短路電流實用計算

關(guān)于短路電流實用計算第一節(jié)短路的基本概念一、短路的定義及其種類

二、發(fā)生短路的原因三、短路的后果四、短路計算的目的與計算假設第2頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、短路的定義及其種類在電力系統(tǒng)中，短路是最常見而且對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生嚴重影響的故障。所謂短路是指相與相或相與地之間直接金屬性連接。短路種類主要有三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路等四種。三相短路屬對稱短路，其它屬不對稱短路。系統(tǒng)中各種短路、代表符號及事故機率如表5-1所示。第3頁,共66頁，2024年2月25日，星期天短路種類代表符號及事故機率第4頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、發(fā)生短路的原因

（1）設備或裝置存在隱患。如絕緣材料陳舊老化、絕緣機械損傷、設備缺陷未發(fā)現(xiàn)消除、設計安裝有誤等。（2）運行、維護不當。如運行人員不遵守操作規(guī)程，出現(xiàn)誤操作，技術(shù)水平低，管理不善，機械損傷等。（3）自然災害。如雷擊過電壓，特大的洪水、大風、冰雪、塌方等引起的線路倒桿、斷線，飛禽走獸跨接裸導體等。一般說來，短路故障是可以防范的，絕大多數(shù)短路故障的發(fā)生都與工作人員未能很好地履行崗位職責有關(guān)。第5頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、短路的后果（1）電動力效應。短路電流在設備中產(chǎn)生巨大的的電動力，可能引起設備變形、扭曲、斷裂。（2）熱效應。短路電流通常比正常工作電流大幾十倍。導體的發(fā)熱量與電流的平方成正比，使設備溫度急劇上升，可能導致設備短時過熱。不僅燒壞設備，還可能傷及工作人員。（3）磁效應。短路電流通過線路時在周圍產(chǎn)生交變的電磁場。特別是不對稱短路，對附近通信線路和無線電波產(chǎn)生電磁干擾。（4）電壓效應。短路電流使電網(wǎng)電壓降低。電網(wǎng)電壓的下降可能導致用電設備正常工作的破壞，還可能造成系統(tǒng)中并列運行的發(fā)電機失步或者導致電網(wǎng)樞紐電壓的崩潰，所有這些都可能引起電力系統(tǒng)瓦解而造成大面積停電事故。在某些不對稱短路情況下，非故障相電壓將超過額定值，引起“工頻電壓升高”的內(nèi)部過電壓現(xiàn)象。第6頁,共66頁，2024年2月25日，星期天四、短路計算的目的與計算假設計算短路電流的具體目的短路電流基本假設第7頁,共66頁，2024年2月25日，星期天計算短路電流的具體目的①選擇和校驗電氣設備；②進行繼電保護裝置的選型與整定計算；③分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能；選擇限制短路電流的措施；④確定電力線路對通信線路的影響等。第8頁,共66頁，2024年2月25日，星期天短路電流計算基本假設（1）電力系統(tǒng)在正常工作時三相是對稱的；所有發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和電勢相位在短路過程中保持不變，即發(fā)電機無搖擺現(xiàn)象。（2）電力系統(tǒng)各元件的電容和電阻略去不計；各元件的電抗在短路過程中保持不變；即不受鐵芯飽和的影響；變壓器還略去勵磁電流和勵磁回路。各電力元件的寄生電容僅在超高壓時才考慮；在1kV及以下的低壓網(wǎng)絡中，或短路回路的總電阻常大于總電抗的1/3(甚至大于電抗)時，應計入電阻。在高壓電網(wǎng)中計算短路電流非周期分量的時間常數(shù)時，應考慮短路回路中電阻的影響。第9頁,共66頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)標么值一、標么值的定義二、標么值的轉(zhuǎn)換三、標么值的特點第10頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、標么值的定義標么值是某些電氣量的實際有名值與所選定的同單位規(guī)定值之比，即

