1、電力系統(tǒng)分析理論部分,2013.10.14,中石化繼電保護(hù)培訓(xùn),1,一、電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式 二、三相短路故障的計(jì)算 三、電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障計(jì)算 四、簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障的分析,2,一、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式,1、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式研究的對(duì)象 2、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的分類 3、電力系統(tǒng)的最大、最小運(yùn)行方式 4、短路電流計(jì)算的條件,3,電力系統(tǒng)運(yùn)行方式：根據(jù)本系統(tǒng)實(shí)際情況，合理使用資源，使整個(gè)系統(tǒng) 在安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況下的決策。,4,（1）網(wǎng)內(nèi)電源與負(fù)荷的電力電量平衡。 （2）廠站（所）的主接線方式及保護(hù)配合。 （3）各電網(wǎng)間的聯(lián)網(wǎng)及聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的控制。 （4）電網(wǎng)的調(diào)峰。 （5）無(wú)功電源的運(yùn)行調(diào)度。 （

2、6）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。,1、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式研究的對(duì)象,5,網(wǎng)內(nèi)電源與負(fù)荷的電力電量平衡,發(fā)電出力,用電負(fù)荷,=,以額定頻率50Hz作為依據(jù),6,廠站（所）的主接線方式及保護(hù)配合,廠站的主接線方式隨基建完工后就基本固定了。 保護(hù)配合根據(jù)每年一次電網(wǎng)阻抗變化進(jìn)行計(jì)算而確定。正常情況下也是固定的。 當(dāng)設(shè)備檢修或電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)的負(fù)荷發(fā)生變化后，才考慮調(diào)整，和校核保護(hù)的配合。 保護(hù)配合同時(shí)考慮自動(dòng)裝置的投切。,7,電網(wǎng)間的聯(lián)網(wǎng)及聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的控制,電網(wǎng)間的聯(lián)網(wǎng)傳輸功率的控制：一般受電力交易市場(chǎng)交易行為的限制。,聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的控制：根據(jù)負(fù)荷和發(fā)電出力的變化，在穩(wěn)定導(dǎo)則的規(guī)定情況下，對(duì)相關(guān)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行潮流

3、控制。 控制方法：調(diào)整接線方式、降低送電端發(fā)電出力、增加受電端發(fā)電出力、在受電端限電。,8,無(wú)功電源的運(yùn)行調(diào)度,電壓的合格：保證各種運(yùn)行方式下，變電站、發(fā)電廠的母線電壓在合格范圍內(nèi)。 無(wú)功補(bǔ)償：以無(wú)功分層、分區(qū)的無(wú)功平衡為原則?！熬偷匮a(bǔ)償”原則。,電網(wǎng)的調(diào)峰,1、在負(fù)荷高峰來(lái)臨之前開啟備用水電、抽水蓄能機(jī)組、燃?xì)獾葯C(jī)組。 2、增加發(fā)電負(fù)荷曲線。 前提：系統(tǒng)頻率保持在50Hz。,9,電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)運(yùn)行方式的影響,合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是各種運(yùn)行方式的基礎(chǔ)，它約束和規(guī)定了電網(wǎng)的運(yùn)行方式。 針對(duì)不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和不同的運(yùn)行方式,研究電網(wǎng)的特性，確定各種事故條件下應(yīng)采取的對(duì)策，是電網(wǎng)運(yùn)行工作的重要任務(wù)之一。,10,

4、2、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的分類,11,1、按時(shí)域分：分為年、季度和日運(yùn)行方式(正常運(yùn)行方式）； 2、按系統(tǒng)狀態(tài)分：分為正常運(yùn)行方式、事故運(yùn)行方式和特殊運(yùn)行方式(也稱為檢修運(yùn)行方式)。,12,年度運(yùn)行方式,年度運(yùn)行方式是根據(jù)本電網(wǎng)在下一年度的檢修計(jì)劃、基建、技改工作計(jì)劃、發(fā)電出力和負(fù)荷增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)，提前安排的運(yùn)行策略。 年度運(yùn)行方式需上報(bào)上一級(jí)調(diào)度并批準(zhǔn)后執(zhí)行。,13,季度、日運(yùn)行方式,根據(jù)月度發(fā)電計(jì)劃、設(shè)備檢修計(jì)劃及電網(wǎng)實(shí)際情況，綜合考慮天氣、節(jié)假日、近期水情、燃料供應(yīng)、設(shè)備情況等因素，安排的運(yùn)行策略。 根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行安全分析，避免出現(xiàn)按預(yù)定方式運(yùn)行存在設(shè)備過(guò)載或電壓越限。,14,電力系統(tǒng)正常運(yùn)行

