电气工程基础电力系统的短路电流计算.ppt
《电气工程基础电力系统的短路电流计算.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电气工程基础电力系统的短路电流计算.ppt(90页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第3章 电力系统的短路电流计算 n n3.1 概述概述n n3.2 无限大功率无限大功率电电源三相短路分析源三相短路分析n n3.3 同步同步发电发电机三相短路分析机三相短路分析n n3.4 电电力系力系统统三相短路的三相短路的实实用用计计算算n n3.5 电电力系力系统统不不对对称短路的分析与称短路的分析与计计算算1.3.1 3.1 概述概述vv1.1.1.1.短路的定短路的定短路的定短路的定义义义义:短路就是指相与相相与相相与相相与相或相与地相与地相与地相与地之间发生不正常通路的情况。v2.2.2.2.短路的种短路的种短路的种短路的种类类类类:对称短路不对称短路两相短路(10%)两相接地短
2、路(20%)三相短路(5%)单相接地短路(65%)2.v3.3.3.3.短路的短路的短路的短路的图图图图例及表示符号:例及表示符号:例及表示符号:例及表示符号:代表符号示意图短路种类三相短路两相短路单相短路两相短路接地f(3)f(1,1)f(2)f(1)3.vv4.4.短路的影响:短路的影响:短路的影响:短路的影响:使短路点附近支路的使短路点附近支路的电电流大幅度增加,引起流大幅度增加,引起导导体体发热发热或或变变形;形;系系统电压统电压大幅度下降,造成大幅度下降,造成产产品品报废报废、设备损设备损 坏等后果;坏等后果;短路故障会破坏系短路故障会破坏系统统的的稳稳定运行。定运行。4.vv5.5
3、.减少短路故障危害的方法:减少短路故障危害的方法:减少短路故障危害的方法:减少短路故障危害的方法:采取限制短路采取限制短路电电流的措施,合理流的措施,合理设计电设计电网,网,比如在比如在线线路上安装路上安装电电抗器;抗器;迅速将迅速将发发生短路的部分与系生短路的部分与系统统其他部分隔离开,其他部分隔离开,使无故障部分恢复正常运行,比如装使无故障部分恢复正常运行,比如装设继电设继电保保护护装置;装置;5.vv6.6.短路短路短路短路电电电电流的流的流的流的计计计计算目的:算目的:算目的:算目的:进进行行继电继电保保护设计护设计和整定;和整定;为为了了选择电选择电气气设备设备,校,校验电验电气气设
4、备设备的的热稳热稳定定和和动稳动稳定;定;进进行接行接线线方案的比方案的比较较和和选择选择。6.3.2 3.2 无限大功率无限大功率电电源供源供电电的三相短路的三相短路电电流分析流分析vv无限大功率无限大功率无限大功率无限大功率电电电电源的定源的定源的定源的定义义义义:无论由此电源供电的网络中发生什么扰动,电源的电压幅值和频率均为恒定的电源。v3.2.1 3.2.1 三相短路的三相短路的暂态过暂态过程程端端部部7.短路前:短路前:短路前:短路前:设设设设短路短路短路短路发发发发生在生在生在生在t=0t=0时时时时刻:刻:刻:刻:A A A A相短路的全相短路的全相短路的全相短路的全电电电电流流
5、流流为为为为:8.强强制分制分量、交量、交流分量、流分量、回路回路稳稳态电态电流、流、幅幅值值在在暂态过暂态过程中不程中不变变。-周期分量幅周期分量幅值值-直流分量衰减直流分量衰减时间时间常数常数-短路阻抗角短路阻抗角C C为积为积分常数,由初始条件决定,其分常数,由初始条件决定,其值为值为短路短路电电流直流流直流分量(也称分量(也称为为非周期分量或自由分量)的起始非周期分量或自由分量)的起始值值;自由分量、直流分量、自由分量、直流分量、按指数按指数规规律衰减律衰减为为零。零。9.在在电电感性的感性的电电路中,短路前后路中,短路前后电电流不能突流不能突变变,所以:,所以:短路前瞬短路前瞬间电间
