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文档简介
1、第五章 电力系统三相短路的暂态过程,5.1 短路的一般概念 5.2 恒定电势源电路的三相短路 5.3 同步电机突然短路的物理分析 5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流的计算 5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路电流的计算,5.1 短路的一般概念,一、短路的原因、类型及后果 1、短路:是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。 2、短路的类型 1)三相短路 2)两相短路接地 3)两相短路 4)单相短路 3、短路的后果,5.2 恒定电势源电路的三相短路,一、短路的暂态过程 如图所示系统发生三相短路后,点左半部和右半部仍保 持对称。 右半部: 逐渐衰减至零; 左半部
2、:短路前, 短路后,阻抗值从,5.2 恒定电势源电路的三相短路,对a相电路列写微分方程: 求解可得: 其中: (5-5),5.2 恒定电势源电路的三相短路,短路电流各分量之间的关系也可以用相量图表示,如图5-2所示:,5.2 恒定电势源电路的三相短路,二、短路冲击电流 短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流,以 表示。 短路冲击电流 出现的条件: 1) 有最大可能值; 2) 在 时与时间轴平行。 在电感性电路中,符合上述条件的情况是:电路原来处于空载状态,短路恰好发生在短路周期电流取幅值的时刻。见图5-3。,5.2 恒定电势源电路的三相短路,5.2 恒定电势源电路的三相短路,将 代入(5-6
3、),得 (5-7) 其电流波形如图所示: 由图可见,短路电流的 最大瞬时值在短路发生后 约半个周期出现。由此,冲 击电流的算式为: (5-9),5.2 恒定电势源电路的三相短路,三、短路电流有效值 非周期分量有效值: 短路全电流有效值: 周期分量有效值: 短路电流最大有效值: 四、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,即: 用标幺值表示为:,5.3 同步电机突然三相短路的物理分析,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 二、超导体闭合回路磁链守恒原则 原始磁链 感应 加外界磁场,磁链由 三、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的
4、物理 分析 1、短路前(空载) 有: 定子绕组的总磁链:,5.3 同步电机突然三相短路的物理分析,定子三相绕组的磁链分别为: 如图57(b)所示。 2、短路后 假设t=0时发生短路, 为维持磁链初值 不变, 在定子三相绕组中将出 现电流,其所产的磁链 必须满足:,5.3 同步电机突然三相短路的物理分析,3、短路后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; 直流分量 : 维持磁链初始值; 倍频分量 : 4、短路后转子中的电流分量 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路的电枢反应,5.3 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
5、分量及它们之间互相依存的关系如表5-2所示。,5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算,一、暂态电抗和暂态电势 适用于暂态分析等值电路的制订 无阻尼绕组电机的磁链平衡方程如下: (5-14),5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算,从 方程中消去 ,得: 定义:暂态电势 暂态电抗,5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算,这样,我们便得到下列方程: 暂态电势和暂态电抗相应的等值电路如5-10所示。,5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算,当电势 时,由于 和 ,定子磁链平衡方程变为定子电势方程 (5-18) 这组用暂态参数表示的电势方程写成交流向量的形式 为: (5-19) 或 (
6、5-20),5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算,无论是凸极机还是隐极机,一般都有 ,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。这时,假想电势 表示为: (5-21) (2)用电势 和 作等值电路。如果令 (5-22),5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算,便可将方程(5-20)写成 (5-23) 采用暂态参数时,同步电机的相量图如图5-11所示。,5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,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
7、: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。,5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,二、次暂态电势和次暂态电抗 有阻尼绕组同步电机其等值电路如图5-20所示。,5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,1、纵轴向等值电路 应用戴维南定理可以导出: (5-48) (5-49),5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,式中, 其中, 称为横轴次暂态电势 称为纵轴次暂态电抗,5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,纵轴向的次暂态电势和暂态电抗的等值电路为如图5-21所示:,5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,2、横轴向等值电路 同样,横轴向等值电路也可作同样简化,如图5-22所示:,5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,图中, 称为纵轴次暂态电势 称为横轴次暂态电抗 其具体的表达式为: (5-50) (5-60),5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,式中, 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 (5-52) 当电机处于稳态或忽略变压器电势时, 得定子电势方程如下: (5-53),5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路,上式也可用交流相量的形式写成 (5-54) 或 (5-55) 式中, 称为次暂态电
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