发电厂变电所电气设备课件3

第三章电力系统的短路第一节短路的一般概念一、短路的原因、类型及后果所谓短路，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。短路是电力系统的严重故障。

1．短路的原因①元件损坏。②气象条件恶化。③人为事故。④其他。2.短路的类型对称短路:三相短路不对称短路:两相短路、两相短路接地和单相接地短路。单相接地短路是事故几率最高的短路形式各种短路的示意图、代表符号和事故几率

3.短路的后果⑴短路故障使短路点附近支路中出现比正常电流大许多倍的短路电流，产生较大的电动效应和热效应，破坏设备。⑵短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。⑶短路会使并列运行的发电机失去同步，破坏系统的稳定，造成系统的解列，出现大面积停电。⑷不对称短路对附近通信线路和无线电波产生电磁干扰。二、短路电流计算的目的与计算假设1.短路电流计算的目的⑴选择有足够机械稳定和热稳定的电器设备；⑵合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数；⑶设计和选择发电厂和电力系统主接线；⑷进行电力系统暂态稳定计算，分析短路对用户的影响；⑸确定输电线路对通信的影响。⒉短路电流计算的基本假设在工程上多采用近似计算法。短路计算的基本假设如下。⑴短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都同相位。⑵负荷只作近似估计，或当做恒定电抗，或当做某种临时附加电源，视具体情况而定。⑶不计磁路饱和。系统各元件的参数都是恒定的，可以应用叠加原理。

⑷对称三相系统。除不对称故障处出现局部不对称以外。实际的电力系统通常都可以当作是对称的。⑸发电、输电、变电和用电的元件均用纯电抗表示。加上所有发电机电势都同相位的条件，这就避免了复数运算。⑹金属性短路。就是不计过渡电阻的影响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。三、实用短路电流计算的流程实用工程短路电流计算的基本流程如下:⑴根据基本假设，采用标么值方法计算已知待计算系统所有设备的电抗标么值；⑵用设备电抗标么值替换设备元件并重新绘制成图，形成短路计算电路图；⑶等值简化网络，简化目标是所有电源到短路点都只有一个等值电抗的最简单等值电路图；

⑷采用无限大容量系统的概念计算现实中电力系统对短路点提供的短路电流；⑸采用发电机供电系统的概念计算发电机对短路点提供的短路电流；⑹叠加不同元件相同时刻的短路电流。第二节标幺值

计算短路电流时常涉及4个电气量，即电压U、电流I、功率S和电抗X.。这4个量之间有欧姆定律和功率方程相联系，即和

因此，4个量中只有2个独立量。通常以U和S作为独立量，并且以其表示I和X，即和

上述4个量可用有名值表示，也可以用标么值表示。为了方便计算，通常在降压网络采用有名值计算方式，在高压系统中采用标么值的计算方法。一、标么值的意义标么值是某些电气量的实际有名值与所选的同单位规定值之比，即

可见，标么值是一个无单位的比值，标么值的符号为各量符号下加标“*”。.二、标么额定值和么标基准值电力系统中每一个元件都有其额定参数，以各元件的额定参数作为规定值的标么值称标幺额定值.。如：

发电机、变压器、电抗器等由产品给出标么额定值，其下角“N”常被省略.

电力系统中各元件的额定值不同，所以标么值也不统一，不便于直接进行电路计算。任意选择统一的基准参数作为规定值，所得的标么值也叫做标么基准值.通常以Sb和Ub为独立基准功率和基准电压在实用计算中，基准功率常取100MVA；基准电压则取各级电压的平均值，如3.15、6.3、10.5、37、115KV等，统一记为Up。标么基准值三、标么值、有名值及百分值之间的换算⒈由标么值计算有名值根据标么值定义，可直接由标么值写出有名值.⒉由电抗标么额定值换算为电抗标么基准值由电抗标么额定值转化成有名值，然后再转换成标么基准值：⒊电抗标么额定值与电抗百分值之间的换算电抗有名值占电抗额定值的百分数称为电抗百分值，故有：四、标么值的特点从标么值的定义和有关概念出发，标么值的特点有:⑴在三相电路中，标么值相量等于线量（选取线电压的规定值是相电压规定值的倍，线电压与相电压的标么值相等）⑵三相功率和单相功率的标么值相同；（选取三相功率的规定值是单相功率规定值的3倍）⑶三相电路的标么值欧姆定律、功率方程与单相电路相同，即：