6、电流流短路后瞬短路后瞬间电间电流流从而从而10.3.2.2 3.2.2 短路冲短路冲击电击电流和最大有效流和最大有效值电值电流流1.1.短路冲短路冲击电击电流流分分别为别为A A、B B、C C相短路相短路前瞬前瞬间间的的电电流;流;分分别别为为A A、B B、C C相短路相短路电电流直流分量的起始流直流分量的起始值值;分分别为别为A A、B B、C C相短路相短路电电流交流分量的起始流交流分量的起始值值。11.出出现现最大的短路冲最大的短路冲击电击电流的条件:流的条件:直流直流电电流的初流的初值值越大,越大,暂态过暂态过程中短路冲程中短路冲击电击电流也就越大。流也就越大。直流分量的起始直流分
7、量的起始值值大小与大小与电电源源电压电压的初始角的初始角 及短路前回路中及短路前回路中电电流流值值 及及 角等有关。角等有关。图图3-33-3为为t=0t=0时时刻刻A A相相量相相量图图 :电电源源电压电压;:短路前的:短路前的电电流;流;:短路:短路电电流交流分量;流交流分量;相量在相量在时间轴时间轴t t上的投影上的投影 :短路前:短路前电电流流瞬瞬时值时值;:短路后交流分量瞬:短路后交流分量瞬时值时值;差差值值 为为直流分量的起始直流分量的起始值值;12.若短路前空若短路前空载载 ,短路,短路时电时电源源电电压压正好正好过过零,即零,即 ,且,且电电路路为纯为纯电电感感电电路路时时()
8、,短路瞬),短路瞬时时直直流分量有最大的起始流分量有最大的起始值值,即等于,即等于交流分量的幅交流分量的幅值值。此。此时时A A相的冲相的冲击击电电流最大。流最大。如果改如果改变变 ,使相量差,使相量差 与与时间时间轴轴平行,平行,则则直流分量直流分量 值值最大;若最大;若相量差与相量差与时间轴时间轴垂直,垂直,则则 0 0,自由分量不存在,即,自由分量不存在,即A A相相电电流从一种流从一种稳态稳态直接直接进进入另一种入另一种稳稳态态,没有,没有暂态过暂态过程。程。13.A相冲相冲击电击电流:流:短路短路短路短路电电电电流的最大流的最大流的最大流的最大值约值约值约值约在短路在短路在短路在短路
9、后的后的后的后的T T T T/2/2/2/2时时时时刻出刻出刻出刻出现现现现。在在f=50Hzf=50Hz的情况下,大的情况下,大约为约为0.01s0.01s时时出出现现冲冲击电击电流最大流最大值值。K KM M:冲:冲击击系数,表示冲系数,表示冲击电击电流流为为短路短路电电流交流分量幅流交流分量幅值值的倍数。的倍数。14.冲冲击击系数的系数的变变化范化范围围:f f1 1在在发电发电机端部机端部发发生短路生短路时时,k kM M=1.9=1.9;f f2 2在在发电发电厂高厂高压侧压侧母母线线上短路上短路时时,k kM M=1.85=1.85;f f3 3其他地点短路其他地点短路时时,k
10、kM M=1.8=1.8。f1f2f3电电力系力系统实统实用用计计算中,算中,k kM M的取的取值值:计计算冲算冲击电击电流的作用流的作用:检验电检验电气气设备设备和和载载流流导导体的体的动稳动稳定度。定度。15.2.2.短路短路电电流的最大有效流的最大有效值值 在短路在短路过过程中,任一程中,任一时时刻刻t t的短路的短路电电流的有效流的有效值值是以是以时时刻刻t t为为中心的一个周期中心的一个周期T T内瞬内瞬时电时电流的方均根流的方均根值值,即,即 直流分量直流分量电电流是随流是随时间时间衰减的。在衰减的。在实际实际的的电电力系力系统统中,中,短路短路电电流交流分量的幅流交流分量的幅值
