試析電力能源系統(tǒng)對稱故障

第七章電力系統(tǒng)對稱故障分析重點：1）短路的基本概念；2）無窮大電源系統(tǒng)三相短路電流的計算，3）沖擊電流及沖擊電流出現(xiàn)的條件；4）同步發(fā)電機突然三相短路電流分析計算。難點：1）沖擊電流出現(xiàn)的條件；2）同步電機常用暫態(tài)參數(shù)的意義及其應(yīng)用；3）短路沖擊電流、起始次暫態(tài)電流、短路電流的最大有效值的計算方法。1§7.1短路的一般概念短路---指一切不正常的相與相之間或者相與地（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。1、短路的原因自然因素：雷擊；落物；人為因素：絕緣損壞；誤操作；檢修運行維護不當(dāng)。2、短路類型三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路23、短路的危害①

短路電流急劇增加，產(chǎn)生熱量使絕緣損壞燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）；產(chǎn)生很大的電動力沖擊，使導(dǎo)體變形；造成機械損壞（動穩(wěn)定）；②電網(wǎng)大面積電壓下降；③破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；④不對稱短路造成對影響電力系統(tǒng)通訊的干擾。4、短路計算的目的①

選擇限制短路電流的方式②

選擇電器設(shè)備③

整定繼電保護裝置④

選擇主接線方案

3§7.2恒定電勢源電路的三相短路分析一、短路的暫態(tài)過程分析合閘角t=0發(fā)生短路4一、短路的暫態(tài)過程分析對a相電路列寫微分方程：567恒定電勢源電路的三相短路電流的特點短路電流由兩部分組成：非周期分量（自由分量）---按指數(shù)規(guī)律衰減；周期分量（強制分量）---不衰減。周期分量有效值的大小與合閘角大小無關(guān)；而非周期分量的大小與與合閘角大小有關(guān)。直流分量的起始值越大，短路電流的最大瞬時值越大，其值與短路合閘角、短路前的情況（短路瞬間的電流值iL(0+)=iL(0-)

）有關(guān)。8a相出現(xiàn)短路電流最大值的條件：91．沖擊電流短路電流在最惡劣短路情況下的最大瞬時值。沖擊電流將在短路發(fā)生約半個周期時出現(xiàn)。二、短路沖擊電流和最大有效電流KM稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數(shù)。102．最大有效值電流有效值：在短路暫態(tài)過程中，任一時刻t短路電流有效值I，是以時刻t為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值。非周期分量有效值：

周期分量有效值：短路全電流有效值：11短路電流最大有效值：3、短路功率短路容量等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓的乘積。用標(biāo)幺值表示為：一個周期內(nèi)平均值最大的短路電流。即t=0.01s為中心的一個周期內(nèi)短路電流有效值。12§7.3無阻尼繞組同步電機突然三相短路分析一、突然短路暫態(tài)過程的特點沖擊電流大；電樞反應(yīng)磁通發(fā)生變化，引起定、轉(zhuǎn)子電流變化---定、轉(zhuǎn)子繞組電流相互影響。二、超導(dǎo)體閉合回路磁鏈守恒原則原始磁鏈：加外界磁場，磁鏈由發(fā)電機各繞組均為閉合回路，短路瞬間各繞組交鏈的磁鏈保持不變，即電感中的電流不發(fā)生突變。13二、無阻尼繞組同步電機突然三相短路

的物理分析1、短路前：發(fā)電機處于正常穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)主磁鏈隨轉(zhuǎn)子繞組旋轉(zhuǎn)切割定子繞組，在定子繞組感應(yīng)出空載電勢：直流14三、無阻尼繞組同步電機突然三相短路

的物理分析2、短路瞬間假設(shè)t=0時發(fā)生短路，發(fā)電機供電回路的阻抗減小，定子繞組的基頻電流要發(fā)生變化，最終變?yōu)榉€(wěn)態(tài)短路電流。定子電流的變化將引起定子繞組磁鏈的變化。在短路瞬間，為維持定子繞組磁鏈初值不變，在定子三相繞組中將出現(xiàn)一個直流分量和一個兩倍基頻的交流，直流分量在空間形成一個附加的靜止磁場，抵消定子繞組中磁鏈的變化。152、短路瞬間轉(zhuǎn)子勵磁繞組以同步速旋轉(zhuǎn)切割磁靜止磁場，從而感應(yīng)出一個基頻交流分量，產(chǎn)生一個脈動磁場，可分解為兩個大小相等方向相反的-

