电力系统短路电流计算及标幺值算法.doc
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1、第七章 短路电流计算Short Circuit Current Calculation7-1 概述 General Description一、短路的原因、类型及后果The cause, type and sequence of short circuit 1、短路:是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地的系统)发生通路的情况。2、短路的原因: 元件损坏 如绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路. 气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作;大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等. 违规操作如运行人员带负荷拉刀闸;线路或设备检修后未拆除接地线就加电
2、压. 其他原因 如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等.3、三相系统中短路的类型: 基本形式: 三相短路;两相短路;单相接地短路;两相接地短路; 对称短路:短路后,各相电流、电压仍对称,如三相短路; 不对称短路:短路后,各相电流、电压不对称;如两相短路、单相短路和两相接地短路. 注:单相短路占绝大多数;三相短路的机会较少,但后果较严重。4、短路的危害后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同,短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电,也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。(1) 电动力效应短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流,在导体间产生很大的机械应力,可能使
3、导体和它们的支架遭到破坏。(2) 发热短路电流使设备发热增加,短路持续时间较长时,设备可能过热以致损坏。(3) 故障点往往有电弧产生,可能烧坏故障元件,也可能殃及周围设备.(4) 电压大幅下降,对用户影响很大.(5) 如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长,则可能使并列运行的发电厂失去同步,破坏系统的稳定,造成大片停电。这是短路故障的最严重后果。(6) 不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。二、计算短路电流的目的及有关化简 The purpose and some simplification of short circuit Calculation1、短路计算的目的a、选择电气设备的依据
4、; b、继电保护的设计和整定; c、电气主接线方案的确定; d、进行电力系统暂态稳定计算,研究短路对用户工作的影响;2、短路计算的简化假设a、不考虑发电机间的摇摆现象,认为所有发电机电势的相位都相同;b、不考虑磁路饱和,认为短路回路各元件的电抗为常数;c、不考虑发电机转子的不对称性,用来代表。认为 ,即认为短路前发电机是空载的;d、不考虑线路对地电容、变压器的励磁支路和高压电网中的电阻,认为等值电路中只有各元件的电抗。 7-2 标么值计算方法与短路电流计算步骤Per-unit system and the process of short-circuit current calculation
5、一、 标么制的概念 conception of per-unit system1、标么制 per-unit system:将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示,而用标么值表示。2、标么值:per-unit value 例如:某发电机的端电压用有名值表示为,如果用标么值表示,就必须先选定基准值.若选基准值,则;若取基准值,则;若取基准值,则.可见:标么值是一个没有量纲的数值,对于同一个有名值,基准值选得不同,其标么值也就不同.因此:说明一个量的标么值时,必须同时说明它的基准值;否则,标么值的意义不明确!3、采用标么制的优点: the advantage of per-unit sys
6、tem(1) 易于比较电力系统中各元件的特性和参数;(2) 易于判断电气设备的特征和参数的优劣;(3) 可以使计算量大大简化。二、 基准值的选取 the selection of reference value 1、 各量的基准值之间应服从:功率方程:欧姆定律:通常选定 则: ,2、 三相对称系统中,不管是Y接线还是接线,任何一点的线电压(或线电流)的标么值与该点的相电压(或相电流)的标么值相等,且三相总功率的标么值与每相的功率标么值相等。故:采用标么制时,对称三相电路完全可以用单相电路计算。3、 说明:通常取()三、不同基准值的标么值之间的换算 conversion among per-un
7、it values based on different reference values1、 原则:换算前后的物理量的有名值保持不变。步骤:(1)将以原有基准值计算出的标么值还原成有名值(2)计算新基准值下的标么值2、 发电机、变压器 已知: 求: 则: 有名值: 标么值:3、 电抗器 有名值: 标么值:四、有变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的计算Per-unit value calculation in a network which has different voltage class connected by transformers.1、 先取某一电压级为基本电压级,
