最新电力工程课件第四章-短路电流及其计算.ppt
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- 最新 电力工程 课件 第四 短路 电流 及其 计算
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1、电力工程基础第四章 短路电流及其计算第四章 短路电流及其计算12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院2 4.1 概述概述 4.2 标幺制标幺制 4.3 无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 4.4*有限容量系统三相短路电流的实用计算有限容量系统三相短路电流的实用计算 4.5*不对称故障的分析计算不对称故障的分析计算 4.6*电动机对短路冲击电流的影响电动机对短路冲击电流的影响 4.7 低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算 4.8 短路电流的效应短路电流的效应 4.1 概述 所谓短路所谓短路,是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之是指电力系统中正
2、常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。间或相与地之间发生通路的情况。12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院3 一、短路的原因及其后果一、短路的原因及其后果 u 短路的原因:短路的原因:u 短路的现象:短路的现象:F电气设备载流部分绝缘损坏;电气设备载流部分绝缘损坏;F运行人员误操作;运行人员误操作;F其他因素。其他因素。F电流剧烈增加;电流剧烈增加;F系统中的电压大幅度下降。系统中的电压大幅度下降。12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院44.1 概述概述u 短路的危害:短路的危害:F短路电流的热效应会使设备发热急剧增加,可能导
3、致设备短路电流的热效应会使设备发热急剧增加,可能导致设备过热而损坏甚至烧毁;过热而损坏甚至烧毁;F短路电流产生很大的电动力,可引起设备机械变形、扭曲短路电流产生很大的电动力,可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏;甚至损坏;F短路时系统电压大幅度下降,严重影响电气设备正常工作;短路时系统电压大幅度下降,严重影响电气设备正常工作;F严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步,破坏系统严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步,破坏系统的稳定性。的稳定性。F不对称短路产生的不平衡磁场,会对附近的通讯系统及弱不对称短路产生的不平衡磁场,会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰,影响其正常工作电设备产生电磁干扰
4、,影响其正常工作。12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院54.1 概述概述 二、短路的种类二、短路的种类4-1短路的类型图e)d)ABCk(1,1)(1,1)kCBA电源ABCk(1)c)ABCk(2)b)a)(3)kCBA对称短路:对称短路:三相短路三相短路k(3)不对称短路:不对称短路:单相接地短路单相接地短路k(1)两相接地短路两相接地短路k(1,1)两相短路两相短路k(2)12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院64.2标幺制标幺制 一、概述一、概述 u 在短路电流计算中,各电气量的数值,可以用有名值表在短路电流计算中,各电气量的数值,
5、可以用有名值表示,也可以用标幺值表示。示,也可以用标幺值表示。通常在通常在1kV以下的低压系统中以下的低压系统中宜采用有名值,而高压系统中宜采用标幺值。宜采用有名值,而高压系统中宜采用标幺值。u 在高压电网中,通常总电抗远大于总电阻,所以可以只计在高压电网中,通常总电抗远大于总电阻,所以可以只计各主要元件的电抗而忽略其电阻。各主要元件的电抗而忽略其电阻。二、标幺制的概念二、标幺制的概念某一物理量的标幺值某一物理量的标幺值*,等于它的实际值,等于它的实际值A与所选定的与所选定的基准值基准值Ad的比值,即的比值,即 dAAA*12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院74.2
6、标幺制标幺制u 基准值的选取基准值的选取通常先选定基准容量通常先选定基准容量 Sd和基准电压和基准电压Ud,则基准电流,则基准电流Id和基和基准电抗准电抗Xd分别为:分别为:dddUSI3dddddSUIUX23常取基准容量常取基准容量Sd=100MVA,基准电压用各级线路的平均额基准电压用各级线路的平均额定电压,即定电压,即 。avdUU 指线路始端最大额定电压与末端最小指线路始端最大额定电压与末端最小额定电压的平均值。一般取线路额定电压的额定电压的平均值。一般取线路额定电压的1.05倍,见下表。倍,见下表。线路的额定电压与平均额定电压线路的额定电压与平均额定电压u 线路平均额定电压:线路平
