第三章電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算

第三章電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算第1頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三章電力系統(tǒng)三相電路短路的實(shí)用計(jì)算其中，直軸和交軸次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)分別為：第2頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)短路電流的工程計(jì)算只要求計(jì)算短路電流基頻交流分量的初始值，即次暫態(tài)電流。WHY?由于使用快速保護(hù)和高速斷路器以后，斷路器開(kāi)斷時(shí)間小于0.1SQ:各種電機(jī)的時(shí)間常數(shù)的大致范圍為多少？P32表2-2第3頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)短路電流交流分量初始值計(jì)算第二節(jié)計(jì)算機(jī)計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流交流分量初始值的原理第三節(jié)其他時(shí)刻短路電流交流分量有效值的計(jì)算第三章電力系統(tǒng)三相短路電流的實(shí)用計(jì)算第4頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)短路電流交流分量初始值計(jì)算一、計(jì)算的條件和近似二、簡(jiǎn)單系統(tǒng)計(jì)算三、復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算第5頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、計(jì)算的條件和近似(1)電源：等值電動(dòng)勢(shì)和等值電抗；(2)電網(wǎng)：電網(wǎng)簡(jiǎn)化；(3)負(fù)荷：不計(jì)及負(fù)荷；(4)電動(dòng)機(jī)：計(jì)及短路點(diǎn)附近的電動(dòng)機(jī)；(5)短路類(lèi)型：直接短路；第6頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算的條件和近似：電源發(fā)電機(jī)的等值電動(dòng)勢(shì)為次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)；

等值電抗為直軸次暫態(tài)電抗；若忽略負(fù)荷，則短路前為空載狀態(tài)，所有電源的等值電動(dòng)勢(shì)標(biāo)幺值均為1，且同相位。當(dāng)短路點(diǎn)遠(yuǎn)離電源時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓母線看作恒定電壓源。第7頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月忽略線路對(duì)地電容和變壓器的勵(lì)磁回路計(jì)算高壓網(wǎng)時(shí)忽略電阻，低壓網(wǎng)和電纜線路用阻抗模值計(jì)算標(biāo)幺值計(jì)算中取變壓器變比為平均額定電壓之比計(jì)算的條件和近似：電網(wǎng)第8頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不計(jì)負(fù)荷（均斷開(kāi)）。短路前按空載情況決定次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)，短路后電網(wǎng)上依舊不接負(fù)荷。近似的可行性是由于短路后電網(wǎng)電壓下降，負(fù)荷電流<<短路電流。計(jì)算的條件和近似：負(fù)荷第9頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算的條件和近似：電動(dòng)機(jī)短路后瞬間電動(dòng)機(jī)倒送短路電流現(xiàn)象：圖3-1

異步電動(dòng)機(jī)在失去電源后能提供短路電流:

機(jī)械慣性和電磁慣性。異步電動(dòng)機(jī)短路電流中有交流分量和直流分量。因?yàn)榇螘簯B(tài)電動(dòng)勢(shì)在短路前后瞬間不變，所以可用和來(lái)計(jì)算短路初始電流。當(dāng)短路瞬間異步電動(dòng)機(jī)端電壓低于時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)就變成了一個(gè)暫時(shí)電源向外供應(yīng)短路電流。第10頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際上，負(fù)荷是綜合性的，很難準(zhǔn)確計(jì)及電動(dòng)機(jī)對(duì)短路電流的影響，而且一般電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)較遠(yuǎn)，提供的短路電流不大，因此在實(shí)用計(jì)算中只對(duì)短路點(diǎn)附近，顯著供給短路電流的大容量電動(dòng)機(jī)，才按上述方法以、作為電動(dòng)機(jī)的等值參數(shù)計(jì)算。第11頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月短路電流的計(jì)算發(fā)電機(jī)電流電動(dòng)機(jī)電流第12頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第13頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)短路處為直接短路，即直接接地短路，實(shí)際上短路處有電弧，要準(zhǔn)確計(jì)及電弧的影響，則需用非線性問(wèn)題的迭代求解方法。計(jì)算的條件和近似：短路類(lèi)型第14頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、簡(jiǎn)單系統(tǒng)次暫態(tài)電流計(jì)算圖所示為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)向負(fù)荷供電的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。母線上均接有綜合性負(fù)荷，現(xiàn)分析母線3發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流交流分量的初始值。第15頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)直接計(jì)算法第16頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月短路電流為：第17頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)疊加原理法第18頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第20頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月短路點(diǎn)電流直接由故障分量求得，即由短路點(diǎn)短路前開(kāi)路電壓除以電網(wǎng)對(duì)該點(diǎn)的等值阻抗。電網(wǎng)對(duì)短路點(diǎn)的等值阻抗第21頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月疊加原理計(jì)算短路電流：電網(wǎng)中任一點(diǎn)的短路電流交流分量初始值等于該點(diǎn)短路前的電壓（開(kāi)路電壓）除以電網(wǎng)對(duì)該點(diǎn)的等值阻抗（該點(diǎn)向電網(wǎng)看進(jìn)去的等值阻抗），這時(shí)所有發(fā)電機(jī)的電抗為如果經(jīng)過(guò)阻抗后發(fā)生短路，則短路點(diǎn)電流為：第22頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算方法的原則和簡(jiǎn)單系統(tǒng)相同，但電網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所以必須化簡(jiǎn)。復(fù)雜系統(tǒng)次暫態(tài)電流計(jì)算第23頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電網(wǎng)絡(luò)變換的基本公式具體見(jiàn)P238，有：有源電動(dòng)勢(shì)支路的并聯(lián)，三角形變星形，星形變?nèi)切危嘀沸切巫優(yōu)閷?duì)角連接的網(wǎng)形。第27頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般而言，若要計(jì)及負(fù)荷，則應(yīng)用疊加原理方便些，從已知的正常運(yùn)行情況求得短路點(diǎn)開(kāi)路電壓，然后將所有電源短路接地，化簡(jiǎn)合并網(wǎng)絡(luò)求得網(wǎng)絡(luò)對(duì)短路點(diǎn)的等值電抗，則可得短路點(diǎn)的電流。若要求其它支路電流，還必須計(jì)算故障分量電流分布，然后與相應(yīng)正常電流相加。如果忽略負(fù)荷，且認(rèn)為電源電動(dòng)勢(shì)均相等，則直接將短路點(diǎn)接“地”。電源合并，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)求得電源對(duì)短路點(diǎn)的電抗，短路電流即等于電源電壓除以。第28頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月疊加原理計(jì)算短路電流的步驟(1)作出系統(tǒng)在短路前的等值電路圖；(2)分析計(jì)算短路前的運(yùn)行狀況以確定短路點(diǎn)開(kāi)路電壓和各代求量的正常分量值；(3)計(jì)算短路后各代求量的故障分量；(4)將步驟2和步驟3的計(jì)算結(jié)果疊加，得到各待求量的值；第29頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三相短路計(jì)算的原理和方法1、疊加原理2、電流分布系數(shù)3、網(wǎng)絡(luò)等值變換第30頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、疊加原理該網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)1~n為電源節(jié)點(diǎn)，電流以流入網(wǎng)絡(luò)為正。根據(jù)疊加原理，網(wǎng)絡(luò)中每一處的電流應(yīng)等于n個(gè)電勢(shì)源分別單獨(dú)作用時(shí)所產(chǎn)生的n個(gè)分量的代數(shù)和。第31頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月只有第i個(gè)電勢(shì)源單獨(dú)作用時(shí)的電流分布表示第i個(gè)電勢(shì)源單獨(dú)作用時(shí)從節(jié)點(diǎn)i流入網(wǎng)絡(luò)的電流

