第三章电力系统短路

第3章电力系统短路主要内容：3.1电力系统短路3.2电力系统继电维护3.3电气设备的发热和电动力3.4电气设备选型3.1电力系统短路电力系统运转有三种形状：正常运转形状、非正常运转形状和短路缺点。短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。1短路缘由〔1〕短路的主要缘由是电气设备载流部分绝缘损坏。〔2〕误操作及误接。〔3〕飞禽跨接裸导体。〔4〕其它缘由。3.1电力系统短路2短路后果电力系统发生短路，短路电流数值可达几万安到几十万安。〔1〕产生很大的热量，很高的温度，从而使缺点元件和其它元件损坏。〔2〕产生很大的电动力，该力使导体弯曲变形。〔3〕短路时，电压骤降。〔4〕短路可呵斥停电。〔5〕严重短路要影响电力系统运转的稳定性，呵斥系统瘫痪。〔6〕单相短路时，对附近通讯线路，电子设备产生干扰。3.1电力系统短路3短路方式两相接地短路短路对称短路不对称短路单相短路两相短路单相接地短路单相接中性点短路两相短路两相短路接地三相短路用表示，二相短路表示，单相短路用表示，两相接地短路用表示。只需三相短路，属对称短路。3.1电力系统短路图3-1短路的类型a)三相短路b)两相短路c)单相短路d)单相接中心点短路e)两相接地短路f)两相短路接地选择、检验电气设备，以三相短路计算为主。校验继电器维护安装用两相或单相短路电流。3.2电力系统继电维护3.2.1电力系统继电维护的作用一、电力系统的缺点和不正常运转形状电力系统的缺点：三相短路f(3)、两相短路f(2)、单相短路接地f(1)、两相短路接地f(1,1)、断线、变压器绕组匝间短路、复合缺点等。不正常运转形状：小接地电流系统的单相接地、过负荷、变压器过热、系统振荡、电压升高、频率降低等。3.2.1电力系统继电维护的作用二、发生缺点能够引起的后果1、缺点点经过很大的短路电流和所燃起的电弧，使缺点设备烧坏；2、系统中设备，在经过短路电流时所产生的热和电动力使设备缩短运用寿命；3、因电压降低，破坏用户任务的稳定性或影响产质量量；破坏系统并列运转的稳定性，产生振荡，甚至使整个系统瓦解。事故：指系统的全部或部分的正常运转遭到破坏，以致呵斥对用户的停顿送电、少送电、电能质量变坏到不能允许的程度，甚至毁坏设备等等。事故3.2.1电力系统继电维护的作用三、继电维护安装及其义务继电维护安装：就是指反响电力系统中电气元件发生缺点或不正常运转形状，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动安装。根本义务：1、发生缺点时，自动、迅速、有选择地将缺点元件〔设备〕从电力系统中切除，使非缺点部分继续运转。2、对不正常运转形状，为保证选择性，普通要求维护经过一定的延时，并根据运转维护条件〔如有无经常值班人员〕，而动作于发出信号〔减负荷或跳闸〕，且能与自动重合闸相配合。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成一、继电维护的根本原理继电维护的原理是利用被维护线路或设备缺点前后某些突变的物理量为信息量，当突变量到达一定值时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。1、利用根本电气参数的区别。2、利用内部缺点和外部缺点时被维护元件两侧电流相位〔或功率方向〕的差别。3、对称分量能否出现。4、反响非电气量的维护。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成1、利用根本电气参数的区别发生短路后，利用电流、电压、线路丈量阻抗等的变化，可以构成如下维护。〔1〕电流维护：反映电流的增大而动作。〔2〕低电压维护：反响于电压的降低而动作。〔3〕间隔维护：反响于短路点到维护安装地之间的间隔〔或丈量阻抗的减小〕而动作。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成2、利用内部缺点和外部缺点时被维护元件两侧电流相位〔或功率方向〕的差别。