8、并取基本电压级的基准电压,将其他电压级下的电抗有名值归算到基本电压级下: 其中:则: 归算到基本电压级的某个线段的电抗标么值应为:2、 有变压器联系的网络标么值计算的简化条件:,用计算变比,并用代替元件的则: 发电机电抗的标么值 变压器的标么值 线路中电抗的标么值 电抗器的标么值 其中对线路、电抗器的计算中,为元件所在电压等级的平均额定电压证明:取短路点所在电压等级为基本电压级,并取则: 则:归算到任一电压级下的电抗标么值相等。五、短路电流计算步骤process of short-circuit current calculation1确定计算条件,画计算电路图 1)计算条件:系统运行方式,短
9、路地点、短路类型和短路后采取的措施。 2)运行方式:系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。根据计算目的确定系统运行方式,画相应的计算电路图。选电气设备:选择正常运行方式画计算图; 短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定:比较不同运行方式,取最严重的。2画等值电路,计算参数; 分别画各段路点对应的等值电路。 标号与计算图中的应一致。3网络化简,分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。. 星角变换公式 角星变换公式 .等值电源归算(1) 同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并;(2) 至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并;(3)
10、直接连于短路点上的同类型发电机可归并;7-3 供配电系统三相短路电流计算Three-phase short-circuit current calculation in power supply and distribution system一、“无限大”电力系统 concept of infinite system1. 定义:系统的容量,系统的内阻抗().2.“无限大”电力系统的特点:外电路电流变动时,其端口电压不变。3若系统阻抗不超过短路回路总阻抗的15%,则系统看作“无限大系统” 实用计算中,将配电网中的系统母线看作无限大容量系统。 等值电源内阻抗二、供配电系统三相短路电流计算three
11、-phase short-circuit current calculation in power supply and distribution system1.三相短路电流1) 则: 其中:短路时电源电压相位角(合闸相位角) 稳态分量,周期分量 暂态分量,非周期分量2)的有效值2.冲击短路电流impulse current-短路电流最大瞬时值当时,短路瞬间最大,则也最大又当时,即当时,最大。即: 冲击系数, , 一般:高压网中,0.05S时,则1.8大容量系统或发电机附近短路时,发电厂高压母线;=1.85低压网中,则:1-1.33、短路电流全电流的有效值近似认为:则:冲击电流全电流有效值:
12、三、“无限大”电源供电的简单电力网三相短路电流计算步骤impulse current value calculation of three-phase short-circuit supplied by infinite system1.取基准值;2.画出标么值表示的等值电路;3.计算出从短路点到各电源点之间的等值阻抗;4.计算。()5.计算,(其中)说明:(1)短路电流应还原成有名值;(2)公式中的为短路点所在电压等级平均额定电压。四、“短路容量”的概念及用途concept and usage of shot-circuit capability1.某一点的短路容量该点短路时的短路电流该点短
13、路前的电压 有名值: 标么值:则:的大小实际反映了该点短路电流的大小,也就反映了该点到恒定电压点之间总电抗的大小。2、 可近似取某点的装于该点的断路器的额定开断容量7-4 由同步发电机供电的三相短路电流计算Three-phase short-circuit current calculation supplied by synchronous generator一、同步发电机发生三相突然短路(无自动励磁调节装置)Three-phase short-circuit happened near by synchronous generator which has no automatic exci
14、tation regulation device1. 不能当作“无限大”系统的情况1) 发电机端点或端点附近发生短路;2) 短路点虽离发电机较远,但发电机容量有限。在以上地点发生三相突然短路时,由于短路电流所造成的强烈去磁性电枢反应,使发电机端口电动势和内部电抗在短路的暂态过程中发生变化,相应的短路电流周期分量的振幅也随之变化,这是与无限大系统相区别的地方.2短路电流的周期分量从短路瞬间起,经历了次暂态、暂态、稳态的过程。短路电流周期分量的幅值:式中:-次暂态短路电流的有效值;-暂态短路电流的有效值; -稳态短路电流的有效值;-次暂态分量电流衰减的时间常数;-暂态分量电流衰减的时间常数。不计励
15、磁调节时:)空载短路 为发电机空载电动势。)负载情况下端口短路 、为次暂态电动势、暂态电动势、稳态电动势。其中:,、依次为发电机额定电压和额定电流。一般取,。)经外电路短路 从短路点到发电机端点的总电抗3短路电流非周期分量最不利条件下(即,且) , 为定子回路衰减时间常数。则最不利条件下,同步发电机三相突然短路电流瞬时值:4次暂态短路电流、冲击短路电流、稳态短路电流1)次暂态短路电流机端短路:经外电阻短路: 次暂态短路功率:注意:校验机端快速动作断路器开断电流和开断容量时,用对应于开断时刻t的短路电流全电流有效值。2)冲击短路电流t=0.01s 其中 Ksh=1.9 ,机端短路; Ksh=1.
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