1、電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)(七)，冉立，第1章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識(shí)，本章主要內(nèi)容：1。短路的一般概念。無限電源三相短路電流分析，2。標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的近似計(jì)算方法，第1節(jié)短路的一般概念，故障3360一般指短路和斷線，可分為簡(jiǎn)單故障和復(fù)雜故障。簡(jiǎn)單故障：電力系統(tǒng)的單一故障。復(fù)雜故障：兩個(gè)或多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生。短路：指的是相之間或相與地之間出現(xiàn)路徑的所有異常情況(對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng))。表1-1各種短路的示意圖和代表符號(hào)，1。短路的類型、絕緣材料的自然老化以及由于設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)不當(dāng)而導(dǎo)致的設(shè)備缺陷會(huì)發(fā)展成短路。惡劣天氣：雷擊引起的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，大風(fēng)引起的桿塔倒塌或架空線路導(dǎo)線結(jié)冰等。人為誤操作，例如，操

2、作人員帶負(fù)荷拉閘刀，在線路或設(shè)備維修后拆除之前，將電壓加到地線上，導(dǎo)致短路。挖溝會(huì)損壞電纜、鳥類和動(dòng)物穿過暴露的載流部件等。二是短路的主要原因：(1)電流急劇增加：設(shè)備發(fā)熱增加，如果短路持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備可能過熱甚至損壞；由于短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致導(dǎo)體變形甚至損壞。(2)電壓降大，對(duì)用戶影響大。(3)當(dāng)短路發(fā)生在離電源不遠(yuǎn)的地方且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能失去同步，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成大規(guī)模停電，這是短路最嚴(yán)重的后果。(4)當(dāng)不對(duì)稱短路發(fā)生時(shí)，三相不平衡電流會(huì)在相鄰?fù)ㄐ啪€路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，影響通信。(3)短路危險(xiǎn)，(1)限制短路電流(增加電抗器)。

3、(2)繼電保護(hù)的快速切換。(3)連接模式。(4)設(shè)備選擇；(4)減少短路危險(xiǎn)的措施；(5)計(jì)算短路電流的目的。短路電流的計(jì)算結(jié)果是選擇電氣設(shè)備(斷路器、變壓器、瓷瓶、母線、電纜等)的依據(jù)。)；它是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定的基礎(chǔ)。它是比較和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主要電氣接線圖的基礎(chǔ)，并可據(jù)此確定限制短路電流的措施。1.用電網(wǎng)的平均電壓代替元件的額定電壓，同一電壓等級(jí)下每個(gè)元件的額定電壓可能不同。在線路的首端，升壓變壓器的次級(jí)側(cè)高出10%，在線路的末端，降壓變壓器的初級(jí)側(cè)高出5%。簡(jiǎn)化相同電壓水平下每個(gè)元件相同額定電壓的計(jì)算，該電壓在數(shù)值上等于平均電壓。UAV=(1.1 un)/2=1.05 un

4、；2.高壓電網(wǎng)只考慮電抗，Rd Xd/3時(shí)忽略Rd；2.用變壓器建立多電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的等效電路(近似法)；1.發(fā)電機(jī)，采用平均電壓后簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮變壓器變比降低，以U4為基本電平；2.三相短路的暫態(tài)過程，圖1-2第3節(jié)恒電位源電路的三相短路簡(jiǎn)單的三相電路是短路，短路前電路處于穩(wěn)態(tài)：A相的微分方程如下，其解是短路的全電流，它由周期分量和非周期分量?jī)刹糠纸M成。假設(shè)在t0發(fā)生短路，短路電流的強(qiáng)制分量被記錄為周期分量，非周期電流是短路電流的自由分量，被記錄為特征方程的根。非周期分量電流衰減的時(shí)間常數(shù)，(C是由初始條件決定的積分常數(shù))，總短路電流可表示如下：短路電流不會(huì)突然變化，短路前電流，積分常數(shù)的解

