电力系统分析课件第五章电力系统三相短路的暂态过程.ppt

1、2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程1第5章 电力系统三相短路的暂态过程n5.1 短路的一般概念n5.2 恒定电势源电路的三相短路n5.3 同步电机突然三相短路的物理过程n5.4 无阻尼同步电机三相短路电流计算n5.5 有阻尼同步电机的突然三相短路n5.6 强行励磁对短路暂态过程的影响2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程2内容提要n提出短路的基本概念、短路造成的危害以及短路计算的目的；n假设发电机容量为无限大、电压及频率为恒定的条件下，基于磁链守恒

2、原则对电力系统三相短路的暂态过程、短路电流及功率进行分析；n发电机突然发生三相短路的暂态过程；2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程35.1 短路的一般概念 一、短路的原因、类型及后果n电力系统的短路故障也称为横向故障，一相或两相断线的情况为断路故障，也称为纵向故障。n短路短路一切不正常的相与相之间或相与地一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性对于中性点接地的系统点接地的系统)发生通路的情况。发生通路的情况。n1.短路的原因：(1)元件损坏 (2)气象条件恶化 (3)违规操作 (4)其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接202

3、2-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程42005年华北联网系统进行的年华北联网系统进行的人工三相人工三相完全金完全金属性接地短路试验属性接地短路试验 电杆拉线被盗电杆拉线被盗 倒杆线路短路倒杆线路短路 2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程52.短路故障种类n三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路n三相短路三相短路对称对称短路；其他类型的短路；其他类型的短路短路不对称短不对称短路路n在各种类型的短路在各种类型的短路中，单相短路占大中，单相短路占大多数

4、（多数（65%65%），两相），两相短路较少，三相短短路较少，三相短路的机会最少路的机会最少2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程63.短路的危险后果出现大电流。n电源供电回路阻抗短路回路电流值n短路点的电弧有可能烧毁电气设备；短路电流通过电气设备中的导体时，热效应引起导体或其绝缘的损坏；导体受到很大的电动力冲击，致使导体变形，甚至损坏。图图 短路引发变压器着火短路引发变压器着火2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程7系统电压大幅度下降。n电网电压的降

5、低使由各母线供电的用电设备不能正常工作。n异步电动机，TemU2n，甚至停转。图图 正常运行和短路故障时各点的电压正常运行和短路故障时各点的电压靠近短路点处的电压下降最多，靠近短路点处的电压下降最多，可能使部分用户供电受到破坏。可能使部分用户供电受到破坏。1 1：正常运行。：正常运行。2 2：f f1 1点短路。点短路。3 3：f f2 2点短路。点短路。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程8发电厂失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电最严重后果。nf1或f2点短路，发电机输出的有功功率都要下降。发电机的输入功率是由原

6、动机的进汽量或进水量决定的，不可能立即相应变化。n发电机的输入和输出功率不平衡，发电机的转速将变化，这就有可能引起并列远行的发电机失去同步，破坏系统的稳定，引起大片地区停电。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程9发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程104.预防短路措施采取合理的防雷措施，加强运行维护管

7、理；线路上安装电抗器。采用继电保护装置，切除故障设备，保证无故障部分安全运行；架空线路采用自动重合闸装置；切除切除2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程11二、短路计算的目的二、短路计算的目的 短路计算是短路计算是解决一系列技术问题解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算所不可缺少的基本计算 w选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，必须以短选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，必须以短路电流为依据；路电流为依据；w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；

8、数；w在设计和选择电气主接线时，依据短路计算结果确定是否在设计和选择电气主接线时，依据短路计算结果确定是否需要采取限制短路电流的措施等，造价评估，选择最佳接需要采取限制短路电流的措施等，造价评估，选择最佳接线方案；线方案；w进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；w确定输电线路发生短路故障对临近通讯线路的干扰，必须确定输电线路发生短路故障对临近通讯线路的干扰，必须进行短路计算。进行短路计算。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程12确定计算条件：确定计算条件：

