短路电流计算方法

短路电流计算方法第1页/共126页21、短路电流计算方法第2页/共125页第2页/共126页3短路电流计算主要目的选择导体和电器设备确定送电线路对通信线电磁危险影响电网电厂主接线的比较、选择继电保护等保护设备整定选择的依据验算接地装置的接触电压和跨步电压第3页/共125页第3页/共126页4高低压短路电流计算高压系统短路电流计算低压系统短路电流计算第4页/共125页第4页/共126页5高压系统短路电流计算标么值及基准值选择与计算系统元件电抗标么值的计算三相短路电流计算不对称短路电流计算第5页/共125页第5页/共126页6标么值及基准值选择与计算

高压短路电流计算一般只计及各元件(即发电机、变压器、电抗器、线路等)的电抗，并采用标么值计算，可以使计算得到简化基准容量SJ全网只取一个一般取SJ=100MVA或SJ=1000MVA基准电压UJ每个电压级各取一个一般取用各级的平均电压进行标么值计算要先取基准容量和基准电压，而且要考虑计算的方便网络平均电压网络额定电压下标J

表示“基准”第6页/共125页第6页/共126页7电流基准值和阻抗基准值的计算基准电流基准阻抗当基准容量SJ（MVA）、基准电压UJ（kV）选定后，根据各物理量之间的关系基准电流IJ（kA），与基准阻抗ZJ

（）便可求得第7页/共125页第7页/共126页8采用标么值的一些好处，采用标么值后：当电压等于基准电压时，即电压的标么值等于1时：相电压和线电压的标么值是相等单相功率和三相功率的标么值相等某些物理量还可以用标么值相等的另一些物理量来代替，如当用标么值计算时，正常情况下，全网各处电压均在1左右，便于分析系统运行情况第8页/共125页第8页/共126页9标么值和值之间的关系和变换各元件参数计算第9页/共125页第9页/共126页10有名值标么值发电机参数计算第10页/共125页第10页/共126页11有名值标么值变压器参数计算第11页/共125页第11页/共126页12有名值标么值电抗器参数计算要特别注意，这里的电压不能消去第12页/共125页第12页/共126页13有名值标么值输电线参数计算几何均距第13页/共125页第13页/共126页14三相短路电流周期分量计算无限大电源供给的短路电流有限电源供给的短路电流第14页/共125页第14页/共126页15零秒三相短路电流的周期性分量(对称短路电流初始值—起始次暂态电流)标么值一般称为X分之一法短路电流有名值短路功率有名值短路故障点的等值电抗(标么值)基准电流基准功率基准电压短路电流周期性分量计算教材上的表示法第15页/共125页第15页/共126页16短路电流周期分量的标么值；0秒短路电流周期分量的标么值，称为起始次暂态电流稳态短路电流周期分量的标么值电源对短路点的等值电抗标么值；第16页/共125页第16页/共126页17考虑电阻的影响时上面的计算公式忽略了电阻的影响，如果回路总电阻较大，满足条件：则电阻对短路电流有较大的作用。此时，必须用阻抗的标么值来代替式中的电抗标么值。第17页/共125页第17页/共126页18有限电源供给的短路电流

通常用短路电流计算曲线计算在工程计算中，常利用计算曲线（或称运算曲线）来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期性分量。第18页/共125页第18页/共126页19第19页/共125页第19页/共126页20第20页/共125页第20页/共126页21第21页/共125页第21页/共126页22第22页/共125页第22页/共126页23第23页/共125页第23页/共126页24从运算曲线查出短路电流查出短路电流标么值后，乘以基准电流（在这里，是发电机的额定电流），即得短路电流有名值：运算曲线可查出t时刻短路电流，对于t时刻电流为：第24页/共125页第24页/共126页25三相短路电流

非周期分量计算第25页/共125页第25页/共126页26由于电力系统是由一些具有电感或电容的元件组成，在运行中的这些元件将会储存电磁能量，当电路状态发生突变时（例如短路时）电路中这些元件的电流（对于电感）或电压（对于电容）不能发生突变，因而，为了维持能量的不突然变化，于是在电路中就会产生电流的非周期分量，即电路会有一个从原来状态过渡到一个新的状态的过渡过程。但是，这个非周期分量的电流没有电源的支持，而电路中又有电阻存在，所以，随着时间的推移，这个电流要逐渐衰减，直到新的稳定状态。非周期分量电流产生的原因第26页/共125页第26页/共126页27短路电流非周期分量计算