和+旋轉(zhuǎn)磁場。突然短路后，定子電流對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強烈的去磁性電樞反應(yīng)，為了抵消電樞反應(yīng)的影響，維持勵磁繞組磁鏈不突變，勵磁繞組也要產(chǎn)生一個直流性質(zhì)的自由分量，相當(dāng)于增加一部分勵磁電流，因而在定子繞組中感應(yīng)出一個基頻電流分量。實際上每個繞組只有一個電流，且符合環(huán)路定律不突變。16三、無阻尼繞組同步電機突然三相短路

的物理分析定子和轉(zhuǎn)子繞組中的各種電流分量及它們之間存在兩組對應(yīng)關(guān)系，相互依存。強制分量自由分量定子側(cè)電流穩(wěn)態(tài)短路電流i∞基頻交流△i直流、二倍頻交流△iap△i2

轉(zhuǎn)子側(cè)電流勵磁電流If0自由直流△ifa-基頻交流+△if17三、無阻尼繞組同步電機突然三相短路

的物理分析3、短路瞬間定子繞組中的電流分量基頻電流：以抵消轉(zhuǎn)子主磁場的交變磁鏈；直流和倍頻分量：維持定子繞組磁鏈初始值；4、短路瞬間轉(zhuǎn)子中的電流分量自由直流：維持轉(zhuǎn)子中磁鏈初始值；基頻電流：抵消定子直流和倍頻電流的電樞反應(yīng)★自由分量逐漸衰減到零。18四、無阻尼繞組同步電機三相短路電流計算1、暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢（若考慮阻尼繞組則稱為次暫態(tài)）根據(jù)磁鏈平衡關(guān)系制訂適用于暫態(tài)分析等值電路無阻尼繞組電機的磁鏈平衡方程如下：19無阻尼繞組Park方程的等值電路iqxq+ψq-20漏磁系數(shù)

1、暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢從方程中消去，得定義：暫態(tài)電勢

定義：暫態(tài)電抗211、暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢同步發(fā)電機的暫態(tài)電勢正比于磁鏈，而磁鏈在短路瞬間不能突變，故在E’q短路瞬間也不突變?！锓€(wěn)態(tài)運行時，用暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢表示同步發(fā)電機的電壓方程和等值電路。221、暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢用暫態(tài)參數(shù)表示的電勢方程寫成交流向量的形式：

暫態(tài)電抗后電勢E’Eq’id’xd’+uq-231、暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢與暫態(tài)電勢和暫態(tài)電抗相應(yīng)的等值電路和相量圖qd同步電機對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖E’Ixd’+U-24穩(wěn)態(tài)電勢和電抗======暫態(tài)電抗和暫態(tài)電勢無論是凸極機還是隱極機，一般xd’≠xq，為便于工程運算，常用等值隱極機法進行處理，分以下兩種方案處理：（1）用電勢和電抗作等值電路。

（2）用電勢和作等值電路。

暫態(tài)電抗后電勢假想電勢25應(yīng)用疊加原理分析同步發(fā)電機三相短路t=0短路以故障分量為分析重點262、三相短路電流算式電壓方程磁鏈方程27不計阻尼繞組的park方程的等值電路iqxq+ψq-282、三相短路電流算式Eq’id’xd’+ψd-磁鏈平衡等值電路iqxq+ψq-戴維南定理xaxfxd’xad29磁鏈方程iqxq+ψq-Eq’id’xd’+ψd-對應(yīng)短路瞬間磁鏈的增量方程30略去定子繞組的電阻，求短路電流的初始值：拉氏變換對應(yīng)短路瞬間的電壓增量方程31求短路電流的初始值：拉氏變換法32將正常分量與故障分量相加，得短路電流起始值：周期分量的起始值暫態(tài)電流33Reviewa,b,c系統(tǒng)d,q,0系統(tǒng)直流分量和倍頻交流分量基頻分量基頻交流分量直流分量34合閘角d軸與a相繞組軸線的夾角35自由電流的衰減時間常數(shù)的計算原則原則1）為了維持繞組磁鏈不變而產(chǎn)生自由電流，如果該自由電流產(chǎn)生的磁勢相對于繞組靜止，那么這個電流將按照該繞組的時間常數(shù)衰減，同時，與該自由電流相依存的電流也按時間常數(shù)衰減。原則2）計算繞組的時間常數(shù)，只考慮本繞組的電阻，而忽略其它繞組的電阻。定子繞組的時間常數(shù)Ta；轉(zhuǎn)子繞組的時間常數(shù)T’d

