试析电力能源系统对称故障

第七章电力系统对称故障分析重点：1）短路的基本概念；2）无穷大电源系统三相短路电流的计算，3）冲击电流及冲击电流出现的条件；4）同步发电机突然三相短路电流分析计算。难点：1）冲击电流出现的条件；2）同步电机常用暂态参数的意义及其应用；3）短路冲击电流、起始次暂态电流、短路电流的最大有效值的计算方法。1§7.1短路的一般概念短路---指一切不正常的相与相之间或者相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。1、短路的原因自然因素：雷击；落物；人为因素：绝缘损坏；误操作；检修运行维护不当。2、短路类型三相短路、两相短路、两相接地短路、单相短路23、短路的危害①

短路电流急剧增加，产生热量使绝缘损坏烧毁设备（热稳定）；产生很大的电动力冲击，使导体变形；造成机械损坏（动稳定）；②电网大面积电压下降；③破坏电力系统的稳定；④不对称短路造成对影响电力系统通讯的干扰。4、短路计算的目的①

选择限制短路电流的方式②

选择电器设备③

整定继电保护装置④

选择主接线方案

3§7.2恒定电势源电路的三相短路分析一、短路的暂态过程分析合闸角t=0发生短路4一、短路的暂态过程分析对a相电路列写微分方程：567恒定电势源电路的三相短路电流的特点短路电流由两部分组成：非周期分量（自由分量）---按指数规律衰减；周期分量（强制分量）---不衰减。周期分量有效值的大小与合闸角大小无关；而非周期分量的大小与与合闸角大小有关。直流分量的起始值越大，短路电流的最大瞬时值越大，其值与短路合闸角、短路前的情况（短路瞬间的电流值iL(0+)=iL(0-)

）有关。8a相出现短路电流最大值的条件：91．冲击电流短路电流在最恶劣短路情况下的最大瞬时值。冲击电流将在短路发生约半个周期时出现。二、短路冲击电流和最大有效电流KM称为冲击系数，即冲击电流值对于交流电流幅值的倍数。102．最大有效值电流有效值：在短路暂态过程中，任一时刻t短路电流有效值I，是以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。非周期分量有效值：

周期分量有效值：短路全电流有效值：11短路电流最大有效值：3、短路功率短路容量等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压的乘积。用标幺值表示为：一个周期内平均值最大的短路电流。即t=0.01s为中心的一个周期内短路电流有效值。12§7.3无阻尼绕组同步电机突然三相短路分析一、突然短路暂态过程的特点冲击电流大；电枢反应磁通发生变化，引起定、转子电流变化---定、转子绕组电流相互影响。二、超导体闭合回路磁链守恒原则原始磁链：加外界磁场，磁链由发电机各绕组均为闭合回路，短路瞬间各绕组交链的磁链保持不变，即电感中的电流不发生突变。13二、无阻尼绕组同步电机突然三相短路

的物理分析1、短路前：发电机处于正常稳态运行状态主磁链随转子绕组旋转切割定子绕组，在定子绕组感应出空载电势：直流14三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路

的物理分析2、短路瞬间假设t=0时发生短路，发电机供电回路的阻抗减小，定子绕组的基频电流要发生变化，最终变为稳态短路电流。定子电流的变化将引起定子绕组磁链的变化。在短路瞬间，为维持定子绕组磁链初值不变，在定子三相绕组中将出现一个直流分量和一个两倍基频的交流，直流分量在空间形成一个附加的静止磁场，抵消定子绕组中磁链的变化。152、短路瞬间转子励磁绕组以同步速旋转切割磁静止磁场，从而感应出一个基频交流分量，产生一个脉动磁场，可分解为两个大小相等方向相反的-

和+旋转磁场。突然短路后，定子电流对转子产生强烈的去磁性电枢反应，为了抵消电枢反应的影响，维持励磁绕组磁链不突变，励磁绕组也要产生一个直流性质的自由分量，相当于增加一部分励磁电流，因而在定子绕组中感应出一个基频电流分量。实际上每个绕组只有一个电流，且符合环路定律不突变。16三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路

的物理分析定子和转子绕组中的各种电流分量及它们之间存在两组对应关系，相互依存。强制分量自由分量定子侧电流稳态短路电流i∞基频交流△i直流、二倍频交流△iap△i2

转子侧电流励磁电流If0自由直流△ifa-基频交流+△if17三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路

