第七章短路电流计算

第七章短路电流计算ShortCircuitCurrentCalculation§7-1概述GeneralDescription一、短路的原因、类型及后果Thecause,typeandsequenceofshortcircuit1、短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。2、短路的原因：⑴元件损坏如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路.⑵气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作；大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等.⑶违规操作如运行人员带负荷拉刀闸；线路或设备检修后未拆除接地线就加电压.⑷其他原因如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等.3、三相系统中短路的类型：⑴基本形式:)3(k—三相短路；)2(k—两相短路；)1(k—单相接地短路；)1,1(k—两相接地短路；⑵对称短路：短路后，各相电流、电压仍对称,如三相短路；不对称短路：短路后，各相电流、电压不对称;如两相短路、单相短路和两相接地短路.注:单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少,但后果较严重。4、短路的危害后果随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。（1）电动力效应短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。（2）发热短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。（3）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备.（4）电压大幅下降，对用户影响很大.（5）如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，则可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定，造成大片停电。这是短路故障的最严重后果。（6）不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。二、计算短路电流的目的及有关化简ThepurposeandsomesimplificationofshortcircuitCalculation1、短路计算的目的a、选择电气设备的依据；b、继电保护的设计和整定；c、电气主接线方案的确定；d、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；2、短路计算的简化假设a、不考虑发电机间的摇摆现象，认为所有发电机电势的相位都相同；b、不考虑磁路饱和，认为短路回路各元件的电抗为常数；c、不考虑发电机转子的不对称性，用''''qdEX和来代表。认为fIdI,即认为短路前发电机是空载的；d、不考虑线路对地电容、变压器的励磁支路和高压电网中的电阻，认为等值电路中只有各元件的电抗。§7-2标么值计算方法与短路电流计算步骤Per-unitsystemandtheprocessofshort-circuitcurrentcalculation一、标么制的概念conceptionofper-unitsystem1、标么制per-unitsystem：将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用标么值表示。2、标么值：per-unitvalue与有名值同单位）基准值）实际有名值（任意单位标么值(例如:某发电机的端电压用有名值表示为kV5.10UG,如果用标么值表示,就必须先选定基准值.若选基准值kV5.10UB,则15.105.10UUUBGG;若取基准值kV10UB,则05.1UG;若取基准值kV1UB,则5.10UG.可见:标么值是一个没有量纲的数值,对于同一个有名值,基准值选得不同,其标么值也就不同.因此:说明一个量的标么值时，必须同时说明它的基准值；否则，标么值的意义不明确！3、采用标么制的优点：theadvantageofper-unitsystem（1）易于比较电力系统中各元件的特性和参数；（2）易于判断电气设备的特征和参数的优劣；（3）可以使计算量大大简化。二、基准值的选取theselectionofreferencevalue1、各量的基准值之间应服从：功率方程：UIS3欧姆定律：3UIZ通常选定BBUS,则：BBBUSI3，BB2BBXSUZ2、三相对称系统中，不管是Y接线还是接线，任何一点的线电压（或线电流）的标么值与该点的相电压（或相电流）的标么值相等，且三相总功率的标么值与每相的功率标么值相等。故：采用标么制时，对称三相电路完全可以用单相电路计算。3、说明：通常取100,BBavSMVAUU（1.05avNUU）三、不同基准值的标么值之间的换算conversionamongper-unitvaluesbasedondifferentreferencevalues1、原则：换算前后的物理量的有名值保持不变。