5、，短路電流關(guān)系相量圖顯示了短路電流衰減的時(shí)間常數(shù)因此，非周期電流的最大條件是電路在短路前空載(Im0=0)，當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，電源電位過零(0)。2.短路沖擊電流和非周期電流最大初始值的條件如下：圖1-3。短路電流非周期分量最大可能值的條件如下：(1)短路前電路空載(IM0=0)；(2)當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，電源電位過零(0)。將、和0代入短路全電流表達(dá)式：短路電流的最大瞬時(shí)值出現(xiàn)在短路發(fā)生后約半個(gè)周期(如圖1-4所示)。如果赫茲，這個(gè)時(shí)間約為0.01秒，代入公式(6-8)，可以得到短路沖擊電流：0，kM為沖擊系數(shù)，在實(shí)際計(jì)算中，短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)電壓母線為kM1.9時(shí)；短路發(fā)生在1.85公里處；當(dāng)發(fā)電廠的

6、高壓母線。在其他位置短路kM1.8。圖1-4非周期分量具有最大可能值時(shí)的短路電流波形圖。短路電流有效值在短路過程中，任意時(shí)刻t的短路電流有效值是指以時(shí)刻t為中心的一段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值，也就是說，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假設(shè)非周期電流在以時(shí)刻t為中心的一段時(shí)間內(nèi)是恒定的，所以它在時(shí)刻t的有效值等于它的瞬時(shí)值，即，因此，在時(shí)刻t的周期電流有效值應(yīng)為，圖1-5短路電流有效值的確定。根據(jù)上述假設(shè)：短路電流的最大有效值：短路電流的最大有效值常用于檢查某些電氣設(shè)備的分?jǐn)嗄芰蚰褪軓?qiáng)度。短路電流的最大有效值出現(xiàn)在第一個(gè)周期，其中心在t=0.01s秒。短路容量也稱為短路功率，它等于短路電流有效值與短路處正常

7、工作電壓的乘積(一般采用平均額定電壓)，即當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)值表示時(shí)，短路容量主要用于檢查開關(guān)的關(guān)斷能力。1.繪制計(jì)算電路圖，用單相節(jié)點(diǎn)圖表示計(jì)算電路圖，并標(biāo)明各元件的額定參數(shù)。每個(gè)元件按順序編號(hào)：1，2，3，4，5，6，6.3千伏，37千伏，0.4/千米15千米，27.5兆伏%=7.5，215兆伏，6千伏。2.確定短路計(jì)算點(diǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行方式，按，選擇電氣設(shè)備，設(shè)置繼電保護(hù)，高低壓母線，在電氣設(shè)備終端，運(yùn)行方式，最大：選擇電氣設(shè)備，最小：校驗(yàn)繼電保護(hù)，并聯(lián)運(yùn)行，電源按最大容量處理，單列運(yùn)行；3.繪制等效電路圖，對(duì)應(yīng)每個(gè)短路點(diǎn)。只需指出短路點(diǎn)短路時(shí)短路電流通過的元件的電抗，分子是序號(hào)，分母是元件的電抗標(biāo)準(zhǔn)值

8、。4.等效電路圖合并簡(jiǎn)化，串聯(lián)和并聯(lián)，y，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，電源相同，電抗參數(shù)相同，短路電流流向相同。例如，當(dāng)d1和d2短路時(shí)，計(jì)算短路的總電抗標(biāo)準(zhǔn)值。第五節(jié)無限大容量供電系統(tǒng)三相短路電流的計(jì)算，1。基本概念，短路電流最大的故障，中性點(diǎn)接地：三相或單相，中性點(diǎn)不接地：三相，短路電流計(jì)算值，次暫態(tài)短路電流：周期分量初有效值(t=0)，目的：斷路器額定分?jǐn)嗄芰Φ谋Ｗo(hù)整定計(jì)算和校驗(yàn)，短路全電流的最大有效值，目的：校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和斷路器的額定分?jǐn)嚯娏?，三相短路沖擊電流， 目的：驗(yàn)證電氣設(shè)備和載液的熱穩(wěn)定性，并有一種著名的無限容量制造方法，適用于： 1KV以下的低壓系統(tǒng)和電壓等級(jí)少、接線簡(jiǎn)單的高壓