⑷当电网的电压为额定值时，功率标么值与电流标么值相等，且等于电抗标么值的倒数，即：⑸两个标么基准值相加或相乘，仍得同基准的标么基准值.第三节三相短路电流计算一、电力系统元件电抗的标么基准值计算根据短路计算的基本假设，高压网络的短路电流计算一般只考虑同步发电机、电力变压器、架空线路与电缆线路及电抗器等主要元件的电抗.⒈基准值的设定实用计算中，基准功率常取100MVA，基准电压则取各级电压的平均值，即

Sb=100MVA

Ub=Uav⒉同步电机在三相短路电流实用计算中，同步电机的电抗只计入短路起始瞬间的纵轴次暂态电抗.该电抗是标么额定值，由厂家提供具体数据。有：

⒊变压器⑴双绕组变压器双绕组变压器产品给出电抗电压百分值UK(%)，故有:⑵三绕组变压器各绕组之间的短路电压百分值UKⅠ-Ⅱ（%）、UKⅡ-Ⅲ（%）、UKⅠ-Ⅲ（%）数值由厂家提供，角注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示高压侧、中压侧和低压侧。

三绕组变压器及其等值电路⒋架空线路和电缆线路线路给出的是每千米电抗值X0，在实用计算中通常采用表3-3所给的平均值计算。线路的电抗标幺基准值为:⒌电抗器厂家给出的是电抗器电抗百分值XL(%),则有：二、绘制等值电抗网络并简化网络根据元件电抗标么准值的计算结果，用该元件电抗的标么基准值替换网络中对应元件，绘制成等值电抗电路图，然后对网络进行简化。

简化的原则是等值简化；简化的目标是所有电源到短路点都只有一个等值电抗的最简等值电路图。等值变换的方法有:串联、并联、星一三角转化等三、计算电力系统（无穷大容量系统）提供的短路电流

无穷大容量系统是指在这种电源供电的电路内发生短路时，电源的端电压在短路时恒定不变，即电压的幅值和频率都恒定不变，认为该电源的容量为无穷大、电源的内阻抗为零—无穷大容量系统。

当短路发生在距电源较远的支路上，阻抗远大于系统的阻抗，此时电源电压变动甚微，在实用计算中，认为电源电压恒定不变，这个短路支路所接的系统可认为是无穷大容量系统。

在三相短路中，实际上是包括暂态和稳态两个过程，短路电流将由正常运行时的工作电流，经过一暂态过程，逐步过渡到短路电流的稳态值。无限大容量电力系统供电的三相短路电流曲线公式中第一项为正弦周期分量，幅值恒定；第二项为按指数规律衰减的非周期分量，通常经过4TL（非周期分量时间常数）即0.2s后便已基本衰减完毕，短路的暂态过程即行结束而进入稳定状态。周期分量的有效值由电源电压与短路电路的总阻抗决定，实用短路计算中，通常将电力系统看做无限大容量的理想系统，故可以认为系统电压恒定，即U﹡=1。因此，周期分量的有效值在任何时刻都是相同的，等于稳态短路电流的有效值。电力系统向短路点提供三相短路电流（稳态）的标么基准值为：

（其中Xs*是网络简化完成后，电力系统电源到短路点的等值转移电抗）这样的系统提供的短路电流是恒定的（周期分量的有效值），即：四、计算发电机提供的短路电流实用短路计算中，计算发电机供电电路在三相短路过程中任一时刻的短路电流周期分量，可用运算曲线法。（实际上电力系统发生短路故障时，系统母线电压往往是显著下降的）

在发电机供电的电路中发生三相短路时，短路电流也有周期分量和非周期分量。非周期分量的变化规律与无穷大容量系统供电电路发生短路时相同；由于发电机的电动势与端电压在整个短路的瞬变过程中是随时间变化的，所以周期分量的有效值也随时间变化，这是与无穷大容量系统供电电路发生短路的主要区别。

运算曲线是表示发电机三相短路电流周期分量的有效值的标么额定值与短路回路计算电抗

及短路时间t之间的函数关系，即：五、计算总短路电流将网络中所有电源在某一时刻向短路点提供的短路电流有名值相加，就得到该时刻短路点出现的总短路电流。

总短路电流达到的最大数值，该最大电流称为冲击电流。第四节不对称短路电流的计算一、对称分量法和基本电压方程当三相电路发生不对称短路时，从对称三相电源到短路点的短路回路中将出现三相不对称的短路电流，构成三相不对称系统。通常采用对称分量法进行计算。⒈对称分量法 任何一组不对称三相系统的向量可以分解成相序不同的三组对称的三相分量系统，即正序分量系统、负序分量系统和零序分量系统。以A相为基准相，不对称三相系统用各序分量系统的相量表示如下:

