,第六章,电力系统对称故障分析,（第,1,部分）,1,、电力系统短路的,基本知识,2,、,无限大功率电源供电系统的,三相短路,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,4,、电力系统,三相,短路的,实用,计算,5,、,电力系统,三相,短路,的计算机解法,基本内容,主要教学安排,主讲内容,电力系统短路的,基本知识,无限大功率电源供电系统的,三相短路,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,教学要求,掌握电力系统短路的,基本知识,掌握无限大功率电源供电系统的,三相短路,重点、难点,无限大功率电源供电系统的,三相短路,1,、电力系统短路的,基本知识,短路的原因和分类,短路的后果和预防措施,短路计算的目的,短路计算的简化假设,短路的原因,绝缘材料老化、机械损伤、开关操作冲击、雷电或操作过电压、人为误操作等,短路的分类,分为三相短路、单相短路、两相短路和两相接地短路。,1,、电力系统短路的,基本知识,图 正常运行和短路故障时各点的电压,电力系统短路故障有时也称为,横向故障,，因为它是相对相或相对地的故障，还有一种称为,纵向故障,的情况，即断线故障。,折线,l,表示正常运行时各点电压的大致情况。折线,2,表示,f1,点短路后的各点电压。,f,1,点代表降压变电所的母线，其电压降至零。由于流过发电机和线路,L,1,、,L,2,的短路电流比正常电流大，而且几乎是纯感性电流，因此发电机内电抗压降增加，发电机端电压下降。网络电压的降低使由各母线供电的用电设备不能正常工作，严重影响人们正常的生产和生活。折线,3,表示,f,2,点短路后的各点电压。,1,、电力系统短路的,基本知识,短路的后果和预防措施,后果：短路电流很大，引起导体及绝缘体的严重发热而损坏，导体受到强大的电流动力，也可造成损坏。短路致使电网电压突然降低，影响用电设备正常工作。最严重的后果是系统解列。另外，断路故障对通信也有影响。,对于超高压系统，保护装置应在,3,周期之内切除短路故障，低压系统保护动作时间一般为,5-20,周期。,预防措施：采用合理的防雷设施、降低过电压、使用结构完善的配电装置、加强运行维护等。,1,、电力系统短路的,基本知识,短路计算的目的,短路计算为发电机、变电站以及整个电力系统的设计和运行提供依据。,在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是不可缺少的基本计算，主要有：,(1),选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，,例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。,1,、电力系统短路的,基本知识,短路计算的目的,(2),为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算相分析,。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。,(3),在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算,。,(4),进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容。,此外，确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析，都必须进行短路计算。,1,、电力系统短路的,基本知识,无穷大电源概念,是一种理想电源。特点是：电源功率相对很大。内阻抗相对很小以及电源端电压保持恒定。,短路电流包括的两种分量：,周期分量和非周期分量。,2,、,无穷大供电系统的三相短路,短路计算的基本步骤是：,制定电力系统故障时的等效电路、网络简化、对短路暂态过程进行实用计算。,电力系统故障分析计算大多采用标幺制。,2,、,无穷大供电系统的三相短路,单相,RL,串联电路的暂态过程,分析,SW,t=0,写出,KVL,方程：,i,ac,：,短路电流周期（强制分量）分量,i,dc,：,短路电流非周期（自由）分量,2,、,无穷大供电系统的三相短路,Z=R+jL,SW,单,相短路的,暂态过程,分析,交流分量有效值,直流分量为零,直流分量最大,Z=R+jL,为周期常数,短路发生后任意周期时的电流为,2,、,无穷大供电系统的三相短路,三相短路的暂态过程：由于是对称故障，以,a,相为例分析,2,、,无穷大供电系统的三相短路,短路前瞬间系统正常运行，电流幅值和相角：,三相短路的暂态过程：,短路后每相阻抗变化为：,2,、,无穷大供电系统的三相短路,假设短路发生在,t,=0,时刻，则短路后,a,相回路电压方程为：,T=L/R,短路后电流的幅值。,2,、三相短路的,暂态过程,分析,短路前后系统电流不能突变，可得常数,C,为：,短路电流非周期（自由）分量,对于三相对称系统，三相短路电流表示为：,短路电流周期（强制分量）分量,2,、三相短路的,暂态过程,分析,三相短路全电流为交流分量与直流分量的叠加：,自由,分量（直流）,强制分量（交流）,a,相,b,相,c,相,2,、,无穷大供电系统的三相短路,短路电流周期（强制分量,Ac fault current,）分量,的幅值取决于电源电压幅值和短路回路的总阻抗，是短路后回路的稳态短路电流。,短路电流非周期（自由,Dc offset current,）分量,是逐渐衰减的，以时间常数,T,按指数规律逐渐衰减为零，短路电流值等于短路瞬间前的电流值。,由于短路电流中含有非周期分量，致使短路后第一周期内出现很大的电流瞬时值，非周期电流愈大，最大瞬时值也愈大。