规定电流的正方向是从母线流向线路。正常运转和线路AB外部缺点时，A-B两侧电流的大小相等相位相差180°。当线路AB内部短路时，A-B两侧电流普通大小相等、相位相等。构成各种差动原理的维护，如纵联差动维护，相差高频维护、方向高频维护等。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成3、对称分量能否出现电气元件在正常运转〔或发生对称短路〕时，负序分量和零序分量为零；在发生不对称短路时，普通负序和零序都较大。因此，根据这些分量的能否存在可以构成零序维护和负序维护。此种维护安装都具有良好的选择性和灵敏性。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成4、反响非电气量的维护反响变压器油箱内部缺点时所产生的气体而构成瓦斯维护；反响于电动机绕组的温度升高而构成过负荷维护等。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成二、继电维护安装的组成

继电维护普通由三个部分组成:丈量部分、逻辑部分和执行部分，其原理构造如以下图所示。丈量被维护元件任务形状的物理量，并和已给的整定值进展比较，从而判别维护能否应该起动。根据丈量部分各输出量的大小，性质，出现的顺序等，使维护安装按一定的逻辑程序任务，最后传到执行部分。根据逻辑部分送的信号，最后完成维护安装所担负的义务。如发出信号，跳闸或不动作等。3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成举例阐明正常形状：一次设备经过的电流为负载电流断路器主、辅触点脱扣器跳闸线圈KA流过的二次电流小于动作值KA不动作其接点不闭合维护不动作。电流互感器电流继电器时间继电器中间继电器3.2.2继电维护的根本原理和维护安装的组成举例阐明短路缺点时：流过一次设备的电流激增KA流过的二次电流大于KA动作值KA接点闭合，KT得电KT触点闭合KM线圈得电，其触点闭合QF的YT线圈得电跳闸切除缺点。3.2.3对继电维护安装的根本要求选择性速动性灵敏性可靠性3.2.3对继电维护安装的根本要求一、选择性(Selectivity)选择性是指维护安装动作时，仅将缺点元件从电力系统中切除，使停电范围尽量减少，以保证系统中的无缺点部分仍能继续平安运转。3.2.3对继电维护安装的根本要求d3点短路：维护6动作，6QF跳闸；假设维护6或6QF拒动，5QF跳闸；d2点短路：维护5动作，5QF跳闸；假设维护5或5QF拒动，维护1和维护3动作于1QF、3QF跳闸；d1点短路：维护1和维护2动作，1QF、2QF跳闸；假设维护2或2QF拒动，维护3动作于3QF跳闸；3.2.3对继电维护安装的根本要求主维护：能有选择性地快速切除全线缺点的保护。后备维护：当缺点线路的主维护或断路器拒动时用以切除缺点的维护。近后备维护：作为本线路主维护的后备维护。远后备维护：作为下一条相邻线路主维护或开关拒跳的后备维护。3.2.3对继电维护安装的根本要求二、速动性〔Speed)速动性是指尽能够快地切除缺点。短路时快速切除缺点，可以减少缺点范围，减轻短路引起的破坏程度，减小对用户任务的影响，提高电力系统的稳定性。3.2.3对继电维护安装的根本要求三、灵敏性(Sensitivity)灵敏性是指对维护范围内发生缺点或不正常运转形状的反响才干。维护安装的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，灵敏系数越大，那么维护的灵敏度就越高，反之就越低。对过量继电器：对欠量继电器：3.2.3对继电维护安装的根本要求四、可靠性(Reliability)可靠性是指在规定的维护范围内发生了属于它应该动作的缺点时，它不应该回绝动作，而在其它不属于它应该动作的情况下，那么不应该误动作。以上四个根本要求之间，有的相辅相成，有的相互制约，需求针对不同的运用条件，分别地进展协调。