9、短路发生时系统的运行方式短路发生时系统的运行方式短路的类型和发生地点短路的类型和发生地点短路发生后所采取的措施等短路发生后所采取的措施等2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程135.2 恒定电势源电路的三相短路电源功率无限大。外加电路发生扰动，比如短路，引起线路功率分布的改变，但对电源来说微不足道。U、f保持不变。或者可以看作由无数有限功率电源并联，因而内阻为0。电源电压保持恒定。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程14例：供电于降压变压器的系统降压

10、变压器的容量小于电源容量的3，便可认为该电源为无限大功率电源。1.接于一台50MW水轮发电机端的1800KVA厂用变压器(Uk6)。2.发电机暂态电抗的标么值都小于0.3，故当电源到短路点之间的电气距离(以电源容量为基准值的转移电抗)大于3时，即可认为该电源为无限大功率电源。n总之，电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中保持不变，是由无限大功率电源供电电路的重要特征。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程15一、短路的暂态过程短路前a相的电势和电流：式中：式中：合闸角合闸角：短路（或合闸）前瞬间电压的相位角。：短路（或合闸

11、）前瞬间电压的相位角。)sin()sin(tIitEemm222)()(LLRREImm)(RRLLarctgia幅值幅值2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程16系统发生三相短路后，系统发生三相短路后，f f点左半部和右半部仍保持对称。点左半部和右半部仍保持对称。n右半部：右半部：i 0i 0；n左半部：短路前，左半部：短路前，短路后，阻抗值从短路后，阻抗值从)sin(tIimLjRLLjRR)()(衰减衰减2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程17

12、短路后a相的微分方程式(5-2)解就是短路的全电流：1.特解，代表短路电流的强制分量、周期分量、新稳态电流；2.齐次方程的一般解，代表短路电流的自由分量、非周期分量。（5-2）)sin(tEdtdiLRim2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程18短路全电流短路电流短路电流周期分量幅值周期分量幅值电路的阻抗角电路的阻抗角（5-35-3）短路电流的短路电流的周期分量周期分量appiii)sin(tIipmp22)(LREImpmRLarctg)sin(tEdtdiLRim2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章

13、章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程19短路电流短路电流非周期分量非周期分量特征方程的根特征方程的根自由分量衰减的时间常数自由分量衰减的时间常数（5-4）)/exp(aptapTtCCei积分常数积分常数C C，由初始条件决定，即，由初始条件决定，即非周期电流的起始值非周期电流的起始值i iap0ap0 00iiCIIpmm)sin()sin()sin()sin(0pmmapIIiC短路全电流appiiiLRp/RLpTa/1)sin(tIimaTtpmCetIi/)sin(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路

14、的暂态过程20a相短路电流的算式相短路电流的算式b相短路电流的算式：相短路电流的算式：c相短路电流的算式：相短路电流的算式：（5-6）aTtpmmpmappeIItIiii/)sin()sin()sin(ipiapaTtpmmpmeIItIi/)120sin()120sin()120sin(aTtpmmpmeIItIi/)120sin()120sin()120sin(三相短路电流的周期分量是一组对称正弦量；三相短路电流的周期分量是一组对称正弦量；各相非周期分量不相等。各相非周期分量不相等。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态

15、过程21i0iap0ip0mE短路暂态过程的相量图短路暂态过程的相量图0)sin(ppmpmiII0)sin(iIImm0appmmiII0000iiiiapp短路前周短路前周期电流期电流短路后非短路后非周期电流周期电流短路后周短路后周期电流期电流2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程22i0iap0ip0n非周期电流初值的大小同短路发生的时刻有关，即与短路发生时电源电势的初始相角有关。u平行；垂直0appmmiII2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过

16、程23非周期分量有最大初值或零值的情况只可能在一相出现。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程24二、短路冲击电流非周期分量电流出现最大值：(1)相量差有最大可能值(2)相量差在t0时与时间轴平行 pmmIIpmmII)sin()sin(0pmmpmmapIIIIi2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程25短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流，以iim表示。短路冲击电流出现的条件：1.短路回路为纯电感电路902.电压的初相角过零值 =03.电路原来

17、处于空载 Im=0aTtpmmpmeIItIi/)sin()sin()sin(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程26aTtpmpmeItIi/cos可能出现最大短路冲击电流的表达式：aTtpmmpmeIItIi/)sin()sin()sin(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程27短路电流的最大瞬时值短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周在短路发生后约半个周期出现期出现 t0.01s冲击电流的算式：冲击电流的算式：pmimpmaapmpmimI