的物理分析3、短路瞬间定子绕组中的电流分量基频电流：以抵消转子主磁场的交变磁链；直流和倍频分量：维持定子绕组磁链初始值；4、短路瞬间转子中的电流分量自由直流：维持转子中磁链初始值；基频电流：抵消定子直流和倍频电流的电枢反应★自由分量逐渐衰减到零。18四、无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算1、暂态电抗和暂态电势（若考虑阻尼绕组则称为次暂态）根据磁链平衡关系制订适用于暂态分析等值电路无阻尼绕组电机的磁链平衡方程如下：19无阻尼绕组Park方程的等值电路iqxq+ψq-20漏磁系数

1、暂态电抗和暂态电势从方程中消去，得定义：暂态电势

定义：暂态电抗211、暂态电抗和暂态电势同步发电机的暂态电势正比于磁链，而磁链在短路瞬间不能突变，故在E’q短路瞬间也不突变。★稳态运行时，用暂态电抗和暂态电势表示同步发电机的电压方程和等值电路。221、暂态电抗和暂态电势用暂态参数表示的电势方程写成交流向量的形式：

暂态电抗后电势E’Eq’id’xd’+uq-231、暂态电抗和暂态电势与暂态电势和暂态电抗相应的等值电路和相量图qd同步电机对称稳态运行矢量图E’Ixd’+U-24稳态电势和电抗======暂态电抗和暂态电势无论是凸极机还是隐极机，一般xd’≠xq，为便于工程运算，常用等值隐极机法进行处理，分以下两种方案处理：（1）用电势和电抗作等值电路。

（2）用电势和作等值电路。

暂态电抗后电势假想电势25应用叠加原理分析同步发电机三相短路t=0短路以故障分量为分析重点262、三相短路电流算式电压方程磁链方程27不计阻尼绕组的park方程的等值电路iqxq+ψq-282、三相短路电流算式Eq’id’xd’+ψd-磁链平衡等值电路iqxq+ψq-戴维南定理xaxfxd’xad29磁链方程iqxq+ψq-Eq’id’xd’+ψd-对应短路瞬间磁链的增量方程30略去定子绕组的电阻，求短路电流的初始值：拉氏变换对应短路瞬间的电压增量方程31求短路电流的初始值：拉氏变换法32将正常分量与故障分量相加，得短路电流起始值：周期分量的起始值暂态电流33Reviewa,b,c系统d,q,0系统直流分量和倍频交流分量基频分量基频交流分量直流分量34合闸角d轴与a相绕组轴线的夹角35自由电流的衰减时间常数的计算原则原则1）为了维持绕组磁链不变而产生自由电流，如果该自由电流产生的磁势相对于绕组静止，那么这个电流将按照该绕组的时间常数衰减，同时，与该自由电流相依存的电流也按时间常数衰减。原则2）计算绕组的时间常数，只考虑本绕组的电阻，而忽略其它绕组的电阻。定子绕组的时间常数Ta；转子绕组的时间常数T’d

。36定子绕组的时间常数Ta对于自由分量ia、if

、i2，其中定子中的电流ia起主导作用，三者按此时定子绕组的时间常数衰减，采用标么值时，L=x。取限制直流分量的电抗37转子绕组的时间常数T’d对于自由分量△ifa、i，转子励磁电流起主导作用，二者按此时励磁绕组的时间常数衰减。短接（即定子绕组闭合）励磁绕组自身的时间常数38计及电阻分析短路电流的衰减过程，以定子a相电流为例：（1）当t=0时短路，电流不突变，满足换路定律；（2）短路前空载，39短路前空载情况下，可知：由向量图40§7.4有阻尼绕组同步电机三相短路分析一、突然短路的物理过程与有阻尼绕组电机相比相同之处：定子电流分量：基频分量，直流分量，倍频分量转子电流分量：基频分量，值流分量不同之处：因为存在阻尼绕组，突然短路时，为保持磁链不变，阻尼绕组中会感应直流电流。41一、有阻尼绕组同步电机突然三相短路

的物理分析定子和转子绕组中的各种电流分量及它们之间存在两组对应关系，相互依存。强制分量自由分量定子稳态短路电流i∞基频交流△i’△i”d△i”q

直流、二倍频交流△iap△i2

转子励磁电流If0直流△ifa△iDa△iQa

△if△iD

△iQ-基频交流+42；d轴方向的磁链平衡等值电路二、次暂态电势和次暂态电抗交轴次暂态电势-----不突变43q轴方向的磁链平衡等值电路二、次暂态电势和次暂态电抗直轴次暂态电势-----不突变44§7.4有阻尼绕组同步电机三相短路分析引入次暂态电势和次暂态电抗以后，同步电机的磁链平衡方程可以改写为

