第三章短路电流计算第三节

1、EXIT第五节第五节 不对称短路电流的计算方法不对称短路电流的计算方法EXIT本节学习内容本节学习内容1 1、计算电力系统三相不对称故障的总体思路？、计算电力系统三相不对称故障的总体思路？2 2、对称分量法、对称分量法如何将相分量分解为正序、负序、零序如何将相分量分解为正序、负序、零序分量之和？分量之和？ 3 3、正常电力系统如何对正序、负序、零序三序解藕？、正常电力系统如何对正序、负序、零序三序解藕？ 4 4、发电机、线路的正序、负序、零序等值参数的定义及等、发电机、线路的正序、负序、零序等值参数的定义及等值电路值电路 5 5、中性点上的阻抗对发电机或负荷的正序、负序、零序阻、中性点上的阻抗

2、对发电机或负荷的正序、负序、零序阻抗有什么影响？抗有什么影响？ EXIT各种短路故障发生的概率各种短路故障发生的概率l三相短路三相短路 5 5l两相短路两相短路 4 4l两相短路接地两相短路接地 8 8l单相接地单相接地8383 在电力系统中，发生不对称故障的概率是很大的，在电力系统中，发生不对称故障的概率是很大的，有时为了校验保护装置的灵敏度，需要计算不对称有时为了校验保护装置的灵敏度，需要计算不对称短路电流。短路电流。EXIT1 1、对于三相短路（对称短路），可用、对于三相短路（对称短路），可用一相代替一相代替三相三相进行计算，采用相量分析方法，非常简单。进行计算，采用相量分析方法，非常简

3、单。2 2、对于、对于不对称故障不对称故障，无法用一相代替三相，因而计算复，无法用一相代替三相，因而计算复杂，必须寻求新的方法。杂，必须寻求新的方法。如图如图 ：单相短路：单相短路无法用一相代替无法用一相代替三相，如何求解？三相，如何求解？EXIT一、对称分量法一、对称分量法EXIT正常情况下，三相电压正常情况下，三相电压不对称故障情况下不对称故障情况下已知一相电压，其它已知一相电压，其它两相电压均确定。两相电压均确定。知道一相电压，无法知道一相电压，无法推知其它两相电压。推知其它两相电压。三相电压独立！三相电压独立！120120eUeUUajbcEXIT对称分量法的概念及应用对称分量法的概念

4、及应用负序电压分量负序电压分量正序电压分量正序电压分量零序电压分量电压分量120112011eUeUUajbc120212022eUeUUajbc120012000eUeUUajbc坐标系坐标系 摊煎饼果子摊煎饼果子 方向盘方向盘EXIT120120120AAAABBBBCCCCFFFFFFFFFFFF212201()31()31()3AABCAABCAABCFFaFa FFFa FaFFFFF 式中，式中，一一 、对称分量法、对称分量法jeaj2321120EXITA0A2A122CBA11111FFFFFFA120ABCFTFABC1A120FTF1111131221TEXIT定理定理1.

5、 1. 任何一组三相电压，均可分解为任何一组三相电压，均可分解为唯一的正序电压分量、负序电压分量、唯一的正序电压分量、负序电压分量、零序电压分量之和。即：零序电压分量之和。即：000222111cbacbacbacbaUUUUUUUUUUUU二、利用对称分量法分析系统中不对称短路二、利用对称分量法分析系统中不对称短路EXIT三相电压与三相电压与a相正序电压分量、相正序电压分量、a相负序电压分相负序电压分量、量、a相零序电压分量的转换关系：相零序电压分量的转换关系：由三相电压求正、由三相电压求正、负、零序电压分量负、零序电压分量由正、负、零序电由正、负、零序电压分量求三相电压压分量求三相电压EX

6、IT类似地可以定义正序电流分量、负序电流分量、类似地可以定义正序电流分量、负序电流分量、零序电流分量。零序电流分量。EXIT故障后电力系统分成了两个部分：故障后电力系统分成了两个部分：正常部分（占系统的绝大部分），三相正常部分（占系统的绝大部分），三相 对称；对称；故障部分（占的比例很小），三相不对称。故障部分（占的比例很小），三相不对称。3 3 不对称故障后电力系统的特点不对称故障后电力系统的特点EXITEXITaEbEcEffaIfbIfcIfaUfbUfcUEXIT4 各序分量对对称电力系统的作用各序分量对对称电力系统的作用各序分量作用于对称系统的性质：各序分量作用于对称系统的性质： 三