此四个根本要求是分析研讨继电维护的根底，也是贯穿全课程的一个根本线索。根据被维护元件在电力系统中的位置和作用来确定详细的维护方式，以满足其相应的要求。3.3电气设备的发热和电动力一、运转中的电气设备发热的致因1.载流导体的电阻损耗；2.载流导体周围金属构件处于交变磁场中所产生的磁滞和涡流损耗；3.绝缘资料内部的介质损耗等。上述损耗都会转变成热量使电气设备的温度升高。(即电器元件、设备在任务中都有热损耗。热源—P〔W〕能耗—〔零部件的〕温度升高)3.3电气设备的发热和电动力二、电气设备的允许温度1、电气设备的运转特点发热绝缘老化介质损耗涡流和磁滞损耗电能损耗影响设备正常寿命和任务形状强电场绝缘资料交变磁场铁磁物质电流导体3.3电气设备的发热和电动力2、电气设备的发热类型长期发热－－由正常任务电流引起，可用来确定导体正常任务时的最大允许载流量。特点：电流小，继续时间长，热量的产生与散失将维持一动态平衡，到达一稳定温升，温度不再改动。短〔路〕时发热－－由短路电流引起，可用来确定短路切除以前能够出现的最大温度。特点：电流大且时间短暂，热量几乎全部用于导体温升。3.3电气设备的发热和电动力3、发热的其它概念：热稳定性－－长期任务电流或短路电流经过导体、电器时，实践发热温度不超越各自发热的允许温度，即具有足够热稳定性。允许温度：可接受的最高温度值。允许温升：长期发热的允许温升－－较周围〔计算〕环境温度的温度升高值。短时发热的允许温升－－较短路前的温度升高值，通常与导体长期任务时的最高允许温度相比较。3.3电气设备的发热和电动力三、导体长期发热的计算两种计算思绪：根据θy〔导体长期发热允许温度〕Iy〔允许电流〕； 进而校验，使满足Ig.zd≤Iy根据Ig.zd〔导体最大长期任务电流〕θc〔导体长期发热稳定温度〕； 进而校验，使满足θc≤θy3.3电气设备的发热和电动力1、允许电流Iy确实定对于母线、电缆等均匀导体，其允许电流Iy可查规范截面允许电流表。留意：对应查得的电流的条件为：计算环境温度θ0＝25℃，最高发热允许温度θy＝70℃；故当实践环境温度θ与θ0不一致或敷设条件不同时，需求进展温度校正：3.3电气设备的发热和电动力2、导体长期发热温度θcθc＝θ＋〔θy－θ〕(Ig.zd/Iyθ)θ－－实践环境温度Ig.zd－－最大长期任务电流〔普通思索继续30min以上的最大任务电流〕Iyθ－－校正后的允许电流3.3电气设备的发热和电动力四、导体短路时的发热计算导体必需能接受短路电流的热效应而不致使绝缘资料软化烧坏，也不致使芯线资料的机械强度降低，这种才干即－－导体的短路热稳定性。短路热稳定性的校验思绪： 当导体经过短路电流时的最高发热温度θd≤θdy规定的导体短时发热允许温度，那么以为导体在短路条件下是热稳定的； 否那么是热不稳定的。3.3电气设备的发热和电动力1、短路时发热的计算条件由其短时发热的主要特点而决议:a、视为绝热过程－－短路时间内产生的热量全部用来提高导体本身的温度，即不思索散热；b、短路时导体的物理特性，如比热、电阻率等不能视为常数，而是温度的函数；c、短路电流瞬时值的实践变化规律复杂，应选取短路电流全电流的有效值来进展发热计算。3.3电气设备的发热和电动力2、短路时最高发热温度θd的计算3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力3.3电气设备的发热和电动力五、导体短路时的电动力根本概念载流导体的电动力：载流导体处在磁场中会遭到力的作用，载流导体间也会有力的作用，这种力称为电磁互作用力，即电动力。在电器中，载流导体间、线圈匝间、动静触头间、电弧与铁磁体间等都有电动力的作用。在正常电流下，电动力不致于使电器损坏，但动、静触头间的电动斥力过大会使接触压力减小、接触电阻增大，从而呵斥触头的熔化或熔焊，影响其正常任务。3.3电气设备的发热和电动力在强大短路电流下所构成的电动力，能够使电器发生误动作或使导体机械变形，甚至损坏。