11、值也是随也是随时间时间衰减的。衰减的。为为了了简简化化计计算,忽略交直流分量在周期算,忽略交直流分量在周期T T内的衰减。内的衰减。即即认为认为:直流分量在以:直流分量在以时间时间t t为为中心的一个周期中心的一个周期T T内近似恒内近似恒定不定不变变,因而它在,因而它在时间时间t t的有效的有效值值就等于它在就等于它在该时该时刻的瞬刻的瞬时值时值;对对于交流分量,也于交流分量,也认为认为它在所它在所计计算的周期内幅算的周期内幅值值是是恒定的。恒定的。16.即在即在t t时时刻:刻:短路短路电电流最大有效流最大有效值值的作用的作用:校:校验验断路器的断流能力。断路器的断流能力。最大有效最大有效
12、值电值电流流发发生在短路后生在短路后约约半个周期半个周期时时:17.3.3 同步同步发电发电机突然三相短路的物理机突然三相短路的物理过过程及短路程及短路电电流的分析流的分析 同步同步发电发电机不能看成无限大容量,内部存在机不能看成无限大容量,内部存在暂态过暂态过程,因而不能保持其端程,因而不能保持其端电压电压和和频频率不率不变变。由于由于发电发电机机转转子的子的惯惯量量较较大,在分析短路大,在分析短路电电流流时时近近似地似地认为发电认为发电机机转转子保持同步子保持同步转转速,只考速,只考虑发电虑发电机的机的电电磁磁暂态过暂态过程。程。18.3.3.1 同步同步发电发电机在空机在空载载情况下突然
13、三相短路的物理情况下突然三相短路的物理过过程程 同步同步发电发电机机稳态对稳态对称运行称运行时时,电电枢反枢反应应磁磁动势动势的大的大小固定,在空小固定,在空间间以同步速度旋以同步速度旋转转,由于它与,由于它与转转子没有相子没有相对对运运动动,因而不会在,因而不会在转转子子绕组绕组中感中感应应出出电电流。流。当当发电发电机端部突然三相短路机端部突然三相短路时时,定子,定子电电流在数流在数值值上将上将急急剧变剧变化,由于化,由于电电感回路的感回路的电电流不能突流不能突变变,定子,定子绕组绕组中必中必然有其他然有其他电电流自由分量流自由分量产产生,从而引起生,从而引起电电枢反枢反应应磁通磁通变变化
14、。化。此此变变化又会影响到化又会影响到转转子,在子,在转转子子绕组绕组中感中感应应出出电电流,流,进进一一步影响定子步影响定子电电流的流的变变化。化。19.根据磁根据磁链链守恒原理,定子守恒原理,定子绕组绕组中感中感应电应电流流产产生的磁通生的磁通试图对铰链试图对铰链的的转转子磁通去磁。子磁通去磁。磁磁链链方向的确定方向的确定:定子各定子各绕组轴线绕组轴线的正方向作的正方向作为为各各绕组绕组磁磁链链的正方向,各相的正方向,各相绕组绕组中中正方向正方向电电流流产产生的磁生的磁链链方向与方向与绕组绕组轴线轴线的正方向相反,即的正方向相反,即定子定子定子定子绕组绕组绕组绕组中中中中正正正正电电电电流
15、流流流产产产产生生生生负负负负磁通。磁通。磁通。磁通。转转子子绕组绕组中正向中正向电电流流产产生的磁生的磁链链与与轴线轴线的正方向相同,即的正方向相同,即在在在在转转转转子子子子方面,正方面,正方面,正方面,正电电电电流流流流产产产产生正磁通。生正磁通。生正磁通。生正磁通。图图3-53-5为为凸极同步凸极同步发电发电机的示意机的示意图图。转转子逆子逆时针时针旋旋转为转为正方正方向,向,q q轴轴超前超前d d轴轴90900 0。励磁。励磁绕组绕组ffff的的轴线轴线与与d d轴轴重合。阻尼重合。阻尼绕组绕组用两个互相正交的短接用两个互相正交的短接绕组绕组等效,等效,轴线轴线与与d d轴轴重合的
