注册电气工程师-短路电流计算方法供配电

1第八章短路电流计算2提要1短路电流计算方法（掌握）2短路电流计算结果的应用（熟悉）3影响短路电流的因素及限制短路电流的措施（熟悉）31短路电流计算方法4短路电流计算主要目的选择导体和电器设备确定送电线路对通信线电磁危险影响电网电厂主接线的比较、选择继电保护等保护设备整定选择的依据验算接地装置的接触电压和跨步电压5高压系统短路电流计算低压系统短路电流计算6高压系统短路电流计算标么值及基准值选择与计算系统元件电抗标么值的计算三相短路电流计算不对称短路电流计算7标么值及基准值选择与计算NPJUUU05.1高压短路电流计算一般只计及各元件(即发电机、变压器、电抗器、线路等)的电抗，并采用标么值计算，可以使计算得到简化基准容量SJ全网只取一个一般取SJ=100MVA或SJ=1000MVA基准电压UJ每个电压级各取一个一般取用各级的平均电压进行标么值计算要先取基准容量和基准电压，而且要考虑计算的方便网络平均电压网络额定电压下标J表示“基准”230,115,375.10，220,110,3510，8jjJUSI3jjjjJSUIUZ23电流基准值和阻抗基准值的计算基准电流基准阻抗当基准容量SJ（MVA）、基准电压UJ（kV）选定后，根据各物理量之间的关系基准电流IJ（kA），与基准阻抗ZJ（）便可求得9各元件参数标幺值的计算jjJUSI3jUUUjSSSjjjSUIIII32jjjUSXZXX电压电流阻抗、电阻及电阻，它们的基准相同功率：有功功率、无功功率、视在功率的基准相同标么值的意义：电路元件物理量有名值与同一物理量基准值的之比称标么值。jjjjJSUIUZ2310采用标么值的一些好处，采用标么值后：SIIIIIUIUSUUIUUISUISSSjjjjjjjjj33333时当当电压等于基准电压时，即电压的标么值等于1时：相电压和线电压的标么值是相等单相功率和三相功率的标么值相等某些物理量还可以用标么值相等的另一些物理量来代替，如当用标么值计算时，正常情况下，全网各处电压均在1左右，便于分析系统运行情况11标么值和有名值之间的关系和变换基准值有名值标么值基准值标么值有名值各元件参数计算12CosPUXSUXXNNdNNdd/100%100%22CosPSXSSXUSSUXXXXNjdNjdjjNNdjdd/100%100%100%22有名值标么值发电机参数计算13NNTTSUXX2100%NjTjjNNTjTTSSXUSSUXXXX100%100%22有名值标么值变压器参数计算14NNKKIUXX3100%有名值标么值电抗器参数计算23100%jjNNKjkkUSIUXXXX要特别注意，这里的电压不能消去153789.0lg145.0cabcabldddDrDX有名值标么值输电线参数计算2jjljllUSXXXX几何均距16三相短路电流周期分量计算无限大电源供给的短路电流有限电源供给的短路电流17无限大电源供给的短路电流XXEIIIZ1XIIIIjjZjjSIXSS此时，短路电流周期分量不变，都等于短路点的输入阻抗分之一标么值有名值短路功率标么值与短路电流标么值相等IISZ有名值此时，都认为电势E＝1当供电电源为无穷大或计算电抗(以供电电源为基准)Xjs≥3时，不考虑短路电流周期分量的衰减，此时18dddXI1jjdjddUSIIII3ddjdXSS零秒三相短路电流的周期性分量(对称短路电流初始值—起始次暂态电流)标么值一般称为X分之一法短路电流有名值短路功率有名值短路故障点的等值电抗(标么值)基准电流基准功率基准电压短路电流周期性分量计算教材上的表示法19XXEIIIZ1短路电流周期分量的标么值；0秒短路电流周期分量的标么值，称为起始次暂态电流稳态短路电流周期分量的标么值电源对短路点的等值电抗标么值；20考虑电阻的影响时XR3122ZZXRZ上面的计算公式忽略了电阻的影响，如果回路总电阻较大，满足条件：则电阻对短路电流有较大的作用。此时，必须用阻抗的标么值来代替式中的电抗标么值。21有限电源供给的短路电流通常用短路电流计算曲线计算在工程计算中，常利用计算曲线（或称运算曲线）来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期性分量。22有限电源供给的短路电流通常用短路电流计算曲线计算jNjsSSXX计算电抗的意义把归算到发电机额定容量的外接电抗的标么值和发电机纵轴次暂态电抗的标么值之和定义为计算电抗计算方法：先将电源对短路点的等值电抗（）归算到以电源容量为基准的计算电抗XXjsX然后按给定时间值，查相应的发电机运算曲线或查相应的发电机运算曲线数字表，即可得到短路电流周期分量的标么值。I发电机额定容量系统基准容量),(tXfIjs232425262728从运算曲线查出短路电流NIIINztztIII查出短路电流标么值后，乘以基准电流（在这里，是发电机的额定电流），即得短路电流有名值：运算曲线可查出t时刻短路电流，对于t时刻电流为：29运算曲线时注意st445.3jsX从运算曲线查出短路电流时，注意，当：或者即认为周期分量电流不衰减了jsXEI30三相短路电流非周期分量计算31由于电力系统是由一些具有电感或电容的元件组成，在运行中的这些元件将会储存电磁能量，当电路状态发生突变时（例如短路时）电路中这些元件的电流（对于电感）或电压（对于电容）不能发生突变，因而，为了维持能量的不突然变化，于是在电路中就会产生电流的非周期分量，即电路会有一个从原来状态过渡到一个新的状态的过渡过程。