18、kITTIIi)/01.0exp(1)/01.0exp(冲击系数冲击系数aTtpmpmeItIi/cos代入代入t0.012022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程28n当时间常数Ta的数值由0时，冲击系数的变化范围lkim2。u在实用计算中，当短路发生在发电机电压母线时，取kim=1.9；u短路发生在发电厂高压侧母线时，取kim=1.85；u在其他地点短路时，取kim=1.8。n冲击电流主要用来校验电气设备和载流导体的电动力稳定度。)/01.0exp(1aimTk2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力

19、系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程29三、短路电流的有效值三、短路电流的有效值在短路过程中，任一时刻在短路过程中，任一时刻t t的短路电流有效值的短路电流有效值I It t，是指以，是指以时刻时刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。i it t ：t t时刻短路电流瞬时时刻短路电流瞬时值值i ipt pt：周期分量瞬时值：周期分量瞬时值i iaptapt：非周期分量的瞬时值：非周期分量的瞬时值（5-9）dtiiTdtiTIaptTtTtptTtTtt22/2/2/2/2)(11t2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章

20、 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程30n非周期分量有效值：假定在以时间t为中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间t的有效值就等于它的瞬时值n周期分量有效值：在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t时刻的幅值。n短路全电流有效值：aptaptiI2pmtptII22tptaptIII幅值幅值有效值有效值2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程31在最不利的情况下发生短路时，在最不利的情况下发生短路时，t t0.0ls0.0ls，这时非周，这时非周期分量的有效值为：期分量的有效值为

21、：（5-11）当冲击系数当冲击系数k kimim1.91.9时，时，I Iimim=1.62I=1.62IP P k kimim1.81.8时，时，I Iimim=1.51I=1.51IP P222(1)212(1)impimppimIIkIIk短路电流最大有效值短路电流最大有效值I Iimim：pmimapmapIkTII)1()/01.0exp(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程32四、短路功率四、短路功率n短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘

22、积。均额定电压）的乘积。n标幺值形式标幺值形式n短路容量主要用来校验开关的切断能力短路容量主要用来校验开关的切断能力3tav tSV I*33av ttttBBBV IISIIV I实用计算中，It可取为Ip2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程33例：如图网络，降压变电站10.5kV母线发生三相短路，此时将系统视作无限大功率电源，求此时短路点的冲击电流和短路功率。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程342022-10-5电力系统分析电力系统分析 第

23、第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程35pttIIS2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程36母线n在（变）电站中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。由于母线在运行中，有巨大的电能通过。n母线按结构分为硬母线和软母线。硬母线又分为矩形母线和管形母线。矩形母线一般使用于主变压器至配电室内。软母线用于室外。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短

24、路的暂态过程三相短路的暂态过程375.3 同步电机突然三相短路的物理分析 一、突然短路暂态过程的特点 n大冲击电流n电枢反应磁通变化转子绕组中感应电流影响定子电流定子和转子绕组电流的互相影响（显著特点）2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程382022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程392022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程40二、超导体闭合回路磁链守恒原则 n超导体超导体电阻为零的

25、导体，超导体闭合回路维持电阻为零的导体，超导体闭合回路维持所环链的磁链不变。所环链的磁链不变。电压观点电压观点 若若跃变跃变dd/dt=/dt=无限大电源无限大电源(不存不存在在)n楞茨定则楞茨定则任何闭合线圈在突然变化的任何闭合线圈在突然变化的瞬间瞬间，都，都能维持磁链不变。能维持磁链不变。rr0永远永远不变不变2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程41超导体磁链守恒原则的数学描述u闭合回路、电阻R、磁链、无外电源u回路由理想超导体构成：R0常数常数0 Ridtd0dtd2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五

26、五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程42（1 1）超导体闭合回路）超导体闭合回路,0 00 0n移近一个磁铁，移近一个磁铁，0 01 1n回路将感应产生电流回路将感应产生电流i i（2 2）如果原始磁链值）如果原始磁链值,0 000n外界磁场对该回路产生磁链，外界磁场对该回路产生磁链，1 1n回路中将产生电流回路中将产生电流i i1 1,满足满足条件条件 L Li i1 10 0011Li2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程43实际电机 R0nt=0 短路 如何变化？nt=(0-,0+)(0-)=