可見標么值是一個無單位的比值，而且，對同一個實際值，當所算的基值不同時其標幺值也不同。標么值的符號為各量符號加下角碼“*”。第11頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、標么值的轉(zhuǎn)換四個電氣量對于選取的四個基準量的標幺值為在計算時要把電氣元件的（額定）基值的標幺值轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一選定的基準值下的標幺值。以電抗的標幺值為例，轉(zhuǎn)換公式為基準電壓等于額定電壓時，上面公式變成基準電壓的選取第12頁,共66頁，2024年2月25日，星期天基準電壓的選取在實用計算中，通常選取某一段電路的平均標稱電壓作為基準電壓，也就是說各段電路的基準電壓均等于該段電路的平均電壓。我國電力系統(tǒng)中常用到的各電壓級的平均標稱電壓如下：第13頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、標么值的特點（1）在三相電路中,標么值相量等于線量。（2）三相功率和單相功率的標么值相同。（3）三相電路的標么值歐姆定律為U*=I*X*，功率方程為S*=U*I*,與單相電路的相同。（4）當電網(wǎng)的電源電壓為額定值時(即U*=1)，功率標么值與電流標么值相等，且等于電抗標么值的倒數(shù)。（5）兩個標么基準值相加或相乘，仍得同基準的標么基準值。由于上述特點，用標么值計算短路電流可使計算簡便，且結(jié)果明顯，便于迅速及時地判斷計算結(jié)果的正確性。第14頁,共66頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)電力系統(tǒng)中各元件的電抗標么值的計算

一、同步電機二、變壓器

三、架空線路和電纜線路四、電抗器第15頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、同步電機1.有名值在三相短路電流的實用計算中，只需知道同步電機在短路起始瞬間的電抗，即縱軸次暫態(tài)電抗，實際計算時需換算到所選定的基準值，換算公式為第16頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、變壓器1.雙繞組變壓器2.三繞組變壓器第17頁,共66頁，2024年2月25日，星期天1.雙繞組變壓器雙繞組變壓器產(chǎn)品給出阻抗電壓（短路電壓）百分值Ud%，以變壓器額定參數(shù)為基準值的電抗標幺值為：第18頁,共66頁，2024年2月25日，星期天2.三繞組變壓器等值電路額定標么值基準標么值第19頁,共66頁，2024年2月25日，星期天等值電路第20頁,共66頁，2024年2月25日，星期天額定標么值第21頁,共66頁，2024年2月25日，星期天基準標么值第22頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、線路標么值第23頁,共66頁，2024年2月25日，星期天四、電抗器第24頁,共66頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)短路電流計算的程序計算短路電流前，應先搜集有關(guān)的電力系統(tǒng)接線圖、運行方式及各元件的技術(shù)數(shù)據(jù)等資料。計算時，根據(jù)資料首先擬出計算電路圖，再選定計算短路點。對每一短路點作出等值電路圖，并逐步化簡至最簡形式的短路回路，即由一個總電源經(jīng)總電抗至計算短路點的短路回路，便可求出所選短路點的短路電流值。第25頁,共66頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)由無限大容量系統(tǒng)供電的三項短路一、無限大容量電力系統(tǒng)的概念二、短路電流的變化規(guī)律三、短路電流各分量的計算第26頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、無限大容量電力系統(tǒng)的概念系統(tǒng)中的發(fā)電機愈多，容量越大，則系統(tǒng)內(nèi)阻抗就愈小。這時若外電路元件的阻抗比系統(tǒng)內(nèi)阻抗大得多，則當外電路中電流發(fā)生變動甚至出現(xiàn)短路時，系統(tǒng)出口母線電壓變化很小。在實用的短路計算中可忽略此電壓的變動而近似認為系統(tǒng)出口母線電壓維持不變。在進行短路電流計算時，若系統(tǒng)內(nèi)阻抗不超過短路回路總阻抗(含系統(tǒng)內(nèi)阻抗)的5%～10%，便可視為無限大容量系統(tǒng)。第27頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、短路電流的變化規(guī)律（一）第28頁,共66頁，2024年2月25日，星期天二、短路電流的變化規(guī)律（二）發(fā)生短路后，整個短路過程包括兩部分，即暫態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。在暫態(tài)過程中，短路電流包含兩個分量：一個是穩(wěn)態(tài)分量，又稱周期分量；另一個是暫態(tài)分量，也稱非周期分量。非周期分量是一個按指數(shù)規(guī)律衰減的分量，當其衰減完后，短路即進入穩(wěn)定狀態(tài)。故短路全電流為第29頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、短路電流各分量的計算1.周期分量2.非周期分量3.短路沖擊電流4.母線殘余電壓5.短路功率第30頁,共66頁，2024年2月25日，星期天1.周期分量無窮大容量系統(tǒng)中：用標幺值計算時，一般取UB=UP，則周期分量的有名值為第31頁,共66頁，2024年2月25日，星期天2.非周期分量發(fā)生短路的最嚴重條件是：發(fā)生短路時電壓的初相角為零；短路前電路為空載，即負荷電流為零；電路中電阻可忽略不計，為純電感電路，即阻抗角=90°。任意時刻t時非周期分量的瞬時值為第32頁,共66頁，2024年2月25日，星期天3.短路沖擊電流第33頁,共66頁，2024年2月25日，星期天4.母線殘余電壓第34頁,共66頁，2024年2月25日，星期天5.短路功率第35頁,共66頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)由發(fā)電機供電的三相短路的實用計算