9、系統(tǒng)，以短路點(diǎn)所在的電壓等級(jí)為基本等級(jí)。 通過變壓器的近似變比將各元件的阻抗降低到基本水平，得到從電源到短路點(diǎn)的總阻抗Z。在考慮電阻的情況下，計(jì)算了斷路器的沖擊電流、最大有效值和短路容量。當(dāng)kM=1.8時(shí)，IM=1.52 IDZ，當(dāng)km=1.8時(shí)，iM=2.55 Idz。第三，標(biāo)準(zhǔn)值法適用于333。取參考值SB和Uav，計(jì)算短路電流周期分量的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算三相短路容量的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算著名值。4.例如，如圖所示，電路中發(fā)生三相短路，分別用著名方法和標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算Idz、IM、iM和Sd(KM=1.8)。解決方法：著名方法：以10.5千伏電壓電平為基本電平，等效電路，標(biāo)準(zhǔn)等效電路，總回路阻抗，周期分量有

10、效值，沖擊電流，最大全電流有效值，短路容量，總回路阻抗標(biāo)稱值，周期分量有效值，沖擊電流，最大全電流有效值，短路容量，標(biāo)稱值，著名值，第二章電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算。由于在復(fù)雜的多電源系統(tǒng)中，不能將所有的電源都視為無限電源，因此很難準(zhǔn)確計(jì)算三相短路電流。發(fā)電機(jī)參數(shù)由亞瞬態(tài)參數(shù)表示，忽略較小的負(fù)載、線對(duì)地電容和變壓器的勵(lì)磁支路以及變壓器與平均電壓的比值。短路電流的計(jì)算主要是尋找短路電流周期分量的初始值，即亞瞬態(tài)電流。計(jì)算方法主要有，等值法，疊加原理法，運(yùn)行曲線法，轉(zhuǎn)移阻抗法，高壓電網(wǎng)忽略電阻影響法。第1節(jié)，交流電流初始值的計(jì)算，1。簡(jiǎn)單：首先得到每臺(tái)發(fā)電機(jī)(包括短路點(diǎn)附近的大型電機(jī))的端電壓和定

11、子電流，然后計(jì)算它們的亞瞬態(tài)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)在下一步中簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可以認(rèn)為：以短ci為中心網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的正常電壓和各支路的正常電流可由正常運(yùn)行時(shí)的等效電路(C)獲得，如：利用疊加原理解決問題的步驟：網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓變化和各支路的電流變化可由故障分量的等效電路(D)獲得，如：正常分量和故障分量疊加可獲得各節(jié)點(diǎn)的電壓和故障后各支路的電流，如：運(yùn)行曲線的概念和定義。在第二部分中，計(jì)算曲線用于隨時(shí)計(jì)算短路電流。2.繪制了計(jì)算曲線。汽輪發(fā)電機(jī)(18種)為： 12MW 200MW，水輪發(fā)電機(jī)(17種)為： 12.5MW 225MW。制作了計(jì)算曲線的典型接線圖。當(dāng)Xjs3.45，3。等效網(wǎng)絡(luò)由計(jì)算曲線法的步驟(

12、1)繪制。(2)求出轉(zhuǎn)移電抗：Xif(i=1，2，g)，Xsf；(3)計(jì)算電抗；查找表：Ipt1*、Ipt2*、Iptg*。(5)無限電源提供的短路周期電流，第I個(gè)等效發(fā)電機(jī)提供的短路電流為：無限電源提供的短路電流為：短路點(diǎn)周期電流的著名值為：(6)短路電流周期分量的著名值計(jì)算，例，4。運(yùn)用運(yùn)行曲線、功率組合原理：將短路電流變化規(guī)律大致相同的發(fā)電機(jī)組合在一起(3)遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的同類型發(fā)電廠合并；(4)無限電源(如果有)被合并到一個(gè)組中。(1)與短路點(diǎn)電氣距離相差很小的同類型發(fā)電機(jī)合并；(2)直接連接到短路點(diǎn)的發(fā)電機(jī)(或發(fā)電廠)應(yīng)單獨(dú)考慮；轉(zhuǎn)移阻抗Zif的定義：任何復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，除了電源電位和短路點(diǎn)以外的所有中間節(jié)點(diǎn)都通