电力工程3-1汇编

1、 第三章 电力系统(din l x tn)的短路电流计算 3-1 概述 短路：电力系统中相与相之间或相与地之间非正常连接。一、短路的原因及其后果(hugu) 短路的原因电气设备及载流导体因绝缘老化，或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路；运行人员违反安全操作规程而误操作，如带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。 共三十四页 短路的后果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；短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、

2、扭曲甚至损坏；短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工作；严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性。不对称短路产生的不平衡磁场(cchng)，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 。共三十四页32022/7/18 二、短路(dunl)的种类对称(duchn)短路：三相短路k（3）不对称短路：单相接地短路k（1）两相接地短路k（1,1）两相短路k（2）图3-1短路的类型a）三相短路 b）两相短路 c）、 d）单相接地短路 e）、f）两相接地短路进行短路电流计算的目的：选择合理的电气接线图选择和校验各种电气设备合理配置继电保护和自动装置共三十四

3、页三、短路(dunl)计算的目的和简化假设 计算短路电流的主要目的为设为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。 简化假设负荷用恒定电抗表示或略去不计；认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算；系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。共三十四页52022/7/183.2 无限容量(rngling)系统三相短路电流计算 无限容量系统(xtng)的概

4、念说明：无限大功率电源是一个相对概念，真正的无限大功率电源是不存在的。 无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系统的容量为 ，内阻抗为零。无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，电源母线上的电压基本不变，即认为它是一个恒压源。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。共三十四页一、三相(sn xin)短路暂态过程分析 短路前共三十四页 设在t = 0秒发生(fshng)三相短路时的微分方程其解为：周期(zhuq)分量ip：非周期分量inp：Ta L / R短路全电流表达式共三十四页短路前后瞬间电感中电流(dinli)不能突变，故有 a相短路

5、(dunl)电流共三十四页92022/7/18图3-5 无限大容量系统三相(sn xin)短路时短路电流的变化曲线共三十四页102022/7/18二、短路冲击(chngj)电流和最大有效值电流1.短路冲击电流在最严重短路情况下，三相(sn xin)短路电流的最大瞬时值称为冲击电流，用ish表示。 由图3-5知，ish发生在短路后约半个周期（0.01s）。其中，短路电流冲击系数。 意味着短路电流非周期分量不衰减当电阻R=0时，当电抗=0时， ，意味着不产生非周期分量共三十四页112022/7/181Ksh 2 因此(ync)在高压电网中短路时，取Ksh=1.8，则 在发电机端部短路时，取Ksh=

6、1.9，则 在低压电网中短路时，取Ksh=1.3，则 2、三相短路冲击(chngj)电流有效值 任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻t为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即 共三十四页122022/7/18为了(wi le)简化Ikt的计算，可假定在计算所取的一个周期内周期分量电流的幅值为常数，而非周期分量电流的数值在该周期内恒定不变且等于该周期中点的瞬时值，因此 当t=0.01s时，Ikt就是短路(dunl)冲击电流有效值Ish。 当Ksh=1.9时， ; 当Ksh=1.3时， 当Ksh=1.8时，共三十四页132022/7/18 3、三相(sn xin)短路稳态电流三相短路稳态

7、电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流，其有效值用 表示。 在无限大容量系统(xtng)中，短路后任何时刻的短路电流周期分量有效值（习惯上用Ik表示）始终不变，所以有 式中，为次暂态短路电流或超瞬变短路电流，它是短路瞬间（t=0s）时三相短路电流周期分量的有效值；为短路后0.2s时三相短路电流周期分量的有效值。共三十四页142022/7/18 4、无限大容量系统短路电流(dinli)和短路容量的计算(1)短路(dunl)电流 (2)短路容量： 或共三十四页152022/7/18例3-1 计算k1点和k2点发生三相(sn xin)短路时的Ik、ish、Ish和Sk 。 利用上式可容易(r

8、ngy)地求出某一点到无限大电源之间的未知电抗值：图3-7 例3-1接线图A母线的短路容量 断路器QF的断流容量 图3-6 求系统等值电抗示意图共三十四页162022/7/18 （1）作等值电路(dinl)如图3-8所示: 图3-8 例3-1的短路(dunl)等值电路图（2）k1点短路： 共三十四页172022/7/18（3）k2点短路(dunl)： 共三十四页182022/7/18例3-2 下图中，已知变压器容量为6.3MVA，Uk%=10.5，变比为35/10.5kV，变电所35kV侧断路器QF的断流(dun li)容量为1000MVA，试求变电所低压侧母线发生三相短路时的短路电流。解：取

9、Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，则共三十四页1. 计算各元件电抗标幺值： 线路：XL*0.450100/11520.151 变压器： XT*(10.5/100)(100/20)0.5252. 电源(dinyun)至短路点的总电抗为 X*XL*XT*0.6763. 无限大功率电源E*U*U/UB115/11514. 短路电流(dinli)周期分量 标么值 If* E* / X*1/0.676 1.4793 有名值 If IBIf* SB /(Uav31/2) / X* 100/(37 31/2) /0.6762.31kA 例3-3 某变压器由无限大功率电源供电，如图所示，当在k点发生三