。36定子繞組的時間常數(shù)Ta對于自由分量ia、if

、i2，其中定子中的電流ia起主導(dǎo)作用，三者按此時定子繞組的時間常數(shù)衰減，采用標(biāo)么值時，L=x。取限制直流分量的電抗37轉(zhuǎn)子繞組的時間常數(shù)T’d對于自由分量△ifa、i，轉(zhuǎn)子勵磁電流起主導(dǎo)作用，二者按此時勵磁繞組的時間常數(shù)衰減。短接（即定子繞組閉合）勵磁繞組自身的時間常數(shù)38計及電阻分析短路電流的衰減過程，以定子a相電流為例：（1）當(dāng)t=0時短路，電流不突變，滿足換路定律；（2）短路前空載，39短路前空載情況下，可知：由向量圖40§7.4有阻尼繞組同步電機三相短路分析一、突然短路的物理過程與有阻尼繞組電機相比相同之處：定子電流分量：基頻分量，直流分量，倍頻分量轉(zhuǎn)子電流分量：基頻分量，值流分量不同之處：因為存在阻尼繞組，突然短路時，為保持磁鏈不變，阻尼繞組中會感應(yīng)直流電流。41一、有阻尼繞組同步電機突然三相短路

的物理分析定子和轉(zhuǎn)子繞組中的各種電流分量及它們之間存在兩組對應(yīng)關(guān)系，相互依存。強制分量自由分量定子穩(wěn)態(tài)短路電流i∞基頻交流△i’△i”d△i”q

直流、二倍頻交流△iap△i2

轉(zhuǎn)子勵磁電流If0直流△ifa△iDa△iQa

△if△iD

△iQ-基頻交流+42；d軸方向的磁鏈平衡等值電路二、次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗交軸次暫態(tài)電勢-----不突變43q軸方向的磁鏈平衡等值電路二、次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗直軸次暫態(tài)電勢-----不突變44§7.4有阻尼繞組同步電機三相短路分析引入次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗以后，同步電機的磁鏈平衡方程可以改寫為

當(dāng)電機處于穩(wěn)態(tài)或忽略變壓器電勢時，得定子電勢方程：

45定子電勢方程相量形式與等值電路（a）縱軸向（a）橫軸向46§7.4有阻尼繞組同步電機三相短路分析避免按兩個軸向制作等值電路和列寫方程，采用等值隱極機處理。次暫態(tài)電抗后電勢47§7.4有阻尼繞組同步電機三相短路分析qd同步電機對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖48三、自由電流的衰減時間常數(shù)勵磁繞組自身的時間常數(shù)定子繞組開路，勵磁繞組磁鏈保持為零（短路），D繞組的時間常數(shù)橫向阻尼繞組組自身的時間常數(shù)阻尼繞組的電阻較大49三、自由電流的衰減時間常數(shù)

定子繞組的時間常數(shù)：d軸勵磁繞組和阻尼繞組的時間常數(shù)：q軸阻尼繞組的時間常數(shù)：50四、三相短路全電流的計算

應(yīng)用短路瞬間的電壓增量方程和疊加原理得短路電流周期分量起始有效值51四、三相短路全電流的計算從Park方程出發(fā)，應(yīng)用拉氏變換和物理概念相結(jié)合的方法求解。52幾點說明：（1）短路電流由周期分量和非周期分量兩部分組成。對同步發(fā)電機周期分量的有效值衰減：起始值為，稱為起始次暫態(tài)電流；阻尼繞組中的電流衰減完畢，進入暫態(tài)階段，稱為暫態(tài)電流；進入穩(wěn)態(tài)后，周期分量的有效值為，成為穩(wěn)態(tài)短路電流。（2）電抗、電勢和時間常數(shù)53對于凸極發(fā)電機54幾點說明：qd同步電機對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖55幾點說明：（3）距離發(fā)電機端口一段距離發(fā)生三相短路，只要在表達式中將發(fā)電機的電抗加上外部等值電抗進行計算即可。56§7.5電力系統(tǒng)三相短路的實用計算

實用計算的任務(wù)：起始次暫態(tài)電流的計算（t=0是短路電流周期分量的有效值）沖擊電流的計算短路電流最大有效值的計算

實用計算的目的：校驗斷路器的開斷能力、繼電保護整定計算，電氣設(shè)備動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗。57§7.5電力系統(tǒng)三相短路的實用計算一、三相短路實用計算的假設(shè)1、對發(fā)電機（定子）不同周期分量進行計算時，采用不同的模型?！?82、對電網(wǎng)，由于線路和變壓器為靜止元件，一般不考慮他們的電次暫態(tài)過程，其等值電路與穩(wěn)態(tài)相同，且忽略對地并聯(lián)支路。3、負荷對短路電流的影響很難準確計及。