即周期分量的幅值它是衰减的直流电流正弦交流的角频率衰减时间常数，取决于回路电抗及电阻大小短路电流t秒时刻的非周期分量：起始值有名值单位为秒标么值无单位第27页/共125页第27页/共126页28短路电流非周期分量衰减时间常数，s，当电网频率为50Hz时：有名值，秒标么值，无单位非周期分量衰减时间常数第28页/共125页第28页/共126页29冲击电流和全电流的计算冲击电流全电流第29页/共125页第29页/共126页30周期分量非周期分量全电流（瞬时值）冲击电流非周期分量起始值0.01秒此情况为：空载短路电源电势刚为零的时刻第30页/共125页第30页/共126页31冲击电流及冲击系数0.01秒时，非周期分量的值称为冲击系数它的大小在1到2之间三相短路发生后，短路电流的最大瞬时值称为冲击电流冲击电流出现在短路发生后的大约半个周期(t=0.0ls)当不及周期分量的衰减时第31页/共125页第31页/共126页32短路电流最大有效值第32页/共125页第32页/共126页33短路电流最大有效值考虑了衰减后的非周期分量为当不计周期分量的衰减时短路电流全电流最大有效值这是前面已经说明的冲击系数短路电流全电流最大有效值，也出现在短路发生后的大约半个周期(t=0.0ls)第33页/共125页第33页/共126页34电动机反馈对短路冲击电流的影响感应电动机正常运行时，从系统吸收电能，因而也储存有电磁能量，相对有一个等值电势存在；正常运行时，外施电压高于其电势，电流流入电动机；但是，当离电动机接入点较近的外接电路发生短路时，电动机接入点的电压就有可能低于电动机电势，这时，电动机就会变为一个电源，向外提供短路电流，这时就需要计及电动机反馈对短路冲击电流的影响第34页/共125页第34页/共126页35电动机反馈对短路冲击电流的影响仅当短路点附近所接用电动机额定电流之和大于短路电流的1％时，才予以考虑其反馈电流的影响，即：由异步电动机馈送的短路冲击电流可由下式计算异步电动机起动电流倍数可取为6～7异步电动机的短路电流冲击系数可取1.4～

1.7异步电动机的额定电流第35页/共125页第35页/共126页36计入异步电动机影响后的电流短路冲击电流短路全电流最大有效值由系统送到短路点的短路冲击电流由系统送到短路点的超瞬变（次暂态）短路电流由短路点附近的异步电动机送到短路点的超瞬变（次暂态）短路电流由异步电动机反馈短路冲击电流第36页/共125页第36页/共126页37由短路点附近的异步电动机送到短路点的超瞬变（次暂态）短路电流，kA如果有多台异步电动机异步电动机起动电流倍数可取为6～7如果有多台异步电动机异步电动机的起动电流倍数第37页/共125页第37页/共126页38不对称短路电流计算对称分量法的基本关系序网的构成第38页/共125页第38页/共126页39对称分量法的基本关系不对称短路计算一般采用对称分量法。它的意义是：三相网络内任一组不对称三相相量(电流、电压等)都可以分解成三组对称的分量。即正序分量、负序分量和零序分量。正序分量的三相量大小相等，方向各差120°，相序与对称时的三相相序相同零序分量的的三相量大小相等，相位也相同负序分量的三相量大小相等，方向各差120°，相序与对称时的三相相序相反第39页/共125页第39页/共126页40三序对称分量的独立性在三相对称网络中，由于三相网络内施加任一组对称分量电压（或电流）都只在网络内产生相应的对称分量电流（或电压），此即所谓三相对称网络中对称分量的独立性。因此，可以分别对各序电流电压分布进行计算，然后再用对称分量法进行合成，从而求出实际的短路电流或电压值。第40页/共125页第40页/共126页41序网的构成将三相不对称相量分解为正序(顺序)、负序(逆序)和零序三组对称分量后，要对于不同序的电流电压进行计算，相应的不同序的计算用网络称为序网。正序网络它与前面所述三相短路时的网络和电抗值相同。负序网络它所构成的元件与正序网络完全相同，只需用各元件负序阻抗X2代替正序阻抗X1即可。对于的静止元件(变压器、电抗器、架空线路、电缆线路等)X2=X1