当电机处于稳态或忽略变压器电势时，得定子电势方程：

45定子电势方程相量形式与等值电路（a）纵轴向（a）横轴向46§7.4有阻尼绕组同步电机三相短路分析避免按两个轴向制作等值电路和列写方程，采用等值隐极机处理。次暂态电抗后电势47§7.4有阻尼绕组同步电机三相短路分析qd同步电机对称稳态运行矢量图48三、自由电流的衰减时间常数励磁绕组自身的时间常数定子绕组开路，励磁绕组磁链保持为零（短路），D绕组的时间常数横向阻尼绕组组自身的时间常数阻尼绕组的电阻较大49三、自由电流的衰减时间常数

定子绕组的时间常数：d轴励磁绕组和阻尼绕组的时间常数：q轴阻尼绕组的时间常数：50四、三相短路全电流的计算

应用短路瞬间的电压增量方程和叠加原理得短路电流周期分量起始有效值51四、三相短路全电流的计算从Park方程出发，应用拉氏变换和物理概念相结合的方法求解。52几点说明：（1）短路电流由周期分量和非周期分量两部分组成。对同步发电机周期分量的有效值衰减：起始值为，称为起始次暂态电流；阻尼绕组中的电流衰减完毕，进入暂态阶段，称为暂态电流；进入稳态后，周期分量的有效值为，成为稳态短路电流。（2）电抗、电势和时间常数53对于凸极发电机54几点说明：qd同步电机对称稳态运行矢量图55几点说明：（3）距离发电机端口一段距离发生三相短路，只要在表达式中将发电机的电抗加上外部等值电抗进行计算即可。56§7.5电力系统三相短路的实用计算

实用计算的任务：起始次暂态电流的计算（t=0是短路电流周期分量的有效值）冲击电流的计算短路电流最大有效值的计算

实用计算的目的：校验断路器的开断能力、继电保护整定计算，电气设备动稳定和热稳定校验。57§7.5电力系统三相短路的实用计算一、三相短路实用计算的假设1、对发电机（定子）不同周期分量进行计算时，采用不同的模型。☆582、对电网，由于线路和变压器为静止元件，一般不考虑他们的电次暂态过程，其等值电路与稳态相同，且忽略对地并联支路。3、负荷对短路电流的影响很难准确计及。

不计负荷影响：即忽略负荷电流---电网空载，可将所有电源的次暂态电势取为额定电压，即标么值为1，且各电势相位相同。

短路前计及计及负荷影响：求取发电机的次暂态电势：

短路后电网中的负荷可近似用恒定阻抗表示：594、短路瞬间电动机倒送短路电流现象：同步电机和调相机一样可能送出短路电流;在短路点附近且显著供给短路电流的大容量异步电动机的暂态模型：60二、三相短路周期分量起始值或次暂态电流的计算、1、等值法计算正常运行时的次暂态电势；化简网络的各电源对短路点的转移电抗，计算故障点次暂态电流。2、戴文宁定理法

故障点的短路电流等于故障点故障前电压除以故障点向网络看进去的戴维南等值阻抗。---------近似计算Uf0=1，忽略负荷。61叠加原理法计算故障后各节点电压和支路电流：正常运行网络与故障分量网络的叠加。62例1在简单电力系统中，一台发电机向一台同步电动机供电。发电机和电动机的额定功率均为30MW,额定电压均为10.5kV,次暂态电抗均为0.2。以电机的额定值为基准值的线路电抗标么值为0.1。设正常情况下电动机消耗的功率为20MW，功率因数为滞后0.8，端电压为10.2。若在电动机端点发生三相短路，试求短路后瞬时故障点的短路电流以及发电机和电动机支路电流的交流分量。例163例2求：T3一次侧三相短路时的次暂态电流。64小结1、为什么短路后空载电势有突变，而暂态电势和次暂态电势不变？答：短路瞬间绕组磁链守恒近似计算中，认为E”不突变。652、同步发电机的电抗电势和等值电路jXq等值隐极机电路横轴向等值电路jXq纵轴向等值电路jXd☆稳态等值电路及其方程66☆暂态等值电路及其方程E’Ixd’+-Eq’id’xd’+uq-67☆次暂态等值电路及其方程68qd同步电机对称稳态运行矢量图693、发电机端三相短路时定子电流周期分量

有效值的计算70《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如《化妆品监督管理及安全性评价》等。七、标准的结构和主要内容（一）结构：1.范围2.一般术语3.毒理学试验方法术语4.卫生化学检验方法术语5.微生物检验方法术语6.人体安全性和功效性评价术语7.常用原料术语8.缩写