27、(0)n短路瞬间2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程44 与定子绕组交链，同步电机工作磁链（空载磁链）；随转子同步旋转，被定子绕组所切割，在定子绕组中感应空载电势三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析 fadfdixfffi只与只与ffff交链，励磁绕组漏磁链交链，励磁绕组漏磁链ffd2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程45假定假定短路前短路前无阻尼电机无阻尼电机处于处于空载空载状态状态1 1、短路前、短路前fffqdrviii/,00000

28、fadfddix定子绕组总磁链定子绕组总磁链0q2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程46转子转速旋转，定子各相绕组磁链:t t0 0短路前瞬间，短路前瞬间，=0 0，定子各相绕组磁链：定子各相绕组磁链：)120cos()120cos()cos(00000000tttcba)120cos()120cos(cos000000000cba2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程47t0时时t02022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统

29、电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程48维持磁链初值不变维持磁链初值不变定子绕组中出现电流定子绕组中出现电流产生磁链产生磁链t=0时发生短路，要维持定子各相绕组磁链不变2、三相、三相短路后短路后)120cos()120cos(cos000000000cba发生短路后，同步电机仍以旋转，产生0)120cos()120cos()cos(00000000tttcba不相等不相等?000,cbacba,cba,合成后等于合成后等于2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程49短路前、后瞬间磁链图00000,cbacba,cba

30、,合成后等于合成后等于新的磁链2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程50cccbbbaaacccbbbaaa000000恒定分量恒定分量交变分量交变分量)120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000000000tttcba)120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000tIIitIIitIIimmcmmbmma恒定直流恒定直流基频交流基频交流2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三

31、相短路的暂态过程513 3、短路后定子绕组中的电流分量、短路后定子绕组中的电流分量基频电流 ii交变磁链 为了抵消励磁磁链对各相定子绕组产生的交变磁链 )120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000tIIitIIitIIimmcmmbmma0cba,cba,cba,cba,大小相等、方向相反大小相等、方向相反2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程52直流分量iap：维持磁链初始值；)120cos()120cos()120cos()120cos()cos(cos000000tII

32、itIIitIIimmcmmbmmai iap ap 维持短路前瞬间初始磁链维持短路前瞬间初始磁链00不变不变 ap0大小相等、方向相同大小相等、方向相同)(02022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程53短路后瞬间磁链图ap0iapi02022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程54apapap2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程55 倍频分量 i2 n纵横轴磁阻不同n转子每转过180，

33、磁阻经历一个周期n磁链要恒定(=F/r=F)，F随r变化倍频磁链2n直流直流iap倍频交流i2磁链不变i iapap静止恒定磁势静止恒定磁势FFF=F2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程56定子绕组中的电流2iiiiap基频交流基频交流恒定直流恒定直流倍频交流倍频交流2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程574 4、短路后转子中的电流分量、短路后转子中的电流分量n 定子三相绕组基频电流定子三相绕组基频电流ii同步旋转磁势同步旋转磁势(和转子相和转子相

34、对静止对静止)；与；与0 0方向相反方向相反0 0正方向是正方向是d d轴正向，同轴正向，同步旋转磁势产生的磁链在步旋转磁势产生的磁链在d d轴反方向，对励磁磁势起纯轴反方向，对励磁磁势起纯去磁电枢反应。去磁电枢反应。cba,ii产生产生抵消抵消直流电流直流电流i ifafacba,ap0i02022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程58u励磁绕组交链磁链保持短路前磁链值不变励磁绕组产生直流电流ifa（方向和if0相同，使励磁绕组的磁场得到加强）。ifafaufafa平衡平衡直流电流直流电流i ifafai ifafafafa

35、定子同步旋定子同步旋转磁场产生转磁场产生的去磁磁链的去磁磁链ifa也会影响定子绕组，使得定子电流激增。2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程59u定子直流分量空间静止磁场（ap）对励磁绕组是同步速切割励磁绕组转子绕组产生同步频率交变电流转子绕组产生同步频率交变磁链f u交变磁链f抵消定子绕组产生的直流磁场在转子励磁绕组中形成的磁链apff=-=-apap交变电流交变电流i iffapapff2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程60n定子电流倍频分量i