16、称重合的称为为DDDD阻尼阻尼绕组绕组,轴线轴线与与q q轴轴重合的称重合的称为为QQQQ阻尼阻尼绕组绕组。20.1.1.定子回路短路定子回路短路电电流流当当t=0时时,定子,定子绕组发绕组发生三相短路,磁生三相短路,磁链链瞬瞬时值为时值为:设设短路前短路前发电发电机机处处于空于空载载状状态态,此,此时时没有没有电电枢反枢反应应,设设 为转为转子子d d轴轴与与A A相相绕组轴线绕组轴线的初始的初始夹夹角,角,则则有:有:主主磁磁通通铰铰链链的的磁磁链链21.定子定子绕组发绕组发生短路后瞬生短路后瞬间间,定子三相,定子三相绕组绕组中感中感应应出的出的自由自由电电流分量流分量产产生的磁生的磁链应
17、满链应满足:足:把短路前后的磁把短路前后的磁链链代入上式:代入上式:感应出的自由电流分量产生的磁链主磁链铰链的磁链t=0时主磁链铰链的磁链 根据磁根据磁根据磁根据磁链链链链守恒定律,任何一个守恒定律,任何一个守恒定律,任何一个守恒定律,任何一个闭闭闭闭合的超合的超合的超合的超导导导导体体体体线线线线圈(不圈(不圈(不圈(不考考考考虑发电虑发电虑发电虑发电机机机机电电电电阻),它的磁阻),它的磁阻),它的磁阻),它的磁链应链应链应链应保持不保持不保持不保持不变变变变。22.根据根据规规定定子定定子电电流的正方向与磁流的正方向与磁链链正方向相反,定正方向相反,定子三相短路子三相短路电电流流为为 定
18、子定子定子定子绕组绕组绕组绕组中的直流分量中的直流分量中的直流分量中的直流分量在空在空间间形成恒定的磁形成恒定的磁动势动势。当。当转转子旋子旋转时转时,由于,由于纵轴纵轴和横和横轴轴磁阻不同,每磁阻不同,每转过转过1801800 0(频频率率为为基基频频的的2 2倍),主磁路磁阻交倍),主磁路磁阻交变变一次。要真正一次。要真正维维持定子持定子绕组绕组的磁的磁链链不不变变,只有在,只有在这这个恒定的磁个恒定的磁势势上增加一个适上增加一个适应应磁阻磁阻变变化的、具有化的、具有2 2倍同步倍同步频频率的交率的交变变分量才可能得到。因分量才可能得到。因此在定子的三相短路此在定子的三相短路电电流中,流中
19、,还应还应有有2 2 2 2倍同步倍同步倍同步倍同步频频频频率的率的率的率的电电电电流流流流。2 2倍倍频频率率电电流的幅流的幅值值取决于取决于纵轴纵轴和横和横轴轴磁阻之差,其磁阻之差,其值值一般一般不大。不大。23.2.2.励磁回路励磁回路电电流分量流分量A A、定子突然短路后,在定子、定子突然短路后,在定子绕组绕组上上产产生交流基波分生交流基波分量量电电流,流,产产生的磁生的磁动势动势与与转转子同步子同步转转速,速,产产生的生的电电枢枢反反应应磁通要穿磁通要穿过转过转子主磁路,子主磁路,为为保持励磁磁保持励磁磁链链不不变变,励磁励磁绕组绕组中出中出现现一个与励磁一个与励磁电电流同方向的直流
20、流同方向的直流电电流,流,用于抵消用于抵消电电枢反枢反应应磁磁链链。B B、定子、定子电电流中的直流分量所流中的直流分量所产产生的在空生的在空间间静止的磁静止的磁场场,使使转转子励磁子励磁绕组绕组中中产产生一个同步生一个同步频频率的交率的交变变磁磁链链,即在,即在励磁励磁绕组绕组中感生出一个同步中感生出一个同步频频率的交流分量。率的交流分量。C C、定子、定子电电流中的流中的2 2倍倍频频分量所分量所产产生的生的2 2倍同步速空倍同步速空间间磁磁场场,也使,也使转转子励磁子励磁绕组绕组中中产产生一个同步生一个同步频频率的交率的交变变磁磁链链,即在励磁即在励磁绕组绕组中感生出一个同步中感生出一个