步骤：（1）将以原有基准值计算出的标么值还原成有名值（2）计算新基准值下的标么值2、发电机、变压器已知：NNNXUS以及,求：BBBXUS下的,则：有名值：NNNNNSUXXXX2标么值：22BBNNNBBUSSUXXXX3、电抗器有名值：NNNNNIUXXXX3标么值：23BBNNNBBUSIUXXXX四、有变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的计算Per-unitvaluecalculationinanetworkwhichhasdifferentvoltageclassconnectedbytransformers.1、先取某一电压级为基本电压级，并取基本电压级的基准电压BU，将其他电压级下的电抗有名值归算到基本电压级下：X)KK()n(X221其中：（待归算侧）基准侧）UUK(则：归算到基本电压级的某个线段的电抗标么值应为：2BB221B2B221BB*USX)KK(SU)KK(XX)n(X)n(X2、有变压器联系的网络标么值计算的简化条件：avBUU，用avU计算变比，并用avU代替元件的NU则：发电机电抗''dX的标么值NBNdBdSSXX''''变压器%kU的标么值%100KBTTBBNUSXXXS线路中电抗的标么值2BBWLBWLUSXX电抗器%rX的标么值2BBNNrBrUSI3U100%XX其中对线路、电抗器的计算中，BU为元件所在电压等级的平均额定电压证明：取短路点所在电压等级为基本电压级，并取UUB则：2BBN2N)N*(12321B*1USSUX)KKK(X2av4BN2av1)N*(12av3av4av2av3av1av2USSUX)UUUUUU(NBNSSX)*(1NB)N*(224BN22)N*(22av3av4av2av3B*2SSXUSSUX)UUUU(XNBKSS100%Uav22B32av4B32av3av4av2av3B*3USXUSX)UUUU(X则：归算到任一电压级下的电抗标么值相等。五、短路电流计算步骤processofshort-circuitcurrentcalculation1．确定计算条件，画计算电路图1）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。2）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。根据计算目的确定系统运行方式，画相应的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。2．画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。标号与计算图中的应一致。3．网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。⑴.星—角变换公式角—星变换公式23131231121XXXXXXnnnnnnXXXXXX321211223131232122XXXXXXnnnnnnXXXXXX132322323131231323XXXXXXnnnnnnXXXXXX2131331⑵.等值电源归算（1）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；（3）直接连于短路点上的同类型发电机可归并；§7-3供配电系统三相短路电流计算Three-phaseshort-circuitcurrentcalculationinpowersupplyanddistributionsystem一、“无限大”电力系统conceptofinfinitesystem1.定义：系统的容量S∞,系统的内阻抗0Z（0,0xR）.2.“无限大”电力系统的特点：外电路电流变动时，其端口电压不变。3．若系统阻抗不超过短路回路总阻抗的15%，则系统看作“无限大系统”实用计算中，将配电网中的系统母线看作无限大容量系统。等值电源内阻抗123////GGGGZZZZ二、供配电系统三相短路电流计算three-phaseshort-circuitcurrentcalculationinpowersupplyanddistributionsystem1.三相短路电流1）)sin(oumkkwtUdtdiLiR则：tLRoumoumkeZUwtZUi)sin()sin(＝npkpii其中：ou—短路时电源电压相位角(合闸相位角)Rxartgkpi—稳态分量，周期分量npi—暂态分量，非周期分量2）kpi的有效值2mKPKUIIZ2.冲击短路电流shiimpulsecurrent--------短路电流最大瞬时值当2ou时，短路瞬间npi最大，则ki也最大又当0,RxartgRX时，即,2tLRmmkeZUwtZUi)2sin(当sTt01.02时，ki最大。即：)1(201.001.0LRLRmsheZUeZUZUi＝shKPKI2shK冲击系数，aTsheK01.01，21shK一般:高压网中，aT＝0.05S时，则shK＝1.8大容量系统或发电机附近短路时，9.1,1.0shaKT发电厂高压母线；shK=1.85低压网中，,008.0sTa则：shK＝1-1.33、短路电流全电流的有效值近似认为：22npkpktIII则：2)(21aTtKPkteII冲击电流全电流有效值：2)1(21shKPshKII三、“无限大”电源供电的简单电力网三相短路电流计算步骤impulsecurrentvaluecalculationofthree-phaseshort-circuitsuppliedbyinfinitesystem1.取基准值,BBavSUU；2.画出标么值表示的等值电路；3.计算出从短路点到各电源点之间的等值阻抗X；4.计算kpI。（1,3BkpKPKPavUSIIIXXU）5.计算shi，（其中shkpshKIi2）说明：（1）短路电流应还原成有名值；（2）公式BBkpKPUSII3中的BU为短路点所在电压等级平均额定电压avU。四、“短路容量”的概念及用途conceptandusageofshot-circuitcapability1.某一点的短路容量＝该点短路时的短路电流×该点短路前的电压avU有名值：3KavkSUI标么值：313avkKKavBUISIXUI则：KS的大小实际反映了该点短路电流KI的大小，也就反映了该点到恒定电压点之间总电抗的大小。2、可近似取某点的KS＝装于该点的断路器的额定开断容量NOCS§7-4由同步发电机供电的三相短路电流计算Three-phaseshort-circuitcurrentcalculationsuppliedbysynchronousgenerator一、同步发电机发生三相突然短路（无自动励磁调节装置）Three-phaseshort-circuithapp