第六章 电力系统三相短路电流的实用计算

《电力系统分析》（I）HuazhongUniversityofScienceandTechnology主讲教师：陈金富E-mail：[e-mail]2011-2012学年度第一学期2011.10.24—2011.12.282019/8/3电力系统三相短路计算主要是短路电流周期（基频）分量的计算。本章主要内容计算内容包括：（1）起始次暂态电流（短路电流周期分量的起始值）的实用计算；（2）短路冲击电流的计算（系统电势源和负荷提供的冲击电流）；（3）短路发生后不同时刻短路电流周期分量的计算；（1）利用节点阻抗矩阵；（2）利用转移阻抗的概念；（3）近似计算方法第六章电力系统三相短路电流的实用计算基本原理和方法：2019/8/36-1短路电流计算的基本原理和方法6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算第六章电力系统三相短路电流的实用计算6-3短路电流计算曲线及其应用6-4短路电流周期分量的近似计算2019/8/3发电机：电势源支路→电流源支路（含同步调相机）输电线路：PI型等值电路，R，X，B变压器：GT+jBT，RT+jXT，kT一般负荷：恒定阻抗,ZLD.k电动机负荷：电势源支路→电流源支路（同步电动机、感应电动机、以电动机为主的综合负荷，起始次暂态电流计算）1.电力系统节点方程的建立—等值电路的制定6-1短路电流计算的基本原理和方法.LDkz1iiE1iz1iiiI1iz1k.LDkEkYNkIYV.,NiLDkzzYY2019/8/32.利用节点阻抗矩阵计算短路电流—基本原理6-1短路电流计算的基本原理和方法(0)iijjiffjGiiffVZIZIVZIfzf有源网络ZNfIfVf有源网络ZNfIfVfzffIfV+(0)iijjjGiffVZIZI电压正常分量：，电压故障分量：(0)fffffVVZIfffVzI边界条件：(0)ffjjjGVZI(0)fffffVIZz2019/8/32.利用节点阻抗矩阵计算短路电流—基本原理6-1短路电流计算的基本原理和方法fzffIfzf有源网络ZNfIfV(0)fVffZ(0)1fffffVIZz（）故障点电流：(0)(0)(0)2iiiffffiifffiVVZIZZVVz（）节点电压：3pqpqpqkVVIz（）支路电流：pqz1:kpqpqI2019/8/32.利用节点阻抗矩阵计算短路电流—近似计算方法6-1短路电流计算的基本原理和方法11ffffIZz（）故障点电流：(0)21iiiiffffffiVVzZZIZ（）节点电压：3pqpqpqkVVIz（）支路电流：(0)1iV忽略负荷电流的影响，短路前空载，各节点电压：pqz1:kpqpqI2019/8/32.利用节点阻抗矩阵计算短路电流—计算流程图6-1短路电流计算的基本原理和方法11ffffIZz（）21ifffifZVzZ（）3pqpqpqkVVIz（）DataInputYLDU:FaultLocationf1,2,,,ifCalculateiZnfCalculateIiCalculateVpqCalculatIeOutput2019/8/3(1)电势源对短路点的转移阻抗的定义f无源线性网络fIiEiiiziI1E111z1ImEmmmzmIffIiEifizfiI1E11fz1fImEmfmzfmI星网变换:ffiiiGiGfifiifiiIIEzzEIEf转移阻抗的概念:电势源对短路点的转移阻抗3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流:fiiifiIzEfE电势源单独作用时在短路点产生的短路电流2019/8/3iiiiiIEEz电势源单独作用，对网络注入电流：(0)fiVf无源线性网络fiIiEiiiziiI111z1iImmmzmiIf(0)fififiiiiiZVfIzEZ正常状态下，在点产生电压：(0)fififfiffifiifiEfIEZZzVZz点短路电流：ififffiifiZzEIzZ3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流(2)利用节点阻抗矩阵求电势源对短路点的转移阻抗2019/8/3iiiiiIEEz电势源单独作用，对网络注入电流：(0)fiVf无源线性网络fiIiEiiiziiI111z1iImmmzmiIffz(0)fififiiiiiZVfIzEZ正常状态下，在点产生电压：(0)()fififffffifiiffVZZzIEZzz点短路电流：ififfffiifiZzzEZIz3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流(3)经过渡阻抗接地的情况2019/8/3iiiiiIEEz电势源单独作用，对网络注入电流：(0)fiVf无源线性网络fiIiEiiiziiI111z1iImmmzmiIffz(0)mimimiiiiiZVmIzEZ正常状态下，在点产生电压：(0)mimimmiimiVZzmIEzz点入地电流：imiimimimzzzEZI3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流(4)电势源节点间的转移阻抗2