電源電壓變動(dòng)甚微，在實(shí)用計(jì)算中，認(rèn)為電源電壓恒定不變，這個(gè)短路支路所接的系統(tǒng)可認(rèn)為是無(wú)窮大容量系統(tǒng)。

在三相短路中，實(shí)際上是包括暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個(gè)過(guò)程，短路電流將由正常運(yùn)行時(shí)的工作電流，經(jīng)過(guò)一暫態(tài)過(guò)程，逐步過(guò)渡到短路電流的穩(wěn)態(tài)值。無(wú)限大容量電力系統(tǒng)供電的三相短路電流曲線公式中第一項(xiàng)為正弦周期分量，幅值恒定；第二項(xiàng)為按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量，通常經(jīng)過(guò)4TL（非周期分量時(shí)間常數(shù)）即0.2s后便已基本衰減完畢，短路的暫態(tài)過(guò)程即行結(jié)束而進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。周期分量的有效值由電源電壓與短路電路的總阻抗決定，實(shí)用短路計(jì)算中，通常將電力系統(tǒng)看做無(wú)限大容量的理想系統(tǒng)，故可以認(rèn)為系統(tǒng)電壓恒定，即U﹡=1。因此，周期分量的有效值在任何時(shí)刻都是相同的，等于穩(wěn)態(tài)短路電流的有效值。電力系統(tǒng)向短路點(diǎn)提供三相短路電流（穩(wěn)態(tài)）的標(biāo)么基準(zhǔn)值為：

（其中Xs*是網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化完成后，電力系統(tǒng)電源到短路點(diǎn)的等值轉(zhuǎn)移電抗）這樣的系統(tǒng)提供的短路電流是恒定的（周期分量的有效值），即：四、計(jì)算發(fā)電機(jī)提供的短路電流實(shí)用短路計(jì)算中，計(jì)算發(fā)電機(jī)供電電路在三相短路過(guò)程中任一時(shí)刻的短路電流周期分量，可用運(yùn)算曲線法。（實(shí)際上電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，系統(tǒng)母線電壓往往是顯著下降的）

在發(fā)電機(jī)供電的電路中發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流也有周期分量和非周期分量。非周期分量的變化規(guī)律與無(wú)窮大容量系統(tǒng)供電電路發(fā)生短路時(shí)相同；由于發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)與端電壓在整個(gè)短路的瞬變過(guò)程中是隨時(shí)間變化的，所以周期分量的有效值也隨時(shí)間變化，這是與無(wú)窮大容量系統(tǒng)供電電路發(fā)生短路的主要區(qū)別。

運(yùn)算曲線是表示發(fā)電機(jī)三相短路電流周期分量的有效值的標(biāo)么額定值與短路回路計(jì)算電抗

及短路時(shí)間t之間的函數(shù)關(guān)系，即：五、計(jì)算總短路電流將網(wǎng)絡(luò)中所有電源在某一時(shí)刻向短路點(diǎn)提供的短路電流有名值相加，就得到該時(shí)刻短路點(diǎn)出現(xiàn)的總短路電流。

總短路電流達(dá)到的最大數(shù)值，該最大電流稱為沖擊電流。第四節(jié)不對(duì)稱短路電流的計(jì)算一、對(duì)稱分量法和基本電壓方程當(dāng)三相電路發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，從對(duì)稱三相電源到短路點(diǎn)的短路回路中將出現(xiàn)三相不對(duì)稱的短路電流，構(gòu)成三相不對(duì)稱系統(tǒng)。通常采用對(duì)稱分量法進(jìn)行計(jì)算。⒈對(duì)稱分量法 任何一組不對(duì)稱三相系統(tǒng)的向量可以分解成相序不同的三組對(duì)稱的三相分量系統(tǒng)，即正序分量系統(tǒng)、負(fù)序分量系統(tǒng)和零序分量系統(tǒng)。以A相為基準(zhǔn)相，不對(duì)稱三相系統(tǒng)用各序分量系統(tǒng)的相量表示如下:

對(duì)稱分量的性質(zhì)如下⑴正序分量或負(fù)序分量的向量和為零，為對(duì)稱平衡系統(tǒng)；零序分量向量和一般不為零，屬對(duì)稱不平衡系統(tǒng).⑵三相系統(tǒng)不平衡的條件也是零序分量存在的條件.⑶三相電路中的相電壓向量之和恒為零.故相電壓不含零序分量.⑷在中性點(diǎn)不接地或無(wú)中線的三相電路中，相電流之和等于零，相電流不含零序分量.⑸在三相四線制中，中性點(diǎn)接地且一相也接地時(shí)，三相電流之和等于其零序分量的3倍，并通過(guò)中性線或中性點(diǎn)接地。中性線或中性點(diǎn)接地線是零序分量的通道。⒉各序電壓基本方程⑴各序參數(shù)的性質(zhì)①不對(duì)稱短路前的系統(tǒng)是三相對(duì)稱系統(tǒng)；②不對(duì)稱短路后其正序、負(fù)序、零序三組對(duì)稱分量系統(tǒng)在短路回路中獨(dú)立存在，互不干擾；③各序系統(tǒng)獨(dú)立滿足歐姆定律和基爾霍夫定律④正序、負(fù)序和零序電流只產(chǎn)生相應(yīng)的正序、負(fù)序和零序電壓降.⑵各序分量電流的電壓降各序電流通過(guò)設(shè)備時(shí)，作用于相應(yīng)的阻抗，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓降：