不計負荷影響：即忽略負荷電流---電網(wǎng)空載，可將所有電源的次暫態(tài)電勢取為額定電壓，即標(biāo)么值為1，且各電勢相位相同。

短路前計及計及負荷影響：求取發(fā)電機的次暫態(tài)電勢：

短路后電網(wǎng)中的負荷可近似用恒定阻抗表示：594、短路瞬間電動機倒送短路電流現(xiàn)象：同步電機和調(diào)相機一樣可能送出短路電流;在短路點附近且顯著供給短路電流的大容量異步電動機的暫態(tài)模型：60二、三相短路周期分量起始值或次暫態(tài)電流的計算、1、等值法計算正常運行時的次暫態(tài)電勢；化簡網(wǎng)絡(luò)的各電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗，計算故障點次暫態(tài)電流。2、戴文寧定理法

故障點的短路電流等于故障點故障前電壓除以故障點向網(wǎng)絡(luò)看進去的戴維南等值阻抗。---------近似計算Uf0=1，忽略負荷。61疊加原理法計算故障后各節(jié)點電壓和支路電流：正常運行網(wǎng)絡(luò)與故障分量網(wǎng)絡(luò)的疊加。62例1在簡單電力系統(tǒng)中，一臺發(fā)電機向一臺同步電動機供電。發(fā)電機和電動機的額定功率均為30MW,額定電壓均為10.5kV,次暫態(tài)電抗均為0.2。以電機的額定值為基準值的線路電抗標(biāo)么值為0.1。設(shè)正常情況下電動機消耗的功率為20MW，功率因數(shù)為滯后0.8，端電壓為10.2。若在電動機端點發(fā)生三相短路，試求短路后瞬時故障點的短路電流以及發(fā)電機和電動機支路電流的交流分量。例163例2求：T3一次側(cè)三相短路時的次暫態(tài)電流。64小結(jié)1、為什么短路后空載電勢有突變，而暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電勢不變？答：短路瞬間繞組磁鏈守恒近似計算中，認為E”不突變。652、同步發(fā)電機的電抗電勢和等值電路jXq等值隱極機電路橫軸向等值電路jXq縱軸向等值電路jXd☆穩(wěn)態(tài)等值電路及其方程66☆暫態(tài)等值電路及其方程E’Ixd’+-Eq’id’xd’+uq-67☆次暫態(tài)等值電路及其方程68qd同步電機對稱穩(wěn)態(tài)運行矢量圖693、發(fā)電機端三相短路時定子電流周期分量

有效值的計算70《化妝品術(shù)語》起草情況匯報中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準的立項和下達時間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會都要建立自己的術(shù)語標(biāo)準。1ONE二、標(biāo)準經(jīng)費標(biāo)準研制經(jīng)費：3.8萬三、標(biāo)準的立項意義術(shù)語標(biāo)準有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準，術(shù)語標(biāo)準在各個領(lǐng)域的標(biāo)準體系中均起著重要的作用。隨著我國化妝品衛(wèi)生標(biāo)準體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長，在此情形下，化妝品術(shù)語標(biāo)準的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對于沒有國標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實用性在標(biāo)準體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標(biāo)準的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準、文獻并對國外文獻如美國21CFR進行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語、毒理學(xué)術(shù)語、微生物術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語、人體安全和功效評價術(shù)語，常用英文成份術(shù)語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語、相關(guān)國際組織和科研機構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準；3.對于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語進行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分術(shù)語。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會會議意見：1.修改能引用國家標(biāo)準的盡量引用國家標(biāo)準；對存在歧義的個別用詞進行修改。2.刪除由于本標(biāo)準中的“產(chǎn)品術(shù)語”一章和香化協(xié)會所制定的某個標(biāo)準存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語”一章的內(nèi)容；對“原料功能術(shù)語”的內(nèi)容進行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項術(shù)語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標(biāo)準的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實施細則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國家標(biāo)準如：GB5296.3-2008消費品使用說明化妝品通用標(biāo)簽，GB/T14666-2003分析化學(xué)術(shù)語等；5.國內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評價》等。七、標(biāo)準的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語3.毒理學(xué)試驗方法術(shù)語4.衛(wèi)生化學(xué)檢驗方法術(shù)語5.微生物檢驗方法術(shù)語6.人體安全性和功效性評價術(shù)語7.常用原料術(shù)語8.縮寫