019/8/3j无源网络jIiEij无源网络jViIi3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流(5)节点间的转移阻抗和互阻抗的比较ijjiijZiVjI节点间互阻抗节点注入电流与其在节点：产生的电压之比仅对电势源和短路点或电势源节点之间定义才有意义任何一对节点之间均有定义ijijijziEjI节点间转移阻抗节点：施加电势与其在节点产生的短路电流之比2019/8/3算例：计算f点发生三相短路时的短路冲击电流6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算cabG1L-1LD-2T-1T-2LD-3LD-1L-2T-3L-3f6.3kV6.3kV115kV10.5kVbaXT1XGXL1XL2XT2XSCEGcELD1ELD3ELD2ESCfXL3XLD2XLD3XLD12019/8/3发电机：所有电势源同相位输电线路：R=0，X，B=0变压器：GT+jBT=0，RT=0，jXT，kT≈1.01.实用计算的近似简化处理方法6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算简化计算：E，jX,直流计算台；用于短路计算，满足工程要求；2019/8/32.计算条件的建立—发电机和电动机电势源模型6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算发电机模型同步调相机同步电动机异步电动机综合负荷jxIVEjxIIEV0[0][0]0sinEVxI0.130.2x01.051.1EjxIIEV0.20.15x00.8EjxIVEjxIVE()TjxxIVEjxIIEV00.8,0.2ExjxIVEjxIIEV0[0][0]0sinEVxIIEVjxI0[0][0]EVxI01.2,0.2Ex0[0][0]0sinEVxI0[0][0]0sinEVxI2019/8/3算例：计算f点发生三相短路时的短路冲击电流6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算baXT1XGXL1XL2XT2XSCEGcELD1ELD3ELD2ESCfXL3XLD2XLD3XLD1I3LDI（1）制定等值电路，确定计算条件；（2）选取基准值，计算等值电路标幺参数；（3）计算f点发生三相短路时的起始次暂态电流；2019/8/3算例：计算f点发生三相短路时的短路冲击电流6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算baXT1XGXL1XL2XT2XSCEGcELD1ELD3ELD2ESCfXL3XLD2XLD3XLD1I3LDI（4）计算f点发生三相短路时的短路冲击电流(a)验算负荷节点残余电压，判断负荷是否提供短路电流(b)短路冲击电流：22imimimLDLDikIkI2019/8/3算例：计算f点发生三相短路时的短路冲击电流6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算baXT1XGXL1XL2XT2XSCEGcELD1ELD3ELD2ESCfXL3XLD2XLD3XLD1I3LDI异步电动机负荷冲击系数选取原则综合负荷200kW~500kW500kW~1000kW1000kW1.0imLDk1.3~1.5imLDk1.5~1.7imLDk1.7~1.8imLDk2019/8/3算例：计算f点发生三相短路时的短路冲击电流6-2起始次暂态电流和冲击电流的实用计算baXT1XGXL1XL2XT2XSCEGcELD1ELD3ELD2ESCfXL3XLD2XLD3XLD1I3LDI同步发电机、同步调相机、同步电动机冲击系数选取原则机端短路发电厂高压母线其他地点1.9imk1.85imk1.8imk2019/8/31.近似简化处理方法6-4短路电流周期分量的近似计算系统电势源恒定：短路电流周期分量幅值不衰减；选取SB，VB=Vav忽略负荷的影响：ES*=1.0；SfSESXpI**S*S*1pSIEXX*ppBIII有名值：**33avpavpBBpSVIVIISI短路功率：***1BpSSSSIX短路功率标幺值：2019/8/32.根据短路容量估算未知系统内电抗XS6-4短路电流周期分量的近似计算**BKBkSSSI短路功率标幺值：1SBSSXSSIfG1L-1SL-2L-3G2k发电厂2发电厂2系统变电站fXL1XL2XL3kG1EG1XG2EG2XSXSSI=1XG12Ik*BKBI=SSSE1.02019/8/3本章小结HuazhongUniversityofScienceandTechnology短路计算中各元件的模型；利用Z阵计算短路电流的方法和计算流程；节点间转移阻抗的概念；起始次暂态电流的概念和计算；短路冲击电流的计算，负荷提供冲击电流与否的校验和冲击系数的确定；利用短路容量估算未知系统电抗；2019/8/3习题Ex6-5(f2)，6-9HuazhongUniversityofScienceandTechnologyToBeContinuedHuazhongUniversityofScienceandTechnology