5、方式,電力系統(tǒng)的正常方式是指正常計(jì)劃?rùn)z修方式和按負(fù)荷曲線及季節(jié)變化的水電大發(fā)、火電大發(fā)，最大最小負(fù)荷和最大最小開機(jī)方式，及抽水蓄能運(yùn)行工況等可能較長(zhǎng)期出現(xiàn)的運(yùn)行方式。,15,電網(wǎng)正常運(yùn)行方式,能充分滿足用戶對(duì)電能的需求； 電網(wǎng)所有設(shè)備不出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷和過(guò)電壓?jiǎn)栴},所有輸電線路的傳輸功率都在穩(wěn)定極限以內(nèi); 有符合規(guī)定的有功及無(wú)功功率備用容量; 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置得當(dāng)且整定正確; 系統(tǒng)運(yùn)行符合經(jīng)濟(jì)性要求; 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理,有較高的可靠性、穩(wěn)定性和抗事故能力; 通信暢通,信息傳送正常。,16,電力系統(tǒng)的特殊運(yùn)行方式,特殊運(yùn)行方式是指主干線路、大的聯(lián)絡(luò)變壓器等設(shè)備檢修，以及對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行影響較大的 運(yùn)行

6、方式。包括節(jié)假日運(yùn)行方式、主干線路、變壓器或其他系統(tǒng)重要元件、設(shè)備計(jì)劃外檢修，電網(wǎng)主要安全穩(wěn)定控制裝置退出，以及其他對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響較為嚴(yán)重的方式。,17,電網(wǎng)事故運(yùn)行方式,事故運(yùn)行方式多是針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行上的薄弱環(huán)節(jié)按可能發(fā)生的影 響較大的事故而編制的，此時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性下降，因此要求其持續(xù)時(shí)間應(yīng)盡量縮短。,18,電力系統(tǒng)的事故后運(yùn)行方式,事故后運(yùn)行方式是指電力系統(tǒng)事故消除后,在恢復(fù)到正常方式前所出現(xiàn)的短期穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式。,19,事故運(yùn)行方式的運(yùn)行時(shí)間 主要取決于以下幾個(gè)方面,1）電網(wǎng)各級(jí)調(diào)度人員能否迅速正確地處理事故。 2）備用設(shè)備投入的速度。 3）事故損壞設(shè)備的修復(fù)或替代措施的速度。

7、,20,3、電力系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式,21,系統(tǒng)最大運(yùn)行方式 V.S. 最小運(yùn)行方式,系統(tǒng)最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式是指供電系統(tǒng)而言，一般供電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)有數(shù)臺(tái)，但不一定都同時(shí)運(yùn)行，根據(jù)負(fù)載情況，設(shè)備情況，有時(shí)有的發(fā)電機(jī)會(huì)停機(jī)不并入電網(wǎng)。由于并機(jī)的數(shù)量不同，阻抗就不同，當(dāng)并機(jī)少時(shí)，阻抗就大，短路電流就小，稱為最小運(yùn)行方式，反之為最大運(yùn)行方式。,22,定義：,繼電保護(hù)上最大運(yùn)行方式定義為：被保護(hù)線路末端短路時(shí)，系統(tǒng)等值阻抗最小，而通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最大的運(yùn)行方式。最小運(yùn)行方式，就是在同樣短路情況下，系統(tǒng)等值阻抗最大，而通過(guò)保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。 補(bǔ)充一點(diǎn)：在繼電保護(hù)整定計(jì)算

8、中，一般用大方式下的短路電流。,23,最大最小是為保護(hù)定值在不同方式下的選擇而說(shuō)的，都是極端情況。只有按照極端情況校驗(yàn)和選擇的，在一般情況下才安全。 最大最小方式就是指三相短路電流。方式選擇有：線路全部并聯(lián)、變壓器全部并聯(lián)為最大運(yùn)行方式；單線、單變?yōu)樽钚∵\(yùn)行方式。,24,Ijx,Is,k,25,Ijx,Is,k,Ijx,Ijx,Ijx,最大運(yùn)行方式阻抗值小，短路電流大,26,最大運(yùn)行方式的作用：根據(jù)電網(wǎng)最大運(yùn)行方式的短路電流值校驗(yàn)所選用的電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。 最小運(yùn)行方式的作用：根據(jù)電網(wǎng)最小運(yùn)行方式的短路電流值校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置的靈敏度。,27,4短路電流計(jì)算的條件,28,（1）短路計(jì)算時(shí)間tk,