36、2两倍同步转速的旋转磁场2相对转子对转子绕组产生基频磁链转子绕组产生同步频率交变电流、磁链抵消定子绕组产生的直流磁场在转子励磁绕组中形成的磁链ap。ff=-=-apap2 2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程61ffaffiiIi0直流电源产生的直流电源产生的强制分量强制分量抵消抵消i磁链磁链自由分量自由分量抵消抵消iap、i2磁链磁链自由分量自由分量n转子绕组中的这项基频电流也要施反作用于定子。n基频电流在转子中产生一个以同步频率脉振的磁场，分解为两个依相反方向对于转子以同步转速旋转的磁场。u反转磁场对于定子绕组相对静

37、止影响定子直流分量u正转磁场对于定子绕组2旋转影响定子倍频电流分量2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程62小节n无阻尼绕组同步电机突然短路时，定子电流将包含基频分量、倍频分量和直流分量apiwi2in转子绕组电流中包含有直流分量和基频交流分量转子绕组电流中包含有直流分量和基频交流分量faifwi0fI2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程63i i稳态值，强制分量稳态值，强制分量2iiiiapiii ii i自由分量自由分量2iiiiiap自由分量自

38、由分量记及电阻，衰减到零记及电阻，衰减到零为维持磁链初值为维持磁链初值不变而出现不变而出现为抵消转为抵消转子子0 02022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程64ffaffiiIi0恒定的恒定的自由分量自由分量记及电阻，衰减到零记及电阻，衰减到零2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程65apiwi2faifwiiiii0 fi2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程665.4 无阻尼绕组

39、同步电机三相短路电流计算QQfDDDffffqdqqdqddriririvrivriv00qaqQQQfaddadDDDDaddadfffQaqqqqDadfaddddixixixixixixixixixixixixix同步电机电压和磁链的实用方程：2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程67一、暂态电势和暂态电抗 n暂态分析是以磁链守恒原则为基础的。依据磁链平衡关系制订等值电路，适应暂态分析的需要。n无阻尼绕组电机的磁链平衡方程（5-145-14）ffdfadffdadfqqqdfaddafaddddixiixixixix

40、iixixixix)()(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程68相应等值电路ffdfadffdadfqqqdfaddafaddddixiixixixixiixixixix)()(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程69从方程式中消去励磁绕组电流 ffadfffadqxxxxEadfaadfadfadxxxxxxxxfidadfadfaffaddixxxxxxx)(暂态电抗暂态电抗暂态电势暂态电势（不能突变不能突变）ddqdixEadfffxxx0

41、0qqEEdqd dEx i稳态：2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程70如果沿纵轴向把同步电机看做是双绕组变压器，当副如果沿纵轴向把同步电机看做是双绕组变压器，当副方绕组方绕组(即励磁绕组即励磁绕组)短路时，从原方短路时，从原方(即定子绕组即定子绕组)测测得的电抗得的电抗暂态电抗暂态电抗adfaadfadfadxxxxxxxxddqdixE2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程71适用于稳态分析，也适用于暂态分析中将变压器电势略适用于稳态分析，也适

42、用于暂态分析中将变压器电势略去或另作处理的场合。去或另作处理的场合。（5-185-18）0qdqdvdqvqqdddqqixvixEv定子磁链平衡方程变为定子电势方程：定子磁链平衡方程变为定子电势方程：当变压器电势当变压器电势ddqdixEqqqix QQfDDDffffqdqqdqddriririvrivriv002022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程72暂态参数表示的电势方程式写成交流相量的形式：或或qqdddqqIjxVIx jEVddqqqIx jIjxEV（5-205-20）qqdddqqixvixEvddqqq

43、Ix jIjxVEddqdqIjxIjxEV稳态时方程稳态时方程2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程73A A、用电势、用电势 和电抗和电抗 作等值电路。作等值电路。假想电势假想电势 将表示为：将表示为：无论是凸极机、隐极机，一般都有无论是凸极机、隐极机，一般都有 。qdxx QEQEddqqQIxxjEE)(qxdqxxqQEEn两种方案计算两种方案计算ddqqqIx jIjxEVIjxEVqQ2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程74B、用电势