7、均额定电压:12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院84.2标幺制标幺制 三、不同基三、不同基准标幺值之间的换算准标幺值之间的换算 电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给电力系统中各电气设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的标幺值都是额定标幺值出的标幺值都是额定标幺值,进行短路电流计算时必须将它们,进行短路电流计算时必须将它们换算成统一基准值的标幺值。换算成统一基准值的标幺值。换算方法是:换算方法是:先将以额定值为基准的电抗标幺值还原为有名值,即先将以额定值为基准的电抗标幺值还原为有名值,即*NXNNNNNSUXXXX2*选定选定Sd和和Ud,则以此为基准的
8、电抗标幺值为:则以此为基准的电抗标幺值为:22*2*ddNNNddddUSSUXUSXXXXavNdUUU若取若取 ,则,则 NdNdSSXX*12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院94.2标幺制标幺制 四、电力系统各元件电抗标幺值的计算四、电力系统各元件电抗标幺值的计算 发电机:发电机:通常给出通常给出SN、UN和额定电抗标幺值,则和额定电抗标幺值,则 *NGXNdNGGSSXX*变压器:变压器:通常给出通常给出SN、UN和短路电压百分数和短路电压百分数 ,%kUNdkNdNTTSSUSSXX100%*式中,式中,为变压器的额定电抗标幺值。为变压器的额定电抗标幺值。
9、100%*kNTUX12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院104.2标幺制标幺制电抗器:电抗器:通常给出通常给出INL、UNL和电抗百分数,其中和电抗百分数,其中%LX1001003%*NLNLLNLLXUXIX22*222*100%3100%dNLNLdNLdNLNLdLddNLNLLdLLUUSSXUUSSXUSIUXXXX 式中,式中,为电抗器的额定容量。为电抗器的额定容量。NLNLNLIUS3输电线路:输电线路:通常给出线路长度和每公里的电抗值,则通常给出线路长度和每公里的电抗值,则 2*ddWLdWLWLUSXXXX12/22/2022南京理工大学自动化学院
10、南京理工大学自动化学院114.2标幺制标幺制 五、不同电压等级电抗标幺值的关系五、不同电压等级电抗标幺值的关系图图4-2 具有三个电压等级的电力网具有三个电压等级的电力网av3UUav2av1U图具有三个电压等级的电力网4-2kWL1WL3WL2IIT2T1IIII 设设k点发生短路,取点发生短路,取 ,则线路,则线路WL1的电抗的电抗X1折算折算到短路点的电抗到短路点的电抗 为:为:3avdUU1X 21312232121222111avavavavavavTTUUXUUUUXKKXX则则X1折算到第三段的标幺值为:折算到第三段的标幺值为:2112321311*1avdavdavavdUSX
11、USUUXXXX各段元件参数的标幺值各段元件参数的标幺值只需用元件所在级的平只需用元件所在级的平均电压作为基准电压来均电压作为基准电压来计算,而无需再进行电计算,而无需再进行电压折算。压折算。12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院124.2标幺制标幺制 六、短路回路总电抗标幺值六、短路回路总电抗标幺值 将各元件的电抗标幺值求出后,就可以画出由电源到短路将各元件的电抗标幺值求出后,就可以画出由电源到短路点的等值电路图,并对网络进行化简,最后求出短路回路总电点的等值电路图,并对网络进行化简,最后求出短路回路总电抗标幺值抗标幺值 。*X图图4-2的等效电路图如图的等效电路图
12、如图4-3所示。所示。4-24-3图 的等效电路图*WL3X54XT2*3XWL2*T1X21XWL1*k12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院134.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 一、由无限容量系统供电时三相短路的物理过程一、由无限容量系统供电时三相短路的物理过程 1.无限容量系统的概念无限容量系统的概念u 无限容量系统(又叫无限大功率电源),是指系统的无限容量系统(又叫无限大功率电源),是指系统的容量容量为为,内阻抗为零。,内阻抗为零。u 无限容量系统的特点:在电源外部发生短路,电源母线上无限容量系统的特点:在电源外部发生短路,电源母
13、线上的的电压基本不变电压基本不变,即认为它是一个恒压源。,即认为它是一个恒压源。u 在工程计算中,当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的在工程计算中,当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的 5%10%时,就可认为该电源是无限大功率电源。时,就可认为该电源是无限大功率电源。说明:说明:无限大功率电无限大功率电源是一个相对概念,源是一个相对概念,真正的无限大功率电真正的无限大功率电源是不存在的。源是不存在的。2.由无限大功率电源供电的三相对称电路由无限大功率电源供电的三相对称电路 图图4-4所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。12/22/2022南京理工
