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(對于中性點接地的系統(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.短路的類型對稱短路:三相短路不對稱短路: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、代表符號和事故幾率

3.短路的后果⑴短路故障使短路點附近支路中出現(xiàn)比正常電流大許多倍的短路電流，產(chǎn)生較大的電動效應(yīng)和熱效應(yīng)，破壞設(shè)備。⑵短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。⑶短路會使并列運行的發(fā)電機失去同步，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不對稱短路對附近通信線路和無線電波產(chǎn)生電磁干擾。二、短路電流計算的目的與計算假設(shè)1.短路電流計算的目的⑴選擇有足夠機械穩(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)和自動裝置并正確整定其參數(shù)；⑶設(shè)計和選擇發(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)定計算，分析短路對用戶的影響；⑸確定輸電線路對通信的影響。⒉短路電流計算的基本假設(shè)在工程上多采用近似計算法。短路計算的基本假設(shè)如下。⑴短路過程中各發(fā)電機之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機的電勢都同相位。⑵負(fù)荷只作近似估計，或當(dāng)做恒定電抗，或當(dāng)做某種臨時附加電源，視具體情況而定。⑶不計磁路飽和。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對稱三相系統(tǒng)。除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱以外。實際的電力系統(tǒng)通常都可以當(dāng)作是對稱的。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)電機電勢都同相位的條件，這就避免了復(fù)數(shù)運算。⑹金屬性短路。就是不計過渡電阻的影響，即認(rèn)為過渡電阻等于零的短路情況。三、實用短路電流計算的流程實用工程短路電流計算的基本流程如下:⑴根據(jù)基本假設(shè)，采用標(biāo)么值方法計算已知待計算系統(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，形成短路計算電路圖；⑶等值簡化網(wǎng)絡(luò)，簡化目標(biāo)是所有電源到短路點都只有一個等值電抗的最簡單等值電路圖；

⑷采用無限大容量系統(tǒng)的概念計算現(xiàn)實中電力系統(tǒng)對短路點提供的短路電流；⑸采用發(fā)電機供電系統(tǒng)的概念計算發(fā)電機對短路點提供的短路電流；⑹疊加不同元件相同時刻的短路電流。第二節(jié)標(biāo)幺值

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

因此，4個量中只有2個獨立量。通常以U和S作為獨立量，并且以其表示I和X，即和

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

可見，標(biāo)么值是一個無單位的比值，標(biāo)么值的符號為各量符號下加標(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、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為獨立基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓在實用計算中，基準(zhǔn)功率常取100MVA；基準(zhǔn)電壓則取各級電壓的平均值，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)么值計算有名值根據(jù)標(biāo)么值定義，可直接由標(biāo)么值寫出有名值.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)么值的特點從標(biāo)么值的定義和有關(guān)概念出發(fā)，標(biāo)么值的特點有: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，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)三相短路電流計算一、電力系統(tǒng)元件電抗的標(biāo)么基準(zhǔn)值計算根據(jù)短路計算的基本假設(shè)，高壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流計算一般只考慮同步發(fā)電機、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)定實用計算中，基準(zhǔn)功率常取100MVA，基準(zhǔn)電壓則取各級電壓的平均值，即

Sb=100MVA

Ub=Uav⒉同步電機在三相短路電流實用計算中，同步電機的電抗只計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，在實用計算中通常采用表3-3所給的平均值計算。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)并簡化網(wǎng)絡(luò)根據(jù)元件電抗標(biāo)么準(zhǔn)值的計算結(jié)果，用該元件電抗的標(biāo)么基準(zhǔn)值替換網(wǎng)絡(luò)中對應(yīng)元件，繪制成等值電抗電路圖，然后對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡化。

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

無窮大容量系統(tǒng)是指在這種電源供電的電路內(nèi)發(fā)生短路時，電源的端電壓在短路時恒定不變，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窮大、電源的內(nèi)阻抗為零—無窮大容量系統(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，此時電源電壓變動甚微，在實用計算中，認(rèn)為電源電壓恒定不變，這個短路支路所接的系統(tǒng)可認(rèn)為是無窮大容量系統(tǒng)。