但是，这个非周期分量的电流没有电源的支持，而电路中又有电阻存在，所以，随着时间的推移，这个电流要逐渐衰减，直到新的稳定状态。非周期分量电流产生的原因32短路电流非周期分量计算02IifzffTtTtfzfzteIeii02f2RXTf即周期分量的幅值它是衰减的直流电流正弦交流的角频率衰减时间常数，取决于回路电抗及电阻大小短路电流t秒时刻的非周期分量：起始值sRXRXRLRLTf314有名值单位为秒标么值无单位33sRXRXRLRLTf314短路电流非周期分量衰减时间常数，s，当电网频率为50Hz时：RXRXTTTTfjff/1//1有名值，秒标么值，无单位非周期分量衰减时间常数34冲击电流和全电流的计算冲击电流全电流35周期分量非周期分量全电流（瞬时值）冲击电流非周期分量起始值0.01秒此情况为：空载短路电源电势刚为零的时刻36冲击电流及冲击系数fTfzZcheiii01.001.0fTcheK01.0101.001.001.001.02)1(222IKeIeIIeiiichTTTfzZchfff0.01秒时，非周期分量的值称为冲击系数它的大小在1到2之间三相短路发生后，短路电流的最大瞬时值称为冲击电流冲击电流出现在短路发生后的大约半个周期(t=0.0ls)chi当不及周期分量的衰减时37短路电流最大有效值38短路电流最大有效值201.0201.0fzzchIII222)1(21))1(2()(chchchKIKIII)1(2201.001.0chTfzKIeIIf01.0IIIzz考虑了衰减后的非周期分量为当不计周期分量的衰减时短路电流全电流最大有效值fTcheK01.01这是前面已经说明的冲击系数短路电流全电流最大有效值，也出现在短路发生后的大约半个周期(t=0.0ls)39电动机反馈对短路冲击电流的影响感应电动机正常运行时，从系统吸收电能，因而也储存有电磁能量，相对有一个等值电势存在；正常运行时，外施电压高于其电势，电流流入电动机；但是，当离电动机接入点较近的外接电路发生短路时，电动机接入点的电压就有可能低于电动机电势，这时，电动机就会变为一个电源，向外提供短路电流，这时就需要计及电动机反馈对短路冲击电流的影响40电动机反馈对短路冲击电流的影响IIMr01.0KAIKKirMqMMchMch29.0仅当短路点附近所接用电动机额定电流之和大于短路电流的1％时，才予以考虑其反馈电流的影响，即：由异步电动机馈送的短路冲击电流可由下式计算异步电动机起动电流倍数可取为6～7异步电动机的短路电流冲击系数可取1.4～1.7异步电动机的额定电流41KAiiiMchschchKAIKIKIIIMMchsschMsch22])1()1[(2)(计入异步电动机影响后的电流短路冲击电流短路全电流最大有效值由系统送到短路点的短路冲击电流由系统送到短路点的超瞬变（次暂态）短路电流由短路点附近的异步电动机送到短路点的超瞬变（次暂态）短路电流由异步电动机反馈短路冲击电流42rMqMMIKI9.0rMqMMIKI9.0rMrMqMqMPPKK)(由短路点附近的异步电动机送到短路点的超瞬变（次暂态）短路电流，kA如果有多台异步电动机异步电动机起动电流倍数可取为6～7如果有多台异步电动机异步电动机的起动电流倍数43不对称短路电流计算对称分量法的基本关系序网的构成合成阻抗正序电流合成电流44对称分量法的基本关系不对称短路计算一般采用对称分量法。它的意义是：三相网络内任一组不对称三相相量(电流、电压等)都可以分解成三组对称的分量。即正序分量、负序分量和零序分量。正序分量的三相量大小相等，方向各差120°，相序与对称时的三相相序相同零序分量的的三相量大小相等，相位也相同负序分量的三相量大小相等，方向各差120°，相序与对称时的三相相序相反45cbaaaaFFFaaaaFFF111113122021cbaaaaIIIaaaaIII111113122021cbaaaaUUUaaaaUUU11111312202123210120Jeaj232102402Jeaj13a012aa不对称量分解成为序分量：即相分量分解成为序分量算子：不对称电压分解成为序分量：不对称电流分解成为序分量：460212211111aaacbaFFFaaaaFFF0212211111aaacbaIIIaaaaIII0212211111aaacbaUUUaaaaUUU序分量合成为不对称量：即序分量合成成为相分量电流序分量合成相分量电压序分量合成相分量47三序对称分量的独立性在三相对称网络中，由于三相网络内施加任一组对称分量电压（或电流）都只在网络内产生相应的对称分量电流（或电压），此即所谓三相对称网络中对称分量的独立性。因此，可以分别对各序电流电压分布进行计算，然后再用对称分量法进行合成，从而求出实际的短路电流或电压值。48序网的构成将三相不对称相量分解为正序(顺序)、负序(逆序)和零序三组对称分量后，要对于不同序的电流电压进行计算，相应的不同序的计算用网络称为序网。正序网络它与前面所述三相短路时的网络和电抗值相同。负序网络它所构成的元件与正序网络完全相同，只需用各元件负序阻抗X2代替正序阻抗X1即可。对于的静止元件(变压器、电抗器、架空线路、电缆线路等)X2=X1对于旋转电机的负序阻抗X2不等于正序阻抗X1，一般由制造厂提供。零序网络它由元件的零序阻