9、tpr ：繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，一般取后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。 tbr：相應(yīng)斷路器的全開斷時(shí)間，包括：,tin ：斷路器固有分閘時(shí)間，此值可在手冊(cè)中查到； ta：斷路器斷開始電弧持續(xù)時(shí)間，一般少油斷路器的燃弧時(shí)間ta 為0.040.06s；SF6 斷路器和壓縮空氣斷路器的燃弧時(shí)間約為0.020.04s；真空斷路器約為0.015s。,29,（2）短路種類： 電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定以及電器的開斷電流，一般按三相短路驗(yàn)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路，或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)、自耦變壓器等回路中的單相、 兩相接地短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則應(yīng)按嚴(yán)重情況驗(yàn)算。,30,（3）短路計(jì)算點(diǎn)： 在正常接線方式時(shí)，通過(guò)電氣設(shè)備的短路

10、電流為最大的短路點(diǎn)，稱為短路計(jì)算點(diǎn)。,短路點(diǎn)的選擇涉及到電氣設(shè)備的選擇和參數(shù)的整定,31,a. 對(duì)兩側(cè)均有電源的電氣設(shè)備，應(yīng)比較電氣設(shè)備前、 后短路時(shí)的短路電流，選通過(guò)電氣設(shè)備短路電流較大的地點(diǎn)作為短路計(jì)算點(diǎn)。,例如，校驗(yàn)圖中發(fā)電機(jī)出口斷路器QF1時(shí)，應(yīng)比較k1和k2短路時(shí)流過(guò)QF1的電流，選較大的點(diǎn)作為短路計(jì)算點(diǎn)。,32,b. 短路計(jì)算點(diǎn)選在并聯(lián)支路時(shí)，應(yīng)斷開一條支路。因?yàn)閿嚅_一條支路時(shí)的短路電流大于并聯(lián)短路時(shí)流過(guò)任一支路的短路電流。,例如，校驗(yàn)圖中分段回路的斷路器QF5或主變低壓側(cè)斷路器QF2時(shí)，應(yīng)分別選k2和k3點(diǎn)為短路計(jì)算點(diǎn)，并斷開變壓器T1。,33,例如，校驗(yàn)圖中10kV母線時(shí)，選k

11、2點(diǎn)。 校驗(yàn)?zāi)嘎?lián)斷路器QF4時(shí)，應(yīng)考慮當(dāng)母聯(lián)斷路器向備用母線充電時(shí)，備用母線故障，即K4點(diǎn)短路。,c. 在同一電壓等級(jí)中，一般母線或無(wú)電源支路短路時(shí)， 短路電流最大。校驗(yàn)?zāi)妇€、廠用電分支電器（無(wú)電源支路）和母聯(lián)回路的電器時(shí)，短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)選在母線上。,34,d. 帶限流電抗器的出線回路，由于干式電抗器工作可靠，故校驗(yàn)回路中各電氣設(shè)備時(shí)的短路計(jì)算點(diǎn)一般選在電抗器后。,例如，校驗(yàn)圖中出線回路的斷路器QF3時(shí)， 短路計(jì)算點(diǎn)選在出線電抗器后的k5點(diǎn)。,35,e. 110kV及以上電壓等級(jí)，因其電氣設(shè)備的裕度較大， 短路計(jì)算點(diǎn)可以只選一個(gè)，選在母線上。,例如，校驗(yàn)圖中110kV的電氣設(shè)備時(shí)，短路計(jì)算點(diǎn)可選

12、在110kV母線上，即k6點(diǎn)。,36,（4）短路電流的實(shí)用計(jì)算方法：在進(jìn)行電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，需要用短路后不同時(shí)刻的短路電流，即計(jì)及暫態(tài)過(guò)程，通常采用短路電流實(shí)用計(jì)算方法，即運(yùn)算曲線法。,短路電流曲線圖,37,一、電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式 二、三相短路故障的計(jì)算 三、電力系統(tǒng)不對(duì)稱故障計(jì)算 四、簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障的分析,38,二、三相短路故障的計(jì)算,1 短路故障的一般概念 2 標(biāo)么值的概念及計(jì)算 3 三相短路暫態(tài)過(guò)程 4 短路電流周期分量的近似計(jì)算,2.1.1,39,短路電流（short-circuit current）定義： 電力系統(tǒng)在運(yùn)行中 ，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接（即

13、短路）時(shí)流過(guò)的電流。 電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算，主要是在一些假設(shè)條件下計(jì)算非無(wú)限大容量電源供電時(shí)，電力系統(tǒng)三相短路電流工頻周期分量的有效值，該有效值是衰減的。,1 短路故障的一般概念,40,其計(jì)算分為兩方面： 計(jì)算短路瞬間（t=0）短路電流周期分量的有效值，該電流一般稱為起始次暫態(tài)電流； 考慮了周期分量的衰減時(shí)，在三相短路的暫態(tài)過(guò)程中不同時(shí)刻短路電流周期分量有效值的計(jì)算，常用運(yùn)算曲線法。 前者用于校驗(yàn)斷路器的斷開容量和繼電保護(hù)的整定計(jì)算，后者用于電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗(yàn)。,41,1）短路的類型,短路 斷線 短路+斷線,電力系統(tǒng)的運(yùn)行中時(shí)常會(huì)受到各種擾動(dòng),42,2）短路產(chǎn)生的原因：,（1）元件的損