一、短路電流曲線二、周期分量電流幅值的變化三、計算電抗對周期分量有效值的影響

四、次暫態(tài)短路電流及沖擊短路電流的計算五、短路電流的總有效值與沖擊電流有效值第36頁,共66頁，2024年2月25日，星期天一、短路電流曲線無自動電壓調(diào)整器時的三相短路電流曲線有自動電壓調(diào)整器時的三相短路電流曲線第37頁,共66頁，2024年2月25日，星期天無自動電壓調(diào)整器時的三相短路電流曲線第38頁,共66頁，2024年2月25日，星期天有自動電壓調(diào)整器時的三相短路電流曲線第39頁,共66頁，2024年2月25日，星期天三、計算電抗對周期分量有效值的影響短路回路的總電抗標么值換算為計算電抗的公式不同的計算電抗Xjs﹡時，周期分量有效值的變化曲線第40頁,共66頁，2024年2月25日，星期天短路回路的總電抗標么值換算為計算電抗的公式第41頁,共66頁，2024年2月25日，星期天不同的計算電抗Xjs﹡時，周期分量有效值的變化曲線第42頁,共66頁，2024年2月25日，星期天四、次暫態(tài)短路電流及沖擊短路電流的計算三相短路的次暫態(tài)電流發(fā)電機的次暫態(tài)電勢：若發(fā)電機在短路前已帶有額定負荷，則：最大相沖擊短路電流實用計算中，對發(fā)電機端取Kch=1.9，對發(fā)電廠的高壓配電裝置母線取Kch=1.85，遠離發(fā)電廠時取Kch=1.8。第43頁,共66頁，2024年2月25日，星期天五、短路電流的總有效值與沖擊電流有效值Ich的大小與短路點的位置有關(guān)，如遠離發(fā)電廠時，第44頁,共66頁，2024年2月25日，星期天第七節(jié)電力系統(tǒng)中各元件的序參數(shù)和序網(wǎng)絡X1∑、X2∑、X0∑——包括電源和外電路的短路回路的正序、負序和零序總電抗各元件的各序阻抗第45頁,共66頁，2024年2月25日，星期天各元件的各序阻抗（一）正序電抗（二）負序電抗（三）零序電抗第46頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（一）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。第47頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（二）負序電抗靜止電器是指不帶旋轉(zhuǎn)部件的電器，如變壓器、電抗器、架空線路及電纜線路等，其負序電抗等于正序電抗。同步電機的負序電抗一般不等于正序電抗。同步電機的負序電抗值可由產(chǎn)品目錄或手冊查出。如缺少這些數(shù)據(jù)時，也可采用下述平均值：對汽輪發(fā)電機和有阻尼繞組的水輪發(fā)電機，對無阻尼繞組的水輪發(fā)電機：第48頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（三）零序電抗1．同步電機2．電抗器3.架空線路4．電力電纜5.變壓器第49頁,共66頁，2024年2月25日，星期天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

有阻尼繞組的水輪發(fā)電機容量5OMVA及以下的汽輪發(fā)電機第50頁,共66頁，2024年2月25日，星期天2．電抗器

第51頁,共66頁，2024年2月25日，星期天3.架空線路實際計算時可近似取以下平均數(shù)據(jù)

單回架空線路

雙回中的一回架空線路第52頁,共66頁，2024年2月25日，星期天4．電力電纜第53頁,共66頁，2024年2月25日，星期天5.變壓器幾種常用的雙繞組和三繞組變壓器的繞組接線及其零序電流等值電路圖（1）YN，d接線的雙繞組變壓器（2）YN，y接線的雙繞組變壓器（3）YN，yn接線的雙繞組變壓器（4）三繞組變壓器第54頁,共66頁，2024年2月25日，星期天幾種常用的雙繞組和三繞組變壓器的繞組接線及其零序電流等值電路圖

第55頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（1）YN，d接線的雙繞組變壓器第56頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（2）YN，y接線的雙繞組變壓器第57頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（3）YN，yn接線的雙繞組變壓器若繞組Ⅱ側(cè)具有零序通道，則變壓器的零序電抗應與該側(cè)零序等值電路一并考慮。若繞組Ⅱ側(cè)無零序通道，則與YN，y接線的情況相同。第58頁,共66頁，2024年2月25日，星期天（4）三繞組變壓器

YN，d，y接線

YN，d，d接線

YN，d，yn接線變壓器繞組的零序電抗要與整個零序網(wǎng)絡一并考慮