10、相短路时，试计算短路电流的周期分量，冲击电流及短路功率（取Ksh=1.8）。解 取SB=100MVA, UB=Uav。5. 冲击电流6. 短路容量共三十四页共三十四页第三章 电力系统的短路电流计算3-4 电力系统三相短路的实用(shyng)计算一、应用网络的等值电动势E和电抗X 计算短路电流一个复杂的网络经过等值变换化简后可得到只有一条有源支路E和X 的简单(jindn)形式，短路点的短路电流If= E /X 。在近似计算时，取发电机电动势为1，则E =1，输入阻抗倒数即为短路点短路电流的标幺值。共三十四页例3-3 在图3-15（a）所示的电力系统中，节点f1和f2分别发生了三相短路，试计算短

11、路电流(dinli)和短路冲击电流(dinli)。冲击系数为1.8。共三十四页二、应用各电源对短路点的转移阻抗计算短路电流(dinli)电源和短路点直接相连的电抗称之为电源对短路点的转移电抗。应用各转移电抗求各电源送出的短路电流，短路点总的短路电流即为各电源所提供的短路电流之和。共三十四页例3-4 如图所示的电力系统中，f点发生(fshng)三相短路，求各电源对短路点的转移阻抗，并计算短路电流。共三十四页例3-4 某系统等值电路如图3-13所示，所有电抗和电势均为归算至统一基准值的标幺值。（1）试分别用网络化简法及单位电流法求各电源对短路(dunl)点的转移电抗。（2）若在k点发生三相短路，试

12、求短路点电流的标幺值。解：（1）求转移(zhuny)电抗网络化简法：共三十四页单位(dnwi)电流法：（2）求短路(dunl)电流：令 I3*=1.0，E2=E3=0，则得Ua*=I3*X11*=10.525=0.525I2*=Ua*/X10*=0.525/1.32=0.398Ik*=I2*+I3*=0.398+1.0=1.398 Ek*=Ua*+Ik*X8*=0.525+1.3980.49=1.21电源2及电源3至短路点的转移电抗分别为：共三十四页 应用计算曲线(qxin)法的具体计算步骤：1. 作等值网络：选取网络基准功率和基准电压（一般选取SB=100MVA, UB=Uav），计算网络各

13、元件在统一基准下的标幺值，旋转电机用次暂态电抗，负荷略去不计。2. 进行网络变换：求各等值发电机对短路点的转移电抗Xik。3. 求计算电抗：将各转移电抗按各等值发电机的额定容量归算为计算电抗，即： Xci= Xik SN i / SB4. 求t时刻短路电流周期分量的标幺值：根据各计算电抗和指定时刻t，从相应的计算曲线或对应的数字表格(biog)中查出各等值发电机提供的短路电流周期分量的标幺值对无限大功率系统，取母线电压U=1，则短路电流周期分量为Ipk1/Xk5. 计算短路电流周期分量的有名值共三十四页 合并电源的主要原则是：距短路点电气距离（即相联系的电抗值）大致相等 的同类型发电机可以合并

14、；远离短路点的不同类型发电机可以合并；直接与短路点相连的发电机应单独考虑；无限大功率系统因提供的短路电流周期(zhuq)分量不衰减， 而不必查计算曲线，应单独计算。共三十四页例3-4 图示电力系统在k点发生三相短路，试求： （1）t=0s和t=0.5s的短路电流； （2）短路冲击电流及0.5s时的短路功率。各元件的型号和参数为： 发电机G1、G2为汽轮发电机，每台容量为 31.25MVA，X”d=0.13 发电机G3、G4为水轮发电机，每台容量为 62.5MVA, X”d=0.135 变压器T1、T2每台容量为 31.5MVA,Uk(%)=10.5 变压器T3、T4每台容量为 60MVA，Uk

15、（%）=10.5 母线电抗器为 10kV, 1.5kA, XR%=8 线路L1长50km，0.4/km 线路L2长80km，0.4/km 无限(wxin)大功率系统内电抗X=0共三十四页解：1. 参数(cnsh)计算，作等值网络取SB=100MVA, UB=Uav，各元件电抗的标幺值为：发电机G1，G2： X1=X2= 0.13100/31.250.416变压器T1，T2： X3=X4= 0.105100/31.50.333电抗器R：线路(xinl)L1： X6= 0.450100/11520.151线路L2： X7= 0. 480100/11520.242变压器T3，T4： X8=X9= 0

16、.105100/60 0.75发电机G3，G4： X10=X11= 0.135100/62.5 0.216共三十四页2. 化简网络，求各电源对短路(dunl)点的转移电抗 X12=(X1X3)/20.375 X13=(X8X10)/20.196 作Y-变换，并除去电源(dinyun)间的转移电抗支路 X14=X6X13 X6X13/ X70.469 X15= X6X7 X6X7 / X130.579 各等值发电机对短路点的转移电抗分别为：等值发电机G1, 2：X(1/2)k=X12=0.375等值发电机G3, 4：X(3/4)k=X14=0.469无限大功率系统：Xk=X15=0.579共三十

17、四页3. 求各电源(dinyun)的计算电抗 G1, 2：Xc1= 0.375231.25/1000.234 G3, 4：Xc2= 0.469262.5/1000.5864. 查计算曲线数字表，求短路电流周期分量的标幺值5.计算短路电流(dinli)有名值：共三十四页6计算短路冲击(chngj)电流及0.5s的短路功率冲击电流：短路点在火电厂升压变压器高压侧，G1，2的冲击系数应取Ksh=1.85，其余电源离短路点较远，均可取Ksh=1.8，次暂态电流起始值I”=Ip(t=0)，因此0.5s时的短路(dunl)功率：共三十四页内容摘要第三章 电力系统(xtng)的短路电流计算。短路：电力系统(xtng)中相与相之间或相与地之间非正常连