对于旋转电机的负序阻抗X2不等于正序阻抗X1，一般由制造厂提供。零序网络它由元件的零序阻抗所构成第41页/共125页第41页/共126页42零序网络构成零序网络的构成比较复杂，其构成方法是：在短路点加上一组零序电压，然后寻找零序电流通路，如能够有零序电流流过，则该支路包含在零序网络中。这种能够有零序电流流过回路至少在短路点连接的回路中有一个接地中性点时才能形成；若发电机或变压器的中性点经过阻抗接地，则必须将该阻抗增加3倍后再列入零序网络。如果在回路中有变压器，那么零序电流只有在一定条件下才能由变压器一侧感应至另一侧。电抗器的零序阻抗X0=X1第42页/共125页第42页/共126页43低压系统短路电流计算计算特点三相和两相短路电流的计算单相短路(包括单相接地故障)电流的计算低压网络电路元件阻抗的计算第43页/共125页第43页/共126页44计算特点前面介绍的高压系统短路电流计算方法同样适用于低压网络由于低压电网的电源一般来自地区大中型电力系统，配电用的电力变压器的容量又远小于系统的容量，因此，从电气距离来看，短路点可以说离电源很远，于是，短路电流可按远离发电机计算，即可认为按电源为无限大电源容量的网络进行短路计算；即短路电流周期分量不衰减。第44页/共125页第44页/共126页45计算特点由于电压较低，短路回路的电阻影响较大，因此对于低压网络的短路电流计算要计如短路电路各元件的有效电阻，但短路点的电弧电阻、导线连接点、开关设备和电器的接触电阻可忽略不计。由于电路电阻较大，短路电流非周期分量将会很快衰减，因此，计算中一般可以不考虑非周期分量。只有在离配电变压器低压侧很近处，例如低压侧20m以内大截面线路上或低压配电屏内部发生短路时，才需要计算非周期分量。要考虑温度对于导线电阻的影响，即单位线路长度有效电阻将随温度的变化进行修正第45页/共125页第45页/共126页46计算特点低压网络的短路电流计算一般采用有名值计算：电压用伏，电流用千安，功率用千伏安，阻抗用毫欧计算220／380V网络中的三相短路电流时，计算公式中的电压要用计算电压进行计算，计算电压为：计算三相短路电流时：C=1.05计算单相接地故障电流时：C=1.0Un为系统标称电压(线电压)380V。第46页/共125页第46页/共126页47低压网络三相短路电流的计算在220／380V网络中，一般以三相短路电流为最大。低压网络三相起始短路电流周期分量有效值：各元件电阻及电抗电压系数，计算三相短路电流时取1.05：网络标称电压(线电压)，V,在220／380V网络为380V短路电路总阻抗、总电阻、总电抗，mΩ；第47页/共125页第47页/共126页48变压器高压侧系统的电阻、电抗(归算到400V侧)．mΩ；变压器的电阻、电抗(归算到400V侧)．