电动力常用来验证电气设备的机械强度能否足够。电动力稳定性：简称动稳定性，是指－－当大电流经过电器时，在其产生的电动力作用下，电器有关部件不产生损坏或永久变形的性能；或者说，电器有关部分在电动力作用下不产生损坏或永久变形所能经过的最大电流的才干。以能够的最大冲击电流的峰值表示，也有的以其与额定电流的比值表示。3.3电气设备的发热和电动力电动力的计算：1、两平行圆导体〔实心、空心即圆管形均可〕 α为两导体中心间隔，L为导体长度，d为截面半径； 当d<<α且α<<L时，可不思索电流在导体截面上的分布：3.3电气设备的发热和电动力2、两平行矩形截面导体 截面宽为h，厚为b； α为两导体中心间隔，L导体长度：假设b<<α，那么可用上述式子计算；假设不然，那么须引入截面外形系数－－Kx〔由于此时不能以为导体中的电流集中在几何轴线流过！〕Kx与导体截面尺寸、相互间的间隔有关，当时，Kx≈1，即不需思索截面外形。此外，Kx与纵横边长比值有关： b/h>1时，Kx>1；b/h<1时，Kx<1；b/h=1,Kx=1。3.3电气设备的发热和电动力3、三相母线短路时的电动力短路冲击电流ish产生的电动力最大，故均以ish为准；又由于故以为准；又由于实际证明中间相所受电动力最大；故〔回想：短路冲击电流Ksh－短路电流冲击系数，普通取1～2之间。〕3.3电气设备的发热和电动力4、校验动稳定性a、母线 母线经过时遭到的最大计算应力。b、普通电器为极限经过电流〔或动稳定电流〕，可查。3.4电气设备选型1．按正常任务条件选择额定电压和额定电流〔1〕额定电压和最高任务电压导体和电器所在电网的运转电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额定电压，故所选电气设备允许最高任务电压不得低于所接电网的最高运转电压，即〔3-4-1〕普通电气设备允许的最高任务电压：当额定电压在220kV及以下时为1.15；额定电压为330～500kV时为1.1。而实践电网运转的，普通不超越1.1，因此在选择设备时，普通可按照电气设备的额定电压不低于安装地点电网额定电压的条件选择。3.4电气设备选型〔2〕额定电流电气设备的额定电流是指在额定周围环境温度下，导体和电器的长期允许电流〔或额定电流〕应不小于该回路的最大继续任务电流，即〔3-4-2〕由于发电机、调相机和变压器在电压降低5％时，出力坚持不变，故其相应回路的〔为电机的额定电流〕；母联断路器回路普通可取母线上最大一台发电机或变压器的；母线分段电抗器的应为母线上最大一台发电机跳闸时，保证该段母线负荷所需的电流；出线回路的除思索线路正常负荷电流〔包括线路损耗〕外，还应思索事故时由其它回路转移过来的负荷。3.4电气设备选型〔3〕按当地环境条件校核在选择电器时，还应思索电器安装地点的环境条件，当气温、风速、湿度、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等环境条件超越普通电器运用条件时，应向制造部门提出要求或采取相应的措施。我国目前消费的电气设备，设计时取周围空气温度40℃作为计算值，假设安装地点日最高气温高于＋40℃，但不超越＋60℃，最大延续任务电流应适当降低，设备的额定电流应乘以温度校正系数。3.4电气设备选型温度修正系数：〔3-4-3〕式中——实践环境温度，取最热月平均最高气温，℃；——导体或电气设备正常发热允许最高温度〔当导作用螺栓衔接时为70℃〕；——温度修正系数。当时，每降低1℃允许电流添加0.5％，但总数不得超越20％；当时，每增高1℃允许电流应减少1.8％。3.4电气设备选型2．按短路情况来校验电气设备的动稳定和热稳定〔1〕短路热稳定校验短路电流经过时，导体和电器各部件温度〔或发热效应〕应不超越允许值。热稳定校验应选择两相短路和三相短路中最严重的一种作为计算根据。3.4电气设备选型或〔3-4-4〕式中──规定的电气设备在时间s内的热稳定电流，kA。在指定时间内短路电流不会使电气设备发热超越设备允许的最大短时温度的电流；