14、壞：如絕緣材料的自然、設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路等。 （2）氣象條件惡化：如雷擊造成的閃絡(luò)放電或者避雷器動(dòng)作，架空線由于大風(fēng)或者導(dǎo)線附冰引起的電桿倒塌等。 （3）違規(guī)操作：例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷倒刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓等。 （4）其他：如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分。,43,3）短路的后果,短路電流大（1015倍）， 短路電流的電動(dòng)力效應(yīng)，導(dǎo)體間產(chǎn)生很大機(jī)械應(yīng)力，使導(dǎo)體和支架遭到破壞。 短路電流的電弧可能燒壞設(shè)備，大多數(shù)使設(shè)備發(fā)熱增加，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，設(shè)備過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。 短路時(shí)系統(tǒng)電壓大幅降低，對(duì)用戶影響很大，如異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)。 距離較

15、近功率較大持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能會(huì)失去同步，造成穩(wěn)定性破壞，大面積停電。 不對(duì)稱故障引起不平衡磁通，在臨近平行通信線路內(nèi)產(chǎn)生大電勢(shì)，干擾通信系統(tǒng)。,44,4）短路計(jì)算的目的,（1） 選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。例如斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等（機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度）。 （2） 合理地配置各種繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置參數(shù)的依據(jù)。 （3） 設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線依據(jù)（確定是否需要采取限制短路電流的措施等）。 （4） 研究短路對(duì)用戶工作的影響（暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算）。 （5）進(jìn)行故障時(shí)及故障后的安全分析。,45,4）短路計(jì)算的目的,（1） 選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。例如斷路器、互感器、瓷瓶、母線、

16、電纜等（機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度）。 （2） 合理地配置各種繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置參數(shù)的依據(jù)。 （3） 設(shè)計(jì)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)主接線依據(jù)（確定是否需要采取限制短路電流的措施等）。 （4） 研究短路對(duì)用戶工作的影響（暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算）。 （5）進(jìn)行故障時(shí)及故障后的安全分析。,46,5）電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算,（1）計(jì)算短路瞬間（t=0）短路電流周期分量的有效值，該電流一般稱為起始次暫態(tài)電流； （2）考慮了周期分量的衰減時(shí)，在三相短路的暫態(tài)過(guò)程中不同時(shí)刻短路電流周期分量有效值的計(jì)算。,電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算，主要是在上述假設(shè)條件下計(jì)算非無(wú)限大容量電源供電時(shí)，電力系統(tǒng)三相短路電流工頻周期分量的有效值

17、，該有效值是衰減的。,47,二、三相短路故障的計(jì)算,1 短路故障的一般概念 2 標(biāo)么值的概念及計(jì)算 3 三相短路暫態(tài)過(guò)程 4 短路電流周期分量的近似計(jì)算,2.1.2,48,1）標(biāo)么制的概念,在一般的電路計(jì)算中，電壓、電流、功率和阻抗的單位分別用U，A，W，表示，這種用實(shí)際有名單位表示物理量的方法稱為有名單位制。在電力系統(tǒng)計(jì)算中，還廣泛地采用標(biāo)么制。標(biāo)么制是相對(duì)單位制的一種，在標(biāo)么制中各物理量都用標(biāo)么值表示。標(biāo)么值定義由下式給出,標(biāo)么值是一個(gè)沒(méi)有量綱的數(shù)值，對(duì)于同一個(gè)實(shí)際有名值，基準(zhǔn)值選得不同，其標(biāo)么值也不同。因此，當(dāng)說(shuō)一個(gè)量的標(biāo)么值時(shí)，必須同時(shí)說(shuō)明它的基準(zhǔn)值，否則，標(biāo)么值的意義是不明確的。,4

18、9,2）基準(zhǔn)值的選擇,單相電路 在單相電路中，電壓、電流、功率和阻抗之間有如下關(guān)系,選擇基準(zhǔn)值(與有名值具有相同的方程式)，滿足,標(biāo)么制中(各物理量的基本關(guān)系同有名制),四個(gè)基準(zhǔn)值為兩個(gè)方程所約束，一般選出SPB和UPB，IB和ZB由(1)求得。,(1),50,三相電路,三相電路中多采用線電壓U、線電流I、三相功率S 和一相等值阻抗Z。,選擇基準(zhǔn)值(與有名值具有相同的方程式)，滿足,標(biāo)么制中,結(jié)論：標(biāo)么制中，三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全相同，線電壓和相電壓的標(biāo)么值相等，三相功率和單相功率的標(biāo)么值相等。,51,選基準(zhǔn)值時(shí)，習(xí)慣上只選定UB和SB,電流和阻抗的標(biāo)么值為,52,采用標(biāo)么