表示第j個(gè)電勢(shì)源單獨(dú)作用時(shí)從節(jié)點(diǎn)i流出網(wǎng)絡(luò)的電流

第i個(gè)電源節(jié)點(diǎn)的電流可以表示為：第32頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——節(jié)點(diǎn)i的輸入阻抗；當(dāng)電勢(shì)，其余電源節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)均為零時(shí)，電勢(shì)與從節(jié)點(diǎn)i注入網(wǎng)絡(luò)的電流之比即等于?！?jié)點(diǎn)i、j之間的轉(zhuǎn)移阻抗；當(dāng)電勢(shì)，其余電源節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)均為零時(shí)，電勢(shì)與從節(jié)點(diǎn)i流出網(wǎng)絡(luò)的電流之比即等于根據(jù)互易定理：第33頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)基爾霍夫電流定律可知：即節(jié)點(diǎn)i的輸入阻抗等于節(jié)點(diǎn)i對(duì)其余所有電源節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗的并聯(lián)值。第34頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)絡(luò)中存在節(jié)點(diǎn)f為短路點(diǎn)時(shí)，可把短路點(diǎn)當(dāng)作電勢(shì)為零的電源點(diǎn)。短路點(diǎn)的輸入阻抗第35頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)計(jì)算機(jī)計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流

交流分量初始值的原理實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算(1)根據(jù)計(jì)算原理選擇計(jì)算用的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法；(2)根據(jù)所選定的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法編制計(jì)算程序；第36頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月計(jì)算短路電流，實(shí)質(zhì)就是求解交流電路的穩(wěn)態(tài)電流數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)公式網(wǎng)絡(luò)的線性代數(shù)方程組，一般選用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方程?！?jié)點(diǎn)阻抗矩陣或節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣描述。用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的計(jì)算方法；用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的計(jì)算方法；第37頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、計(jì)算短路電流所用等值網(wǎng)絡(luò)G——發(fā)電機(jī)端電壓節(jié)點(diǎn)；D——恒定阻抗代表的負(fù)荷；第38頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月正常運(yùn)行時(shí)的網(wǎng)絡(luò)故障分量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用疊加原理分解為正常運(yùn)行和故障運(yùn)行兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算求解短路電流程序求解第39頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月近似實(shí)用計(jì)算中不計(jì)負(fù)荷影響時(shí)的等值網(wǎng)絡(luò)疊加原理第40頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月故障分量網(wǎng)絡(luò)與潮流計(jì)算時(shí)的網(wǎng)絡(luò)的差別：(1)發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)上多接了對(duì)地電抗；(2)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上多接了對(duì)地阻抗（實(shí)用計(jì)算中無(wú)）；(3)通常短路計(jì)算中可忽略線路電阻和電納，且不計(jì)變壓器的實(shí)際變化；第42頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的計(jì)算方法任一網(wǎng)絡(luò)用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣表示的節(jié)點(diǎn)電壓方程為：網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)對(duì)“地”電壓網(wǎng)絡(luò)外部向各節(jié)點(diǎn)的注入電流第43頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月矩陣對(duì)角元素稱(chēng)為自阻抗：當(dāng)除i節(jié)點(diǎn)外所有其它節(jié)點(diǎn)注入電流均為零時(shí)，i節(jié)點(diǎn)電壓與其注入電流之比，也就是從i節(jié)點(diǎn)看進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的等值阻抗，或者說(shuō)網(wǎng)絡(luò)對(duì)i節(jié)點(diǎn)的等值阻抗。第44頁(yè)，課件共47頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月矩陣的非對(duì)角元素稱(chēng)為互阻抗即當(dāng)除i節(jié)點(diǎn)外所有其它節(jié)點(diǎn)注入電流均為零時(shí)，j節(jié)點(diǎn)與i節(jié)點(diǎn)電