7、相对称的网络注入三相正序电流，节点上 只产生三相正序电压；三相正序电压施加在 三相对称的网络只产生三相正序电流。 三相对称的网络注入三相负序电流，节点上 只产生三相负序电压；三相负序电压施加在 三相对称的网络只产生三相负序电流。 三相对称的网络注入三相零序电流，节点上 只产生三相零序电压；三相零序电压施加在 三相对称的网络只产生三相零序电流。EXIT定理定理 2 正序量作用于对称系统后只产生正序量；负序量作用于对称系统后只产生负序量；零序量作用于对称系统后只产生零序量； 电力系统故障可以采用迭加原理进行分析，即对于三相参数对称（一致）的电力系统，当外加不对称电源时，可以将该电源分解为正序、负序

8、、零序三种分量，分别求解，然后将结果相加即为整个系统的解。EXITEXIT将故障处电压和短路电流分解成三组对称分量，可根据将故障处电压和短路电流分解成三组对称分量，可根据基尔霍夫定律求得基尔霍夫定律求得a相电压平衡关系相电压平衡关系 )zz(IU)zzz(IU)zzz(IUE)(L)(T)(fa)(fa)(L)(T)(G)(fa)(fa)(L)(T)(G)(fa)(faa0000222221111100注意零序电压平衡方程不包含发电机零序电抗。注意零序电压平衡方程不包含发电机零序电抗。为什么？为什么？EXIT同步发电机的负序和零序电抗同步发电机的负序和零序电抗在短路电流计算之前，同步发电机的各

9、种电抗均是正序电抗。在短路电流计算之前，同步发电机的各种电抗均是正序电抗。 不对称短路时，定子电流也包含有基频交流分量和直流分量。不对称短路时，定子电流也包含有基频交流分量和直流分量。 基频交流分量三相不对称，分解为正、负、零序分量。基频交流分量三相不对称，分解为正、负、零序分量。 正序电流正序电流给电机带来的影响与三相短路时相同；属于发电机正序电抗的有：给电机带来的影响与三相短路时相同；属于发电机正序电抗的有：稳态的时候有同步电抗稳态的时候有同步电抗Xd, Xq；暂态过程的；暂态过程的Xd 、Xd 、Xq 零序分量零序分量在三相绕组中产生大小相等在空间上对称彼此的磁场抵消，相位相在三相绕组中

10、产生大小相等在空间上对称彼此的磁场抵消，相位相同的脉动磁场，形成漏磁场；同的脉动磁场，形成漏磁场； 负序电流负序电流与正序电流相反，形成了一个顺时针的旋转磁场（正序电流产生逆与正序电流相反，形成了一个顺时针的旋转磁场（正序电流产生逆时针的旋转磁场）时针的旋转磁场） ，这个顺时针的磁场相对转子（转子是逆时针旋转的）来，这个顺时针的磁场相对转子（转子是逆时针旋转的）来说，就是从转子上看，以说，就是从转子上看，以2倍速在旋转，接着就形成脉振磁场，接着出现谐倍速在旋转，接着就形成脉振磁场，接着出现谐波波 。负序分量负序分量在的结果是在：定子电流将含有无限多的奇次谐波分量，而转在的结果是在：定子电流将含

11、有无限多的奇次谐波分量，而转子电流则含有无限多的偶次谐波分量。这些高次谐波均由定子电流基频负序子电流则含有无限多的偶次谐波分量。这些高次谐波均由定子电流基频负序分量所派生，而后者又与基频正序分量密切相关。在暂态过程中，这些高次分量所派生，而后者又与基频正序分量密切相关。在暂态过程中，这些高次谐波分量和基频正序分量一样衰减，至稳态时仍存在。谐波分量和基频正序分量一样衰减，至稳态时仍存在。定子电流中的直流分量定子电流中的直流分量，在定子电流中含有无限多的偶次谐波分量，而转子，在定子电流中含有无限多的偶次谐波分量，而转子电流中含有无限多的奇次谐波分量。这些高次谐波分量与定子直流分量一样电流中含有无限

12、多的奇次谐波分量。这些高次谐波分量与定子直流分量一样衰减，最后衰减为零。衰减，最后衰减为零。 EXIT发电机负序、零序电抗的定义是加在发电机机端的基频的负序、零序电压发电机负序、零序电抗的定义是加在发电机机端的基频的负序、零序电压与其产生的基频负序、零序电流之比。与其产生的基频负序、零序电流之比。 因为发电机负序旋转磁场与转子转向相反，磁路在随转子转动周期性变换，因为发电机负序旋转磁场与转子转向相反，磁路在随转子转动周期性变换，定子绕组与定子绕组与 d 轴重叠时应相当次暂态电抗轴重叠时应相当次暂态电抗 xd”，定子绕组与，定子绕组与 q轴重叠时应相轴重叠时应相当次暂态电抗当次暂态电抗xq” ，