19、值進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果最后還要換算為有名值，換算公式為,53,在工程計(jì)算中規(guī)定，各個(gè)電壓等級(jí)都以其平均額定電壓Uav作為基準(zhǔn)電壓。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的電壓等級(jí)，各級(jí)平均額定電壓規(guī)定為 0.4，3.15，6.3，10.5，15.75，37，115，230，345，525,3）選平均額定電壓作為各級(jí)基準(zhǔn)電壓,54,在電力系統(tǒng)的實(shí)際計(jì)算中，對(duì)于直接電氣聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，在制定標(biāo)么值的等值電路時(shí)，各元件的參數(shù)必須按統(tǒng)一的基準(zhǔn)值進(jìn)行換算。 然而，從手冊(cè)或產(chǎn)品說(shuō)明書中查得的電機(jī)和電器的阻抗值，一般都是以各自的額定容量（或額定電流）和額定電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)么值（額定標(biāo)么阻抗）。由于各元件的額定值可能不同，因此，必須把不同基準(zhǔn)

20、值的標(biāo)么阻抗換算成統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)么值。,4）不同基準(zhǔn)值的標(biāo)么值間的換算,55,換算步驟： (1)先把額定標(biāo)么阻抗還原為有名值 (2)選定統(tǒng)一的基準(zhǔn)功率和基準(zhǔn)電壓 (3)以此為基準(zhǔn)，計(jì)算標(biāo)么電抗值,56, 對(duì)發(fā)電機(jī)標(biāo)么電抗的換算,5）系統(tǒng)各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算,特別說(shuō)明：在短路電流計(jì)算中，在標(biāo)么參數(shù)計(jì)算方面， 在選取各級(jí)平均額定電壓作為基準(zhǔn)電壓時(shí)（UB=Uav），忽略各元件(電抗器除外)的額定電壓和相應(yīng)電壓級(jí)平均額定電壓的差別。,是以發(fā)電機(jī)的額定容量和額定電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)么值；,57, 對(duì)電抗器標(biāo)么電抗的換算,用來(lái)限制短路電流的電抗器，它的額定標(biāo)么電抗是以額定電壓和額定電流為基準(zhǔn)值來(lái)表示的。, 對(duì)

21、變壓器標(biāo)么電抗的換算,是變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)；,是電抗器的電抗百分?jǐn)?shù)；,58, 線路的標(biāo)么值,是線路電抗的有名值；, 綜合負(fù)荷的標(biāo)么值,是綜合負(fù)荷的容量；,負(fù)荷電流遠(yuǎn)小于短路電流，可忽略不計(jì)，或只做近似估計(jì)。,59,6）電源至短路點(diǎn)的總電抗求取,計(jì)算出每個(gè)元件的電抗后，就可以畫出由電源至短路點(diǎn)的等效電路圖。求總電抗時(shí)，可根據(jù)元件間的串、并聯(lián)關(guān)系求出總的電抗標(biāo)幺值 .,。,60,例1-1:計(jì)算如圖所示輸電系統(tǒng)各元件電抗的標(biāo)么值.,解: 選 SB=100MVA ,UB=Uav,61,三相短路容量，用來(lái)校驗(yàn)所選斷路器的斷流能力或斷開容量(或稱遮斷容量)是否滿足可靠工作的要求。,供電系統(tǒng)的短路電流大

22、小與系統(tǒng)的運(yùn)行方式有很大的關(guān)系。最大運(yùn)行方式下電源系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組投運(yùn)多，雙回輸電線路及并聯(lián)變壓器均全部運(yùn)行。此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的總的短路阻抗最小，短路電流最大；反之，最小運(yùn)行方式下由于電源中一部分發(fā)電機(jī)、變壓器及輸電線路解列，一些并聯(lián)變壓器為保證處于最佳運(yùn)行狀態(tài)也采用分列運(yùn)行，這樣將使總的短路阻抗變大，短路電流也相應(yīng)地減小。在用戶供電系統(tǒng)中，用最小運(yùn)行方式求 ，供繼電保護(hù)校驗(yàn)靈敏度用。,62,二、三相短路故障的計(jì)算,1 短路故障的一般概念 2 標(biāo)么值的概念及計(jì)算 3 三相短路暫態(tài)過(guò)程 4 短路電流周期分量的近似計(jì)算,2.1.3,63,3 恒定電勢(shì)源電路的三相短路暫態(tài)過(guò)程,64,3.1 三相短路電流