21、同步频频率的交流分量。率的交流分量。24.定子回路的直流分量和倍定子回路的直流分量和倍定子回路的直流分量和倍定子回路的直流分量和倍频频频频分量与分量与分量与分量与转转转转子回路的基波分量是子回路的基波分量是子回路的基波分量是子回路的基波分量是相互依存和影响的,相互依存和影响的,相互依存和影响的,相互依存和影响的,以相同的以相同的时间时间常数常数T Ta a衰减,衰减,时间时间常数常数取决于定子取决于定子绕组绕组的的电电阻和等阻和等值电值电感。感。对对于于4040120MVA120MVA的水的水轮轮机,机,时间时间常数常数为为0.120.12 0.4s0.4s,容量,容量为为3030165MVA
22、165MVA的汽的汽轮轮机,其机,其值为值为0.140.14 0.4s0.4s。D D、同理,定子、同理,定子侧电侧电枢反枢反应应磁磁链链也使也使转转子阻尼子阻尼绕组绕组中感中感应应出出电电流,直流,直轴轴阻尼阻尼绕组绕组中感中感应应出直流和基波交流分出直流和基波交流分量,假定定子回路量,假定定子回路电电阻阻为为零,零,电电枢反枢反应应只有直只有直轴轴,在,在直直轴轴阻尼阻尼绕组绕组中感中感应应出基波交流分量。出基波交流分量。定子回路短路定子回路短路定子回路短路定子回路短路电电电电流的交流基波分量和流的交流基波分量和流的交流基波分量和流的交流基波分量和转转转转子回路的直流自由子回路的直流自由子
23、回路的直流自由子回路的直流自由分量是以相同的分量是以相同的分量是以相同的分量是以相同的时间时间时间时间常数衰减的常数衰减的常数衰减的常数衰减的,时间时间常数常数 主要取决于主要取决于转转子回路的子回路的电电阻和等阻和等值电值电感。感。对对于容量于容量为为4040120MVA120MVA的水的水轮轮机,机,时间时间常数常数为为1.51.5 3s3s,容量,容量为为3030 165MVA165MVA的汽的汽轮轮机,机,其其值为值为0.80.8 1.6s1.6s。25.3.3.2 3.3.2 无阻尼无阻尼绕组绕组同步同步发电发电机空机空载时载时的突然三相短路的突然三相短路电电流流在在稳态稳态运行运行
24、时时,凸极,凸极电电机在忽略定子机在忽略定子电电阻情况下,阻情况下,电压电压方程方程为为:通常已知的是通常已知的是发电发电机端机端电压电压和定子全和定子全电电流,而空流,而空载电势载电势E Eq q和和I Id d、I Iq q均是末知的(均是末知的(电电枢反枢反应应磁磁动势动势与交与交轴轴的空的空间间相位相位差未知)。要求空差未知)。要求空载电势载电势,必,必须须首先确定首先确定q q轴轴的位置。的位置。E EQ Q为为虚构虚构电动势电动势,其方向在,其方向在q q轴轴上。上。26.若把端若把端电压电压分解成两个分解成两个轴轴向分量:向分量:电压电压方程可改写方程可改写为为:交交轴轴等等值电
25、值电路路直直轴轴等等值电值电路路双反双反应应理理论论27.在在稳态稳态运行运行时时,隐隐极机在忽略定子极机在忽略定子电电阻情阻情况下,况下,电压电压方程方程为为:发电发电机突然短路机突然短路时时,由于,由于暂态过暂态过程中各种分量的程中各种分量的产产生,生,对对应应的的电动势电动势、电电抗均抗均发发生生变变化,不能再通化,不能再通过稳态过稳态方程求方程求暂暂态过态过程中的短路程中的短路电电流。流。若不考若不考虑虑倍倍频频分量,分量,发电发电机定子短路机定子短路电电流中只含有交流基流中只含有交流基波分量和直流分量。在空波分量和直流分量。在空载载短路的情况下,直流分量起始短路的情况下,直流分量起始
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电气工程 基础 电力系统 短路 电流 计算
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。