13、故负序，故负序 电抗一般取电抗一般取 22dqxxx精确的负序电抗与不对称短路的形式有关，计算式也不同，但实际数精确的负序电抗与不对称短路的形式有关，计算式也不同，但实际数值相差不大，一般用上式计算即可。值相差不大，一般用上式计算即可。零序电流若能通过发电机，产生不旋转磁场，零序电抗仅由漏磁通零序电流若能通过发电机，产生不旋转磁场，零序电抗仅由漏磁通引起，其数值在引起，其数值在 范围之内。范围之内。 确定发电机零序电抗时，确定发电机零序电抗时，先要判断发电机中性点的连结方式，判断零序电流是否能够流过发电先要判断发电机中性点的连结方式，判断零序电流是否能够流过发电机。一般发电机中性点不接地，零序

14、电流是不能流过发电机，因机。一般发电机中性点不接地，零序电流是不能流过发电机，因此此 。00.15 0.6dxx0 x EXIT下图为下图为a相三序序网图（各序等值电路图），图相三序序网图（各序等值电路图），图中中f点为故障点，点为故障点，n为各序零电位点。为各序零电位点。和三序电和三序电压平衡方压平衡方程一致程一致)(faU1aE)(z1)(faI1)( n 1)(z2)(faI2)(faU2)(n 2)(z0)(faI0)(faU0)(n 0EXIT三、供电系统元件及各序阻抗序阻抗三、供电系统元件及各序阻抗序阻抗序阻抗的定义：序阻抗的定义：同样结构的对称三相元件或电力系统，其正序、同样结构

15、的对称三相元件或电力系统，其正序、负序和零序的等值电路（序网）和参数存在差别。负序和零序的等值电路（序网）和参数存在差别。是因不同序电流所走路径不同、不同序产生的互是因不同序电流所走路径不同、不同序产生的互感不同等引起。感不同等引起。相序电流相序电压序阻抗aaEXIT1 1、正序阻抗及等值电路、正序阻抗及等值电路正序阻抗即在三相正序电压下工作时的电抗值。正序阻抗即在三相正序电压下工作时的电抗值。实际上是在三相对称短路时所采用的电抗值。实际上是在三相对称短路时所采用的电抗值。)(faU1aE)(z1)(faI1)(n 1EXIT2 2、负序阻抗及等值电路、负序阻抗及等值电路对于静止的三相对称设备

16、，负序电抗等于正序电抗，对于静止的三相对称设备，负序电抗等于正序电抗，如变压器和输电线如变压器和输电线 。对于旋转电机，负序电抗与正。对于旋转电机，负序电抗与正序电抗不同，如发电机和电动机的正序和负序是不序电抗不同，如发电机和电动机的正序和负序是不等的等的 。发电机不产生负序电压！发电机不产生负序电压！)(z2)(faI2)(faU2)(n 2EXIT3、零序阻抗及等值电路、零序阻抗及等值电路发电机不产生零序电压！发电机不产生零序电压！输电线路的零序电抗与线路回路数及有无架空地线输电线路的零序电抗与线路回路数及有无架空地线有关。有关。变压器零序阻抗计算需要考虑中性点是否接地，即变压器零序阻抗计

17、算需要考虑中性点是否接地，即零序电流是否有通路？零序电流是否有通路？)(z0)(faI0)(faU0)(n 0EXIT图311 双绕组变压器计算零序电抗时不同接法示意图 X210XXX 从结构来看，如果变压器的零序磁通可以在铁心中形成回路，即磁阻很小，因而励磁电流很小，在此条件下可以认为， 对于YN d联结法的双绕组变压器，显然也可以认为变压器的零序电抗决定于其绕组接法和结构绕组接法和结构 EXIT图312 不同接线方式情况下变压器的零序等效电路 EXIT四、不对称短路的计算方法四、不对称短路的计算方法 A120ABCUTUA120ABCITIA0A2A1021A0A2A100IIIjXjXjXEUUU 由以上公式加上供电系统发生不对称短路时的初始条件，即可求出在供电系统中发生不对称短路时的短路参数。 EXITEXIT 单相短路故障接口方程单相短路故障接口方程EXITEXITEXITEXITEXITE