23、的物理分析,恒定電勢(shì)源電路的三相短路,無(wú)窮大電源,如圖所示系統(tǒng)發(fā)生三相短路后，f 點(diǎn)左半部和右半部仍保持對(duì)稱。,一相（設(shè)為a相）的電勢(shì)和電流：,其中, 短路發(fā)生前：,65, 短路后,左半部：短路前，,右半部： 逐漸衰減至零；,求解可得：,其中：,周期分量,自由分量,左半部：短路后，對(duì)a相電路列寫微分方程：,短路后，阻抗值從,非周期分量衰減時(shí)間常數(shù),66,得到：,與短路時(shí)刻有關(guān),67,短路電流各分量之間的關(guān)系也可以用相量圖表示：,C,68,三相短路電流波形圖,0,69,(0),三相短路電流波形圖,70,3.2 短路沖擊電流,71,短路沖擊電流、短路電流的有效值和短路功率,1）短路沖擊電流,短路電

24、流最大可能的瞬時(shí)值稱為短路沖擊電流，以 iM（iim）表示。,電路參數(shù)已知，短路電流周期分量幅值一定，而非周期分量是按指數(shù)衰減直流,非周期電流的初始值越大，暫態(tài)過(guò)程中短路全電流的瞬時(shí)值越大,周期分量最高幅值直流分量最大,72,a） 有最大可能值； b） 在 t0時(shí)與時(shí)間軸平行。,短路沖擊電流出現(xiàn)的條件：,其中： 為短路前電流； 為短路后周期電流瞬時(shí)值。,在電感性電路中，符合上述條件的情況是（對(duì)于某一相，如a相）： 電路原來(lái)處于空載狀態(tài)，短路恰好發(fā)生在短路周期電流取幅值的時(shí)刻。,73,Im（0）0（短路前空載）， 0o，90o時(shí)刻,沖擊電力發(fā)生條件：,時(shí)間常數(shù)Ta：由定子繞組的電感和電阻之比確定

25、,74,0.1s,0.2s,0.3s,0.4s,0.5s,t,Ta,75,即短路沖擊電流將在短路發(fā)生后經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后出現(xiàn)，頻率50Hz時(shí)，為短路后0.01秒時(shí)。,發(fā)電機(jī)電壓母線，KM1.9； 發(fā)電廠高壓母線，KM=1.85； 其他，KM1.8,沖擊系數(shù)，短路點(diǎn)發(fā)生在：,短路電流的最大瞬時(shí)值,76,2）短路電流的有效值,非周期分量有效值：,周期分量有效值：,短路電流有效值：,(與時(shí)間有關(guān)，但認(rèn)為在一個(gè)計(jì)算周期內(nèi)恒定不變),(周期的有效值，幅值恒定，與時(shí)間無(wú)關(guān)),77,短路沖擊電流發(fā)生時(shí)刻：,非周期分量的最大有效值,短路電流最大有效值：,周期分量有效值：,當(dāng) KM1.9時(shí)，IM1.62IP； 發(fā)電

26、機(jī)電壓母線 當(dāng) KM1.8時(shí)，IM1.51IP。 高壓系統(tǒng)其他母線,幅值,78,異步電動(dòng)機(jī)供出的沖擊電流,異步電機(jī)短路電流波形,對(duì)異步電動(dòng)機(jī)(或綜合負(fù)荷)來(lái)說(shuō),由于其定子電阻較大,在三相突然短路時(shí),由異步電動(dòng)機(jī)供出的短路電流周期分量和非周期分量迅速衰減,而且衰減的時(shí)間常數(shù)也很接近,其數(shù)值約為百分之幾秒.,79,為異步電動(dòng)機(jī)供出的起始次暫態(tài)電流的有效值.,為異步電動(dòng)機(jī)的沖擊系數(shù)。,對(duì)于小容量的電動(dòng)機(jī)和綜合負(fù)荷 kim,LD=1; 容量為200500kW的異步電動(dòng)機(jī), kim,LD=1.3 1.5; 容量為500 1000kW的異步電動(dòng)機(jī), kim,LD=1.5 1.7; 容量為1000kW以上的

27、異步電動(dòng)機(jī), kim,LD=1.7 1.8,異步電動(dòng)機(jī)供出的沖擊電流為,80,3）短路容量,也稱短路功率，它等于短路電流有效值與短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積，即：,用標(biāo)么值表示為：,獲得方法：由短路電流周期分量直接求取，即：,用途：短路容量主要用來(lái)檢驗(yàn)開關(guān)的切斷能力。,81,恒定電勢(shì)源的短路電流,82,3.3 計(jì)算起始次暫態(tài)電流的基本原理和方法,83,非無(wú)限大容量電源供電時(shí)，短路電流周期分量的幅值是衰減的。,1）起始次暫態(tài)電流的概念,84,發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路時(shí)，短路電流中不僅有基波（工頻）成分的電流，還含有高次諧波（倍頻）電流和非周期分量電流（由短路瞬間磁鏈?zhǔn)睾阋穑?，但?/p>