在三相短路中，實際上是包括暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩個過程，短路電流將由正常運行時的工作電流，經(jīng)過一暫態(tài)過程，逐步過渡到短路電流的穩(wěn)態(tài)值。無限大容量電力系統(tǒng)供電的三相短路電流曲線公式中第一項為正弦周期分量，幅值恒定；第二項為按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量，通常經(jīng)過4TL（非周期分量時間常數(shù)）即0.2s后便已基本衰減完畢，短路的暫態(tài)過程即行結(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，實用短路計算中，通常將電力系統(tǒng)看做無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)簡化完成后，電力系統(tǒng)電源到短路點的等值轉(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、計算發(fā)電機提供的短路電流實用短路計算中，計算發(fā)電機供電電路在三相短路過程中任一時刻的短路電流周期分量，可用運算曲線法。（實際上電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)母線電壓往往是顯著下降的）

在發(fā)電機供電的電路中發(fā)生三相短路時，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)律與無窮大容量系統(tǒng)供電電路發(fā)生短路時相同；由于發(fā)電機的電動勢與端電壓在整個短路的瞬變過程中是隨時間變化的，所以周期分量的有效值也隨時間變化，這是與無窮大容量系統(tǒng)供電電路發(fā)生短路的主要區(qū)別。

運算曲線是表示發(fā)電機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算電抗

及短路時間t之間的函數(shù)關(guān)系，即：五、計算總短路電流將網(wǎng)絡(luò)中所有電源在某一時刻向短路點提供的短路電流有名值相加，就得到該時刻短路點出現(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)不對稱短路電流的計算一、對稱分量法和基本電壓方程當(dāng)三相電路發(fā)生不對稱短路時，從對稱三相電源到短路點的短路回路中將出現(xiàn)三相不對稱的短路電流，構(gòu)成三相不對稱系統(tǒng)。通常采用對稱分量法進(jìn)行計算。⒈對稱分量法 任何一組不對稱三相系統(tǒng)的向量可以分解成相序不同的三組對稱的三相分量系統(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，不對稱三相系統(tǒng)用各序分量系統(tǒng)的相量表示如下:

對稱分量的性質(zhì)如下⑴正序分量或負(fù)序分量的向量和為零，為對稱平衡系統(tǒng)；零序分量向量和一般不為零，屬對稱不平衡系統(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在中性點不接地或無中線的三相電路中，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，中性點接地且一相也接地時，三相電流之和等于其零序分量的3倍，并通過中性線或中性點接地。中性線或中性點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不對稱短路前的系統(tǒng)是三相對稱系統(tǒng)；②不對稱短路后其正序、負(fù)序、零序三組對稱分量系統(tǒng)在短路回路中獨立存在，互不干擾；③各序系統(tǒng)獨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設(shè)備時，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稱短路電流的計算是用對稱分量法把一個不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個獨立的對稱三相系統(tǒng)來進(jìn)行計算的。分解過程中作如下假設(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)電機的正序綜合電勢只作用于正序分量系統(tǒng)；③短路點的各相對電源中性點的電壓或相對地電壓分解為正序、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在用對稱分量法計算不對稱短路電流時，必須知道網(wǎng)絡(luò)中各元件的正序、負(fù)序和零序電抗.⑴正序電抗在計算三相短路電流時所用的各元件電抗就是元件的正序電抗。因為三相短路電流就是正序電流.

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同步電機的負(fù)序電抗一般不等于正序電抗。等。同步電機的負(fù)序電抗值可由產(chǎn)品目錄或手冊查出，如缺少這些數(shù)據(jù)時，也采用下述平均值:

對汽輪發(fā)電機和有阻尼繞組的水輪發(fā)電機，X2=1.22X1；在實用近似計算中采用X2=X1。⑶零序電抗各元件的零序電抗與元件本身的構(gòu)造及零序電流通過的路徑有關(guān)。①同步電機無廠家數(shù)據(jù)時可取下列平均值.無阻尼繞組的水輪發(fā)電機：

X0=0.38X’K有阻尼繞組的水輪發(fā)電機：

X0=0.45X”K容量50MVA及以下的汽輪發(fā)電機：

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颍碭0=X1③架空線路實際近似計算可取以下平均數(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，若中性點既未直接接地，又無中線引出，則其繞組和引出線上均不能流過零序電流，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。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)正序總電抗到不對稱短路點的單相回路圖。（2）負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖負(fù)序電流通過的電路元件相同，除發(fā)電機外各元件的負(fù)序電抗也與正序電抗相同。