44、和电抗 作等值电路。暂态电抗后的电势暂态电抗后的电势EdxqdqqIxxjEE)(ddqqqIx jIjxEVIx jEVdE相位落后于暂态电势相位落后于暂态电势qE 2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程75采用暂态参数时，同步电机的相量图ddqqqIx jIjxEVddqqQIxxjEE)(IjxEVqQIx jEVdqdqqIxxjEE)(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程76解：例解：例3-23-2中已算出中已算出 和和例例5-1 5-1

45、就例就例3-23-2的同步电机及所给运行条件，再给出的同步电机及所给运行条件，再给出 ，计算电势计算电势 和和 。0.3dx qEE1.41QE 0.8dI()1.41(0.30.6)0.81.17qQdqdEExxI根据相量图根据相量图5-125-12，可知，可知2222(sin)(cos)(10.3 0.53)(0.3 0.85)1.187ddEVx Ix I电势电势 同机端电压同机端电压 的相位差为：的相位差为：EVcos0.3 0.85arctanarctan12.4sin10.3 0.53ddx IVx I2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相

46、短路的暂态过程三相短路的暂态过程77 习题：有一台同步发电机短路前在额定端电压额定负载时，cos0.8（滞后）的情况下，已知同步电机以其额定值为基准值的标幺值参数为：xd=1.15，xq0.75，xd0.37，当机端发生三相短路时。求:短路前瞬间Eq0，短路前瞬间Eq0，Eq05692.1)8.0175.0()6.0175.01()cos()sin(2222IXIXVEqqQ48.22sincosIxVIxarctgqq8603.0)sin(IId00009133.1)(qqdqdQqEEIxxEE短路前暂态电势短路前暂态电势短路前空载电势短路前空载电势2022-10-5电力系统分析电力系统分

47、析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程7801.9133qE2423.1)(0ddqQqIxxEE2423.100qqEE短路前后暂态电势相等短路前后暂态电势相等1000VEEqq2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程79二、不计衰减时的短路电流算式1.计算定子基频交流i和转子绕组的直流ifai和ifa共同作用下定子各相绕组磁链为零，转子绕组磁链保持初值假定在空载下发生机端短路假定在空载下发生机端短路（5-25）000)(0)(fdadfaffddfafadixiixixiix0;0;0qq

48、dqdivv仅有仅有d d轴方向轴方向0000)()()(fdfafadfaffdadfafadiiixiixixiiix有：2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程80短路前空载，定子电流为零dqaddddfadfadqdffaddxExxxixxixExxxi00000fffix解方程，得解方程，得ff中磁链初值：说明位于d轴反向，即实用正向，具有去磁的电枢反应。说明与原if【0】同方向，加强ff绕组的磁场作用。00fadii0000qffadfadExxix2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力

49、系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程81短路进入稳态后短路进入稳态后基频电流的自由分量：基频电流的自由分量：0qqEEdqdqdxExEi0dqdqdddxExEiii00稳态短路电流为：稳态短路电流为：2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程822.计算定子电流中的直流分量iap、倍频分量i2、励磁绕组中的基频电流if（5-31）在这些电流分量共同作用下，应使励磁绕组的磁在这些电流分量共同作用下，应使励磁绕组的磁链为零，定子三相绕组的磁链保持初值链为零，定子三相绕组的磁链保持初值0 0。将定子三相磁链的初值转换

50、到将定子三相磁链的初值转换到d d、q q、0 0坐标系坐标系:)120cos()120cos(cos00000000000cbattqqddsincos00park可以参考p55例3-1：直流交流基频2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章 电力系统电力系统三相短路的暂态过程三相短路的暂态过程83tixixixtixixqqqdadffdddfadsin0cos00励磁绕组的励磁绕组的磁链为零磁链为零，定子三相绕组的，定子三相绕组的磁链保持初值磁链保持初值qqqdfadffddadfadixiixixixiix0)()(2022-10-5电力系统分析电力系统分析 第第五五章章