14、大学自动化学院南京理工大学自动化学院144.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 图图4-4 无限容量系统中的三相短路无限容量系统中的三相短路短路前,系统中的短路前,系统中的A相电压和电流分别为相电压和电流分别为)sin(tUuma)sin(tIima短路后电路中的电流应满足:短路后电路中的电流应满足:)sin(tUdtdiLRimkk12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院15解微分方程得:解微分方程得:nppTtkpmTtkmkiiCetICetZUiaa)sin()sin(式中:式中:Ipm为短路电流周期分量的幅值,;为短路电流周期分量的幅值
15、,;为短为短路后回路的阻抗角;路后回路的阻抗角;Ta为非周期分量电流的衰减时间常数,为非周期分量电流的衰减时间常数,;为电源电压的相位角(合闸相位角);为电源电压的相位角(合闸相位角);Z为电源为电源至短路点的阻抗,;至短路点的阻抗,;C为积分常数,由初始条件为积分常数,由初始条件决定。决定。ZUImpmkRLTa22)(LRZ由于电路中存在电感,而电感中的电流不能突变,则短由于电路中存在电感,而电感中的电流不能突变,则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。即路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。即 12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院16CIIkpm
16、m)sin()sin(0)sin()sin(npkpmmiIIC 式中,式中,inp0为非周期分量电流的初始值;为短路前电流与电为非周期分量电流的初始值;为短路前电流与电压之间的相角。压之间的相角。aTtkpmmkpmkeIItIi)sin()sin()sin(在短路回路中,通常电抗远大于电阻,可认为,故在短路回路中,通常电抗远大于电阻,可认为,故 090kaTtpmmpmkeIItIicos)sin()cos(由上式可知,当非周期分量电流的初始值最大时,短路全电由上式可知,当非周期分量电流的初始值最大时,短路全电流的瞬时值为最大,短路情况最严重,其必备的条件是:流的瞬时值为最大,短路情况最严
17、重,其必备的条件是:12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院17F短路前空载(即短路前空载(即 )0mIF短路瞬间电源电压过零值,即初始相角短路瞬间电源电压过零值,即初始相角 0aTtpmpmkeItIicos因此因此 对应的短路电流对应的短路电流的变化曲线如图的变化曲线如图4-5所示。所示。图图4-5 无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线无限大容量系统三相短路时短路电流的变化曲线12/22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院184.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 二、三相短路冲击电流二、三相短路冲击电流 在最严重短路
18、情况下,三相短路电流的最大瞬时值称为冲在最严重短路情况下,三相短路电流的最大瞬时值称为冲击电流,用击电流,用ish表示。表示。由由图图4-5知,知,ish发生在短路后约半个周期(发生在短路后约半个周期(0.01s)。)。pshTpmTpmpmshIKeIeIIiaa2)1(01.001.0其中,其中,短路电流冲击系数。短路电流冲击系数。aT.sheK0101意味着短路电意味着短路电流非周期分量流非周期分量不衰减不衰减意味着不产生意味着不产生非周期分量非周期分量当电阻当电阻R=0时,时,2shKRXRLTa1001.0eeaT1shK当电抗当电抗=0时,时,001.0eeaT0RXRLTa12/
19、22/2022南京理工大学自动化学院南京理工大学自动化学院194.3无限容量系统三相短路电流计算无限容量系统三相短路电流计算 1Ksh 2 因此因此pshIi55.2F在高压电网中短路时,取在高压电网中短路时,取Ksh=1.8,则,则 F在发电机端部短路时,取在发电机端部短路时,取Ksh=1.9,则,则 pshIi69.2F在低压电网中短路时,取在低压电网中短路时,取Ksh=1.3,则,则 pshIi84.1 三、三相短路冲击电流有效值三、三相短路冲击电流有效值 任一时刻任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻的短路电流的有效值是指以时刻t为中心的一个为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值
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