mΩ；变压器低压侧母线段的电阻、电抗，mΩ；配电线路的电阻、电抗，mΩ；短路回路总电阻、总电抗，mΩ；第48页/共125页第48页/共126页49一台变压器供电的低压网络三相短路电流计算电路图第49页/共125页第49页/共126页50当变压器的阻抗与系统的阻抗之比满足以下条件，则可看成无限大电源的短路：对于无限大电源的短路，变压器低压侧短路时的短路电流周期分量不衰减，即系统的阻抗相比之下比较小时：低压系统的短路通常看成无限大电源的短路第50页/共125页第50页/共126页51低压网络两相短路电流与三相短路电流的关系也和高压系统一样，此时，由于低压网络远离发电机，故发电机参数影响很小，故可得：两相短路次暂态电流，它也不衰减：第51页/共125页第51页/共126页52单相短路(包括单相接地故障)电流的计算单相接地故障电流的计算：TN接地系统的低压网络单相接地故障电流线电压有名值短路电路正序、负序、零序电阻，mΩ；短路电路正序、负序、零序电抗，mΩ短路电路正序、负序、零序阻抗，mΩ；C：电压系数，计算单相接地故障电流时取1；第52页/共125页第52页/共126页53短路电路的相保电阻相保电抗相保阻抗短路电路的相线与保护线组成的回路的有关参数简称相保参数第53页/共125页第53页/共126页54变压器的参数，mΩ变压器高压侧系统的参数(归算到400V侧)，mΩ；变压器低压侧母线段的参数，mΩ；配电线路的参数，mΩ；第54页/共125页第54页/共126页55低压网络电路元件阻抗的计算在计算三相短路电流时，元件阻抗指的是元件的相阻抗，即相正序阻抗。因为已经三相系统是对称的，发生三相短路时只有正序分量存在，所以不需要特别提出序阻抗的概念。第55页/共125页第55页/共126页56相保阻抗发生不对称短路时，保护线中将会有电流流过，相保阻抗则是包括相线及保护线在内的阻抗总称。第56页/共125页第56页/共126页57在低压网络中发生不对称短路时，由于短路点离发电机较远，因此可以认为所有元件的负序阻抗等于正序阻抗，即等于相阻抗。发电机（属于旋转元件）的正序阻抗、负序阻抗不相等低压网络中发生不对称短路时，通常认为负序总阻抗等于正序总阻抗第57页/共125页第57页/共126页58低压网络的零序阻抗TN接地系统低压网络的零序阻抗等于相线的零序阻抗与三倍保护线(即PE、PEN线)的零序阻抗之和，即第58页/共125页第58页/共126页59TN接地系统低压网络的相保阻抗与各序阻抗的关系为第59页/共125页第59页/共126页60第60页/共125页第60页/共126页61第61页/共125页第61页/共126页62系统阻抗（高压侧）的计算在计算220／380V网络短路电流时，变压器高压侧系统阻抗需要计入。若已知高压侧系统短路容量，则归算到变压器低压侧的高压系统阻抗为如果不知道其电阻和电抗的确切数值，可以取变压器高压侧系统短路容量，MVA变压器低压侧标称电压，0.38kV电压系数，计算三相短路电流时取1.05归算到变压器低压侧（380V）的高压系统电阻、电抗、阻抗，mΩ.第62页/共125页第62页/共126页63关于高压侧的零序阻抗高压侧的零序阻抗：Dyn和Yyn0连接的配电变压器，当低压侧发生单相短路时，由于低压侧绕组零序电流不能在高压侧流通，高压侧对于零序电流相当于开路状态，故在计算单相接地短路时此阻抗不存在。表8-l-2列出了10(6)/0.4kV配电变压器高压侧系统短路容量与高压侧系统阻抗、相保阻抗(归算到400V)的数值关系。第63页/共125页第63页/共126页64第64页/共125页第64页/共126页6510(6)／0.4kV