28、頻電流和非周期分量電流在很短的時(shí)間內(nèi)衰減為零。故三相短路電流計(jì)算，主要關(guān)心的是周期分量電流。,有阻尼繞組電機(jī)空載突然三相短路電流波形,起始次暫態(tài)電流就是短路電流周期分量(指基頻分量)的初值.,85,2）計(jì)算起始次暫態(tài)電流的假設(shè)條件,(1)各發(fā)電機(jī)均用次暫態(tài)電抗 作為其等值電抗,認(rèn)為 ；,(2)發(fā)電機(jī)電勢(shì)采用次暫態(tài)電勢(shì) ,認(rèn)為其 在短路瞬間不突變,則有,式中,下標(biāo)0表示短路后瞬間,0表示短路前瞬間。如果不能確知同步發(fā)電機(jī)短路前的運(yùn)行參數(shù)，則近似地取 ，不計(jì)負(fù)載影響時(shí)，常取 ；,(3)假定所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)同相位；,86,在實(shí)用計(jì)算中，只對(duì)于短路點(diǎn)附近能顯著供給短路電流的大型電動(dòng)機(jī)才計(jì)算次暫態(tài)電勢(shì)。

29、其他電動(dòng)機(jī)則看作綜合負(fù)荷的一部分。在短路瞬間，綜合負(fù)荷可以近似地用一個(gè)含次暫態(tài)電勢(shì)和次暫態(tài)電抗的等值支路表示。以額定運(yùn)行參數(shù)為基準(zhǔn)，綜合負(fù)荷的電勢(shì)和電抗的標(biāo)么值為 ， 。暫態(tài)電抗中包括電動(dòng)機(jī)電抗0.2和降壓變壓器以及饋電線路的估計(jì)電抗0.15。,（4）異步電動(dòng)機(jī)也可用次暫態(tài)電勢(shì)和次暫態(tài)電抗表示，計(jì)算公式為,異步電動(dòng)機(jī)的次暫態(tài)電勢(shì)要低于正常情況下的端電壓。在系統(tǒng)發(fā)生短路后，只當(dāng)電動(dòng)機(jī)端的殘余電壓小于 時(shí)，電動(dòng)機(jī)才會(huì)暫時(shí)地作為電源向系統(tǒng)供給一部分短路電流。,87,(5)在元件模型方面 忽略發(fā)電機(jī)、變壓器和輸電線路（110kV及以上高壓電網(wǎng)）的電阻，不計(jì)輸電線路的電容，略去變壓器的勵(lì)磁電流（三相三柱

30、式變壓器的零序等值電路除外），負(fù)荷忽略不計(jì)或只作近似估計(jì)。對(duì)于電纜線路或低壓網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)電阻與電抗之比R/X0.3,宜用阻抗的模值計(jì)算。,(6)在標(biāo)么參數(shù)計(jì)算方面 選取各級(jí)平均額定電壓作為基準(zhǔn)電壓時(shí)，忽略各元件（電抗器除外）的額定電壓和相應(yīng)電壓級(jí)平均額定電壓的差別，認(rèn)為變壓器變比等于其對(duì)應(yīng)側(cè)平均額定電壓之比，即所有變壓器的標(biāo)么變比都等于1。,88,3）計(jì)算三相短路電流的步驟,(1)依據(jù)短路電流計(jì)算的基本假設(shè)，對(duì)不太復(fù)雜的電力系統(tǒng)，制定等值電路并完成元件參數(shù)計(jì)算。 (2)直接對(duì)原網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值變換求得各電源點(diǎn)對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗。 (3)短路電流If可表示成,(4)若用標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算，則將短路電流周期分

31、量換算為有名值,Uav 為短路處電壓級(jí)的 平均額定電壓,式中，G是有源支路的集合； Ei為第i個(gè)有源支路的電勢(shì)； xfi為電勢(shì)源i對(duì)短路點(diǎn) f 的轉(zhuǎn)移電抗。,IB為基準(zhǔn)電流,（疊加原理）,89,3.4 計(jì)算轉(zhuǎn)移阻抗的實(shí)用方法,90,1）轉(zhuǎn)移阻抗的概念,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中只有電勢(shì)源i單獨(dú)存在，其他電源電勢(shì)都等于零時(shí)，電勢(shì) 與短路點(diǎn)電流 之比即等于電源 i 對(duì)短路點(diǎn) f 的轉(zhuǎn)移阻抗zfi，也就是電勢(shì)源節(jié)點(diǎn)i和短路點(diǎn) f 之間的轉(zhuǎn)移阻抗。,91,2）計(jì)算轉(zhuǎn)移阻抗的實(shí)用方法,（1）單位電流法,在沒(méi)有閉合回路的網(wǎng)絡(luò)中，用本法較簡(jiǎn)單。,在 f 點(diǎn)加電勢(shì)，電勢(shì)源E1,E2,E3被短接,設(shè) I1=1，Ub=X1,I2=