⑶各序電壓基本方程不對(duì)稱短路電流的計(jì)算是用對(duì)稱分量法把一個(gè)不對(duì)稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)獨(dú)立的對(duì)稱三相系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。分解過(guò)程中作如下假設(shè)：①各序電流分量在其系統(tǒng)中產(chǎn)生的電抗壓降；②發(fā)電機(jī)的正序綜合電勢(shì)只作用于正序分量系統(tǒng)；③短路點(diǎn)的各相對(duì)電源中性點(diǎn)的電壓或相對(duì)地電壓分解為正序、負(fù)序和零序電壓.根據(jù)基爾霍夫電壓定律：二、序阻抗和序網(wǎng)絡(luò)⒈在用對(duì)稱分量法計(jì)算不對(duì)稱短路電流時(shí)，必須知道網(wǎng)絡(luò)中各元件的正序、負(fù)序和零序電抗.⑴正序電抗在計(jì)算三相短路電流時(shí)所用的各元件電抗就是元件的正序電抗。因?yàn)槿喽搪冯娏骶褪钦螂娏?

⑵負(fù)序電抗①靜止電器如變壓器、電抗器、架空線路及電纜線路等的負(fù)序電抗等于正序電抗。②同步電機(jī)的負(fù)序電抗一般不等于正序電抗。等。同步電機(jī)的負(fù)序電抗值可由產(chǎn)品目錄或手冊(cè)查出，如缺少這些數(shù)據(jù)時(shí)，也采用下述平均值:

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)和有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)，X2=1.22X1；在實(shí)用近似計(jì)算中采用X2=X1。⑶零序電抗各元件的零序電抗與元件本身的構(gòu)造及零序電流通過(guò)的路徑有關(guān)。①同步電機(jī)無(wú)廠家數(shù)據(jù)時(shí)可取下列平均值.無(wú)阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：

X0=0.38X’K有阻尼繞組的水輪發(fā)電機(jī)：

X0=0.45X”K容量50MVA及以下的汽輪發(fā)電機(jī)：

X0=0.52X”K②電抗因電抗器各相線圈之間的距離較大，互感較小，故零序電抗主要決定于各相線圈的自感?？山频氐扔谡?，即X0=X1③架空線路實(shí)際近似計(jì)算可取以下平均數(shù)據(jù)單回路架空線路：

X0=(2～3.5)X1

雙回中的一回架空線路：

X0=(2～3.5)×1.5X1

④電力電纜對(duì)于電壓為6~35KV的三芯電纜，可取X0=3.5X1。⑤變壓器變壓器的零序電抗與繞組的接線組別及變壓器的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，后者主要是指單相或三相三柱或三相五柱等.

三角形連接的變壓器繞組內(nèi)零序電流成環(huán)流，每相繞組具有正序電抗相同的零序電抗，但其引出線上仍無(wú)零序電流通道，故引出線上X0=∞。星形連接的變壓器繞組，若中性點(diǎn)既未直接接地，又無(wú)中線引出，則其繞組和引出線上均不能流過(guò)零序電流，即X0=∞。只有繞組為YN接線的一側(cè)具有零序通道，若有零序電壓加在此側(cè)，則另一側(cè)繞組必感應(yīng)出零序電勢(shì)。如果另一側(cè)繞組也是YN接線，則每相零序通道從一側(cè)引出線經(jīng)變壓器直達(dá)另一側(cè)引出線；如果另一側(cè)繞組為D接線，則其感應(yīng)出的零序電勢(shì)在三相繞組之間互相短接，而不作用于另一側(cè)引出線。變壓器零序電流的等值電路

⒉序網(wǎng)絡(luò)圖各序網(wǎng)絡(luò)圖是各序?qū)ΨQ分量獨(dú)立系統(tǒng)的等值電路圖，也是各序電壓基本方程的電路表達(dá)形式。實(shí)質(zhì)上就是各序?qū)ΨQ三相系統(tǒng)的單相電路圖。（1）正序網(wǎng)絡(luò)圖正序網(wǎng)絡(luò)它是從電源經(jīng)正序總電抗到不對(duì)稱短路點(diǎn)的單相回路圖。（2）負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖負(fù)序電流通過(guò)的電路元件相同，除發(fā)電機(jī)外各元件的負(fù)序電抗也與正序電抗相同。