三相双绕组配电变压器的阻抗计算配电变压器的正序阻抗与负序阻抗相等：当电阻值较小，允许忽略电阻时第65页/共125页第65页/共126页66配电变压器的零序阻抗与连接情况有关。Yyn0连接的变压器的零序阻抗比正序阻抗大得多，其值由制造厂通过测试提供；Dyn11连接变压器的零序阻抗如没有测试数据时，可取其值等于正序阻抗值。配电变压器的零序阻抗第66页/共125页第66页/共126页67

低压配电线路的阻抗：

线路的零序阻抗和相保阻抗的计算方法第67页/共125页第67页/共126页68

线路相保阻抗的计算单相接地短路电路中任一元件(配电变压器、线路等)的相保阻抗计算公式为第68页/共125页第68页/共126页692、短路电流计算结果的应用(1)、电气主接线比较及选择；

(2)、电器和导体的选择；

(3)、确定中性点接地方式；

(4)、计算软导线的短路摇摆；

(5)、验算接地装置的接触电压和跨步电压；

(6)、选择继电保护装置和整定计算；

(7)、校验导体和电器的动、热稳定。第69页/共125页第69页/共126页70用于设备的选择与校验应用短路电流计算结果对变配电所中断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、成套开关设备、支柱绝缘子、避雷器等设备以及软导线、硬导体等导体的选择；验算接地装置的接触电压和跨步电压；选择继电保护装置和进行整定计算等。第70页/共125页第70页/共126页71影响短路电流的因素及限制短路电流的措施影响短路电流的因素限制短路电流的措施第71页/共125页第71页/共126页72影响短路电流的因素(1)、电源布局及其地理位置，特别是大容量发电厂及发电厂群距受端系统或负荷中心的电气距离；(2)、发电厂的规模、单机容量、接入系统电压等级及主接线方式；(3)、电力网结构(特别是主网架)的紧密程度及不同电压电力网间的耦合程度；(4)、接至枢纽变电所的发电和变电容量，其中性点接地数量和方式对单相短路电流水平影响很大；

(5)、电力系统间互联的强弱及互联方式。第72页/共125页第72页/共126页73限制短路电流的措施当电力网短路电流数值与系统运行和发展不适应时，应采取措施限制短路电流，一般可以从电力网结构、系统运行和设备等方面采取措施：(1)电力网结构方面：在保持合理电网结构的基础上，及时发展高一级电压、电网互联或新建线路时注意减少网络的紧密性，大容量发电厂尽量接入最高一级电压电网，合理选择开闭所的位置及直流联网等，要经过全面技术经济比较后决定。(2)系统运行方面：高一级电压电网形成后及时将低一级电压电网分片运行、多母线分列运行和母线分段运行等。第73页/共125页第73页/共126页74(3)设备方面：结合电力网具体情况，可采用高阻抗变压器、分裂电抗器等常用措施，在高压电网必要时可采用LC谐振式或晶闸管控制式短路电流限制装置。

(4)其他方面：为限制单相短路电流，可采用减少中性点接地变压器数目、变压器中性点经小电抗接地、部分变压器中性点正常不接地，在变压器跳开前使用快速接地开关将中性点接地、发电机变压器组的升压变压器不接地，但要提高变压器和中性点的绝缘水平及限制自耦变压器使用等。第74页/共125页第74页/共126页75题目及解答第75页/共125页第75页/共126页761-1第76页/共125页第76页/共126页77第77页/共125页第77页/共126页781-2第78页/共125页第78页/共126页79第79页/共125页第79页/共126页80这一题与前面相似，只是只求两条支路1-3第80页/共125页第80页/共126页811-4第81页/共125页第81页/共126页82这题的做法是：将其中的两条支路合并成一条后，就变成星形网络，然后按星三角变换处理第82页/共125页第82页/共126页832第83页/共125页第83页/共126页84变压器电抗基准电流起始次暂态电流第84页/共125页第84页/共126页85短路电流最大瞬时值-冲击电流短路电流冲击系数短路功率-短路容量第85页/共125页第85页/共126页863第86页/共125页第86页/共126页87根据提供的短路功率-短路容量计算系统电抗变压器电抗短路功率-短路容量，其标么值与短路电流标么值相同起始次暂态电流第87页/共125页第87页/共126页88如按一般做法，结果相同起始次暂态电流起始次暂态电流标么值电流基准值10KV侧短路电流即d点短路时，在10KV侧的电流值。10KV侧电流基准值如按一般做法，结果相同第88页/共125页第88页/共126页894第89页/共125页第89页/共126页90第90页/共125页第90页/共126页91三绕组变压器参数计算公式，先求出每个绕组的短路电压，在计算其电抗参数电流基准值及起始次暂态电流10KV母线短路第91页/共125页第91页/共126页92短路电流最大瞬时值-冲击电流电流基准值及起始次暂态电流6KV母线短路短路电流最大瞬时值-冲击电流第92页/共125页第92页/共126页93P1275第93页/共125页第93页/共126页94第94页/共125页第94页/共126页95D1点短路D2点短路D2点短路功率D2点短路功率可以这样直接求出，这是标么值计算的优点第95页/共125页第95页/共126页96P128-16第96页/共125页第96页/共126页97第97页/共125页第97页/共126页98这道题目与前面题目一样，只是用有名值计算第98页/共125页第98页/共126页99P129-17第99页/共125页第99页/共126页100第100页/共125页第100页/共126页101短路功率可以这样直接求出，这是标么值计算的优点第101页/共125页第101页/共126页102P129-28第102页/共125页第102页/共126页103第103页/共125页第1