对称分量的性质如下⑴正序分量或负序分量的向量和为零，为对称平衡系统；零序分量向量和一般不为零，属对称不平衡系统.⑵三相系统不平衡的条件也是零序分量存在的条件.⑶三相电路中的相电压向量之和恒为零.故相电压不含零序分量.⑷在中性点不接地或无中线的三相电路中，相电流之和等于零，相电流不含零序分量.⑸在三相四线制中，中性点接地且一相也接地时，三相电流之和等于其零序分量的3倍，并通过中性线或中性点接地。中性线或中性点接地线是零序分量的通道。⒉各序电压基本方程⑴各序参数的性质①不对称短路前的系统是三相对称系统；②不对称短路后其正序、负序、零序三组对称分量系统在短路回路中独立存在，互不干扰；③各序系统独立满足欧姆定律和基尔霍夫定律④正序、负序和零序电流只产生相应的正序、负序和零序电压降.⑵各序分量电流的电压降各序电流通过设备时，作用于相应的阻抗，产生相应的电压降：

⑶各序电压基本方程不对称短路电流的计算是用对称分量法把一个不对称的三相系统分解为三个独立的对称三相系统来进行计算的。分解过程中作如下假设：①各序电流分量在其系统中产生的电抗压降；②发电机的正序综合电势只作用于正序分量系统；③短路点的各相对电源中性点的电压或相对地电压分解为正序、负序和零序电压.根据基尔霍夫电压定律：二、序阻抗和序网络⒈在用对称分量法计算不对称短路电流时，必须知道网络中各元件的正序、负序和零序电抗.⑴正序电抗在计算三相短路电流时所用的各元件电抗就是元件的正序电抗。因为三相短路电流就是正序电流.

⑵负序电抗①静止电器如变压器、电抗器、架空线路及电缆线路等的负序电抗等于正序电抗。②同步电机的负序电抗一般不等于正序电抗。等。同步电机的负序电抗值可由产品目录或手册查出，如缺少这些数据时，也采用下述平均值:

对汽轮发电机和有阻尼绕组的水轮发电机，X2=1.22X1；在实用近似计算中采用X2=X1。⑶零序电抗各元件的零序电抗与元件本身的构造及零序电流通过的路径有关。①同步电机无厂家数据时可取下列平均值.无阻尼绕组的水轮发电机：

X0=0.38X’K有阻尼绕组的水轮发电机：

X0=0.45X”K容量50MVA及以下的汽轮发电机：

X0=0.52X”K②电抗因电抗器各相线圈之间的距离较大，互感较小，故零序电抗主要决定于各相线圈的自感。可近似地等于正序，即X0=X1③架空线路实际近似计算可取以下平均数据单回路架空线路：

X0=(2～3.5)X1

双回中的一回架空线路：

X0=(2～3.5)×1.5X1

④电力电缆对于电压为6~35KV的三芯电缆，可取X0=3.5X1。⑤变压器变压器的零序电抗与绕组的接线组别及变压器的结构形式有关，后者主要是指单相或三相三柱或三相五柱等.

三角形连接的变压器绕组内零序电流成环流，每相绕组具有正序电抗相同的零序电抗，但其引出线上仍无零序电流通道，故引出线上X0=∞。星形连接的变压器绕组，若中性点既未直接接地，又无中线引出，则其绕组和引出线上均不能流过零序电流，即X0=∞。只有绕组为YN接线的一侧具有零序通道，若有零序电压加在此侧，则另一侧绕组必感应出零序电势。如果另一侧绕组也是YN接线，则每相零序通道从一侧引出线经变压器直达另一侧引出线；如果另一侧绕组为D接线，则其感应出的零序电势在三相绕组之间互相短接，而不作用于另一侧引出线。变压器零序电流的等值电路

⒉序网络图各序网络图是各序对称分量独立系统的等值电路图，也是各序电压基本方程的电路表达形式。实质上就是各序对称三相系统的单相电路图。（1）正序网络图正序网络它是从电源经正序总电抗到不对称短路点的单相回路图。（2）负序网络图负序电流通过的电路元件相同，除发电机外各元件的负序电抗也与正序电抗相同。