短路电流分析与计算

第四章短路电流分析与计算短路的概念:所谓短路，是指电力系统除正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间的“短接”。第一节概述短路的产生原因–电气设备载流部分的绝缘损坏各种形式的过电压（如雷击）绝缘材料的自然老化、脏污、直接机械损伤等没有及时发现和消除设备中的缺陷设计、安装和运行不良所致–运行人员带负荷拉倒闸–线路检修后未拆除地线就加上电压等误操作–鸟兽跨接在裸露的载流部分–风、雪、雹等自然现象短路的种类–三相短路–两相短路–两相接地短路–单相接地短路各种短路的示意图和代表符号如下：短路的现象及后果–伴随短路所发生的基本现象：电流剧烈增加，系统中的电压将急剧下降。–短路所引起的后果：短路点的电弧有可能烧坏电气设备，同时很大的短路电流通过设备会使发热增加，当短路持续时间较长时，可能使设备过热而损坏；很大的短路电流通过导体时，要引起导体间很大的机械应力，如果导体和它们的支架不够坚固，则可能遭到损坏；短路时，系统电压大幅下降，对用户工作影响很大。系统中最主要的负荷异步电动机可能停转，造成产品报废及设备损害；有可能使并列的发电厂失去同步，破坏系统稳定，引起大片地区停电；不对称短路引起的不平衡电流所产生的不平衡磁通，会在邻近的平行线路内（如通信线路或铁道信号系统）感应很大的电动势。这将造成通信的干扰并危及设备和人身的安全。第二节无限大容量电源供电系统三相短路过渡过程分析无限大容量电源这是一个相对的概念。当电源容量足够大时，其等值内阻抗就很小，短路回路中线路、变压器等的等值阻抗比电源内阻抗大得多，电源母线电压变化甚微，这种电源就称为无限大容量电源。无限大电源用表示常数、）、（或SUXZ00三相短路暂态过程分析三相电路对称，可只讨论一相（如A相）。（1）短路前的稳态)sin()sin(tIitUumm2'22')(LLRRUImm'')(arctanRRLL式中Um为电源电压幅值，它恒定不变；Im为短路前电流幅值；φ短路前回路的阻抗角；α短路前瞬间电源电压的初相角。（2）短路后的过渡过程)sin(tUdtdiLRimd它的解为dfdzTtddzmdiiAetIia)sin(22)(LRUImdzmRLdarctan短路前)sin(tIim短路后aTtddzmdAetIi)sin(因为电感电流不能突变，必有)0(_)0(titi即AIIddzmm)sin()sin(从而得到aTtddzmmddzmdeIItIi)]sin()sin([)sin(aTtddzmmddzmdeIItIi)]sin()sin([)sin(3.产生最大短路全电流条件(2)Φd＝π/2，即短路回路近似为纯感性电路；(1)Im＝0，即短路前电路为空载；(3)α＝0，即发生短路瞬间，电压瞬时值恰好为0。将以上条件代入全电流公式，得aTtdzmdzmdeItIi)cos(可见，短路后经过半个周期即出现短路全电流的最大瞬时值。4．短路冲击电流和冲击系数短路冲击电流是指短路电流的最大可能瞬时值。冲击电流dzchTdzmdzmchIKeIIia201.0式中Kch为短路电流冲击系数；Idz为短路电流周期分量有效值。当短路发生在高压电网时，Kch＝1.8，ich＝2.55Idz短路冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定性。5．短路全电流最大有效值它出现在过渡过程的第一个周期。其值为dtiiTITdfdzch201为了简化计算，假设非周期分量的数值在第一个周期内是恒定不变的，等于它在t＝T/2时的瞬时值。则22221212chdzTTdzmdzmchKIeIIIa当Kch＝1.8，Ich＝1.52Idz短路全电流有效值常用来检验电气设备的断流能力或动稳定性。可见，对于无限大电源供电系统，若要求Kch和ich，只要求出周期分量有效值Idz即可。dBdzZUI3式中UB为电源额定电压；ZdΣ为由电源至短路点的总阻抗，也称为短路回路总阻抗。第三节短路回路总阻抗的求取1．计算短路电流基本假设（1）以网络平均电压取代元件的额定电压假定处在同一电压级中的各元件的额定电压都相等，即在数值上取其额定电压的平均值，并把它称为网络平均电压。BBBpjUUUU05.121.1（2）高压电网计及电抗因此dpjdzXUI32.各元件统一基准值电抗标幺值的计算jjjNjNNjjNNjSUSUXZZXX//22这是精确算法。在短路计算中采用近似算法，即认为在同一标称电压电网中的各元件，其额定电压都等于网络平均电压，基准电压也取网络的平均电压。在此条件下，上式可简化为jNjNjSSXX常用的电抗标幺值计算公式见表4－33.具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立用表4－3的公式计算出各元件的电抗标幺值后，无需再考虑用变压器的变比进行归算，直接将其连成等值电路即可。4.短路回路总电抗标幺值的计算(1)绘制计算电路图(2)短路计算点和系统运行方式确定(3)绘制等值电路图(4)等值电路的归并与简化例题图中在d点发生三相短路，请计算短路回路的总电抗标幺值。解：选Sj＝100MVA，Uj＝Upj83.015100125.021XX15.71001005.743XX44.037100154.025X等值电路及其简化过程为5.0246XX415.0217XX4.1355.17658XXXX第四节无限大容量电源供电系统三相短路电流计算有名制法–选定短路点所在电压级作为基本级–将各元件的阻抗用变压器的近似变比归算到基本级–求出电源至短路点的总阻抗–短路周期电流有效值为dpjpjdzXUZUI33取Kch＝1.8，则ich＝2.55Idz，Ich＝1.52Idz在选择断路器时，需要校验它的断路能力，要求计算短路点的短路容量。三相短路容量为：dzpjdIUS3标幺制法若电源至短路点的总电抗的标幺值已经求出，则短路电流周期分量有效制的标幺值为djdjjdpjjdzdzXZXZUXUIII1/1)3/()3/(三相短路容量的标幺值为ddzjdzjjdzpjjddXIIIIUIUSSS133例题图示的无限大容量电源供电系统中，降压变电所低压侧发生三相短路，试计算短路周期电流有效值Idz和短路冲击电流ich，短路全电流最大有效值Ich，短路容量Sd。（取Kch＝1.8）解：（1）用有名制法短路发生在10.5kV侧，所以选10.5kV为基本电压级。线路电抗)(334.01155.104.010021X变压器电抗)(579.0205.101005.10100%2232TNNKSUUXX两台变压器并联的等值电抗为)(289.02579.0224XX短路回路总电抗为)(623.0289.0334.041XXXd短路电流周期分量有效值)(73.9623.035.103kAXUIdpjdz短路冲击电流值)(81.2473.955.255.2kAIidzch短路全电流的最大有效值)(79.1473.952.152.1kAIIdzch短路容量)(9.17673.95.1033MVAIUSdzpjd（2）用标么制法取Sj＝100MVA，Uj＝Upj，计算各元件的电抗标幺值。303.01151001004.02211jjUSXX525.0201001005.10100%32TNjKSSUXX短路回路总电抗标幺值为566.02525.0303.0221XXXd767.1566.011dddzXSI有名值)(72.95.103100767.1kAIIIjdzdz)(79.2472.955.255.2kAIidzch)(77.1472.952.152.1kAIIdzch)(7.176100767.1MVASSSjdd