32、Ub/X2 I4=I1+I2,Ua=Ub+I4X4，I3=Ua/X3,I5=I3+I4 Ef=Ua+I5X5,X1f=Ef /I1,則各電源對(duì)短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗,X2f=Ef /I2,X3f=Ef /I3,92,（2）電流分布系數(shù)法,電流分布系數(shù)的確定,令所有電源電勢(shì)都等于零，只在節(jié)點(diǎn)f接入電勢(shì)E,這時(shí)各電源支路電流對(duì)電流If之比等于該電源支路對(duì)節(jié)點(diǎn)f的電流分布系數(shù)。,短路點(diǎn)的輸入阻抗 zff=E/If,由轉(zhuǎn)移阻抗的定義 zfi=E/Ii,則有：,ci=Ii/If,93,定義：在發(fā)生短路的網(wǎng)絡(luò)中，第i個(gè)電源送到短路點(diǎn)的電流 與短路電流 之比稱為第 i 個(gè)電源的電流分布系數(shù)，記為ci。,電流分布系

33、數(shù)的確定,94,電流分布系數(shù)c的特點(diǎn)說(shuō)明,c和電源電勢(shì)大小無(wú)關(guān)，只與短路點(diǎn)的位置、網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)相關(guān)； 電流分布系數(shù)有方向，實(shí)際上代表電流方向； 符合節(jié)點(diǎn)電流定律； 各電源分布系數(shù)之和等于1。,95,令,電流分布系數(shù)的確定方法,a、單位電流法,所以,96,已知并聯(lián)總支路的電流分布系數(shù)c，求各并聯(lián)支路的電流分布ci。Zeq為并聯(lián)總阻抗。,兩端同時(shí)除以If,b、網(wǎng)絡(luò)還原法,例：兩條并聯(lián)支路,97,（3）網(wǎng)絡(luò)變換法,在保留電勢(shì)源節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)的條件下，通過(guò)原網(wǎng)絡(luò)的等值變換逐步削去一切中間節(jié)點(diǎn)，最終形成以電勢(shì)源節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)為頂點(diǎn)的全網(wǎng)形電路，這個(gè)最終電路中聯(lián)接電勢(shì)源節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)的支路阻抗即為該電源對(duì)短

34、路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移阻抗。,阻抗支路串聯(lián)和并聯(lián)變換 無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的星網(wǎng)變換 基于戴維南定理的有源網(wǎng)等值變換,網(wǎng)絡(luò)的等值變換原則：,變換前后，節(jié)點(diǎn)電壓分布不變。 自由網(wǎng)絡(luò)外部流向該節(jié)點(diǎn)電流不變。,包括：,98,(1) 無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的星網(wǎng)變換 Y,99, 逆變換不成立,n,星網(wǎng)變換：消去星形網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn) 多支路星形網(wǎng)形,用阻抗表示,100,(2) 有源支路的并聯(lián)變換,m條有源支路并聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)戴維南定律簡(jiǎn)化為一條有源支路。,等值電抗：所有電勢(shì)為零時(shí)，從端口ab看的進(jìn)去的總阻抗。 等值電源電勢(shì)：外部電路斷開時(shí)，端口ab間的開路電壓。,101,（3）分裂電勢(shì)和分裂短路點(diǎn),在網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)中，有時(shí)可以把公共點(diǎn)拆開，拆開后各 支路的端點(diǎn)仍具有與原來(lái)電勢(shì)相等的電源，有時(shí)也 可以將連在短路點(diǎn)的幾個(gè)支路從短路點(diǎn)拆開， 各支路拆開后的端點(diǎn)仍具有原來(lái)短路點(diǎn)的電位。,102,（a）,（c）,（b）,分裂電勢(shì)源：將連接在一個(gè)電源上的各支路拆開，拆開后各支路分別連接在原電源電勢(shì)相等的電源上。 分裂短路點(diǎn)：將連接在短路點(diǎn)上的各支路從短路點(diǎn)拆開，拆開后各支路分別連接在原來(lái)的短路點(diǎn)。,分裂電勢(shì)源和分裂短路點(diǎn),103,對(duì)稱性：結(jié)構(gòu)相同、電源一樣、阻抗參數(shù)相等，以及短路電流走向一致。對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，電位必然相同。,網(wǎng)絡(luò)中不直接連接的同電位的點(diǎn)，依據(jù)簡(jiǎn)化的需要，可以認(rèn)為是直接連接的 網(wǎng)絡(luò)中同電位的點(diǎn)之間如有電