,三相短路全电流包括两部分：,2,、,无穷大供电系统的三相短路,短路冲击电流,短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流，是校验电气设备承受最大电动力的依据。短路冲击电流出现在短路后半个周期时刻，当,f,=50Hz,时，冲击电流在短路后,0.01s(T/2),时出现。,冲击系数分别对应发电机端和电网短路时的数值。,近似计算时，,a,相,T/2,2,、,无穷大供电系统的三相短路,短路电流的有效值,任一时刻,t,的短路电流有效值,I,t,是以时刻,t,为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即：,i,(,t,),i,pt,(,t,),i,at,(,t,),分别为,t,时刻的短路电流、短路电流的交流（周期）分量和短路电流的直流（非周期）分量。,短路电流,最大有效值,发生在短路后半个周期，其值为：,2,、,无穷大供电系统的三相短路,短路容量（短路功率）,意味着该电器设备既要承受正常工况下的额定电压，又要能够开断短路电流。,短路电流有效值,I,t,2,、,无穷大供电系统的三相短路,平均额定电压,例,无穷大电源供电系统如图所示，在输电线中点发生三相短路，求短路冲击电流最大有效值和短路功率，,Ug,=110kV,降压变压器容量为,20MVA,、变比为,110/38.5kV,，,U,k,%=10.5,，,P,s,=135kW,，,L=10km,x,=0.402/km,r,=0.11/km,将变压器参数归算到低压,35kV,侧：,短路冲击电流最大有效值,短路功率,短路电流周期分量有效值,2,、,无穷大供电系统的三相短路,三相短路电流,三相短路电压,三相短路,两相接地短路,三相短路电流,三相短路电压,同步发电机三相短路,的假设：,1),电机铁心部分的导磁系数为常数,2),电机定子三相绕组完全对称，在空间上互差,120,度，转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称。,3),电子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在空气隙中按正弦规率分布。,4),定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。,5),暂态过程中发电机转速保持不变。,6),发电机短路后，不考虑强行励磁，即磁电压保持不变。,7),短路发生在发电机机端，其他线路短路，也可看作为在发电机机端短路一样。,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,发电机空载短路时，短路电流表达式：,暂态,短路,电流,短路达到稳态时的,稳态电流,时间常数,短路瞬时的,空载电,动,势,空载电,动,势,无阻尼绕组发电机机端短路时,暂态,电,抗,稳态,电,抗,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,发电机负载短路时，短路电流表达式：,短路瞬时暂态,电,动,势,暂态,电,动,势,暂态等效电路,发电机端短路暂态,电,流,无阻尼绕组发电机机端短路时,暂态,电,抗,负载时，发电机端电压平衡方程为：,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,有阻尼绕组发电机机端短路时,空载时，发电机端短路次暂态,电,流,负载时，发电机端电压平衡方程为：,虚构的次暂态,电,动,势,，计算用的电动势,次暂态等效电路,i,ac,(t,),次暂态电抗,暂态电抗,稳态电抗,（次暂态电,抗,）,（暂态电,抗,）,稳态电,抗,3,、同步发电机三相短路电磁暂态过程,次暂态电流,暂态电流,稳态电流,短路计算的简化假设：,发电机表示为一恒压源与内阻抗的串联,，短路过程中各发电机转子之间不发生摇摆，并认为发电机的电势同相位且数值恒定。,负荷当作恒定阻抗或临时附加电源,。,不计磁路饱和。,系统为对称三相系统,。,高压输电线、发电机和变压器阻抗参数均用纯电抗表示。,4,、电力系统,三相,短路的,实用,计算,起始次暂态电流的计算,即为短路电流周期分量的起始值，在作等效电路时，每个元件都用此暂态参数表示，构成此暂态网络，计算此暂态电流，用 表示。,发电机次暂态电动势,保持短路前的数值，用 表示。,4,、电力系统,三相,短路的,实用,计算,异步电动机作为负荷考虑，次暂态电抗一般取近似值：,4,、电力,系统,三相,短路的,实用,计算,绘制短路后的等效电路，取：,网络变换及化简，,阻抗串并联或星角变换等；,电源点的合并；,4,、,电力系统,三相,短路电流的,实用,计算,分裂电源电动势，分裂短路点；,(a),原等值电路,(b),分裂电动势源,(c),分裂短路点,图,分裂电动势源和分裂短路点,4,、,电力系统,三相,短路电流的,实用,计算,计算转移电抗，转移电抗指网络中某一电源和短路点之间直接相连的电抗，,(a),原等值电路,(b),星形,-,三角形变换,(c),三角形,-,星形变换,(d),转移电抗支路,图,计算转移电抗时网络的简化,4,、,电力系统,三相,短路电流的,实用,计算,电流分布系数，定义为支路短路电流与总短路电流的比值,转移电抗与电流分布系数之间有如下关系,短路点输入电抗,4,、,电力系统,三相,短路电流的,实用,计算,起始此暂态电流的计算，,总的起始次暂态电流为,若将所有电源支路合并，则总短路电流为,各电源点对短路点的起始次暂态电流为,例题,6-3,4,、,电力系统,三相,短路电流的,实用,计算,在图,6-20,(a),所示的电力系统中，节点,和,分别发生了三相短路，试计算发电机提供的次暂态电流和 点短路时的短路冲击电流。冲击系数取,总结,1,、了解短路的基本知识；,2,、了解短路计算的目的；,3,、掌握三相短路的实用计算。,