第七章 電力系統(tǒng)故障的基本知識(shí)

1、第七章,電力系統(tǒng)故障的基本知識(shí),及三相短路分析,本章內(nèi)容,?,第一節(jié),電力系統(tǒng)故障的基本知識(shí)；,?,第二節(jié),無(wú)限大容量電源,供電系統(tǒng)的三相,短路分析；,?,第三節(jié),同步發(fā)電機(jī),供電系統(tǒng)的三相短路分,析；,?,第四節(jié),電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算。,第一節(jié),電力系統(tǒng)故障的基本知識(shí),一、故障的分類,電力系統(tǒng),短路故障,1.,三相對(duì)稱短路,2.,單相接地短路,3.,兩相短路,4.,兩相接地短路,1.,斷一相故障,2.,斷兩相故障,電力系統(tǒng),斷線故障,又稱橫,向故障,又稱縱,向故障,屬不對(duì)稱,故障,電力系統(tǒng),的故障,簡(jiǎn)單故障,復(fù)合故障,電力系統(tǒng)中某一處發(fā)生短路,和斷相故障的情況,兩個(gè)以上簡(jiǎn)單故障的組合,

2、電力系統(tǒng),正常運(yùn)行情況以外,的,相與相,之間或,相,與地,之間的連接。,橫向故障,理解,：,正常運(yùn)行之內(nèi)的連接,。,在電力系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時(shí)，相與相或相與地,之間的連接都要通過(guò)用電設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、電,燈等，不連接用電設(shè)備的地方應(yīng)當(dāng)是相互絕緣,的。,二、短路故障,短路種類,示意圖,代表符號(hào),三,相,短,路,f,(3),兩,相,短,路,接,地,f,(1,1),兩,相,短,路,f,(2),單,相,短,路,f,(1),不,對(duì),稱,短,路,對(duì)稱,短路,1,、短路的分類,2,、短路的原因,?,外部原因,雷擊、風(fēng)暴、動(dòng)物,污染,人為誤操作（如檢修后，不拆地線就接電）,?,內(nèi)部原因,絕緣老化,3,、短路的危害

3、,?,電流危害,機(jī)端短路電流：,額定電流的,10,15,倍,：,發(fā)熱,：線路發(fā)熱、短路點(diǎn)電弧發(fā)熱燒毀設(shè)備,電動(dòng)力,：導(dǎo)體變形，損壞設(shè)備,?,電壓危害,電壓降低：,短路相短路點(diǎn),附近電壓降低；,電壓升高：,可能致,其他項(xiàng),電壓升高。,要求設(shè)備有足夠,的熱穩(wěn)定度,要求設(shè)備有足夠,的動(dòng)穩(wěn)定度,?,穩(wěn)定性危害,短路導(dǎo)致能量送出受限發(fā)電機(jī)的輸入功,率和輸出功率不平衡時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)造成,發(fā)電機(jī)失步穩(wěn)定破壞，引起大面積停電。,?,通訊危害,不對(duì)稱接地短路不平衡電流不平衡,磁通通信電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通信干擾,4,、,短路的應(yīng)對(duì),?,快速切除故障（繼電保護(hù)設(shè)備）,?,快速恢復(fù)線路供電（自動(dòng)重合閘）,?,降低短路發(fā)生概

4、率,（規(guī)程、制度）,及時(shí)清理污染，防止誤操作等。,5,、短路計(jì)算的內(nèi)容及意義,內(nèi)容：,?,短路沖擊電流,(,短路后的最大電流瞬時(shí)值,),檢驗(yàn)設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定性,?,最大有效值電流,（短路后電流的最大有效值）,檢驗(yàn)斷路器開斷能力、熱穩(wěn)定性,意義,?,電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ),選擇電氣接線、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的依據(jù),?,配置繼保裝置并整定其參數(shù)的依據(jù),?,限制短路電流措施的依據(jù),電力系統(tǒng),正常運(yùn)行情況以外,的同相之間斷開連接,的故障。縱,向故障,正常運(yùn)行,斷線運(yùn)行（非全相運(yùn)行）,分析,方法,與短,路分,析相,似！,三、斷線故障,第二節(jié),無(wú)限大容量電源,供電系統(tǒng),的,三相短路,分析；,一、短路的一般化理解,電力系

5、統(tǒng)抽象：,G,G,G,電網(wǎng),發(fā)電機(jī),負(fù)荷,一、短路的一般化理解,若系統(tǒng)任意某點(diǎn),f,發(fā)生短路：,f,c,b,a,fa,U,?,fb,U,?,fc,U,?,fb,I,?,fc,I,?,fa,I,?,K,Z,a,Z,b,Z,c,?,三相短路,：,f,點(diǎn)短路可看作在,f,點(diǎn)接一,特殊的,用電設(shè)備：,0,?,?,?,c,b,a,Z,Z,Z,?,兩相（,B,、,C,相）短路,：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,斷開,即，開關(guān),法,負(fù)載采用星形不接地接,K,0,a,c,b,Z,Z,Z,f,G,G,G,f,f,c,b,a,fa,U,?,fb,U,?,fc,U,?,fb,I,?,fc,I,?,fa

6、,I,?,K,Z,a,Z,b,Z,c,f,點(diǎn)短路可看作在,f,點(diǎn)接一特殊用電設(shè)備：,?,兩相（,B,、,C,相）短路接地,：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,閉合,即開關(guān),負(fù)載采用星形接地接法,K,0,a,c,b,Z,Z,Z,?,單相（,A,相）短路：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,閉合,即開關(guān),負(fù)載采用星形接地接法,K,0,a,c,b,Z,Z,Z,即：不同類型的短路，相當(dāng)于在短路點(diǎn)接一各相,阻抗值不同，中心點(diǎn)接地方式不同的三相負(fù)載！,二、無(wú)限大容量電源,定義：,理想交流電源,容量無(wú)限大：頻率恒定,內(nèi)阻抗,0,：,短路前后,電源端口電壓幅值,實(shí)際：,電力系統(tǒng)中的電源為同步發(fā)電機(jī)，并,

7、非理想交流電源。真正的無(wú)限大容量,電源在現(xiàn)實(shí)中不存在。,意義：,對(duì)于無(wú)限大容量電源系統(tǒng)，發(fā)生短路過(guò)程中,，由于電源端口的電壓和頻率保持不變，因此，可忽略,電源內(nèi)部的暫態(tài)過(guò)程。（理想化）,f,G,G,G,f,對(duì)短路而言，短路,點(diǎn)以內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng),可以看作是一個(gè)等,值電源（戴維南等,效）。,實(shí)際系統(tǒng)近似,若：,系統(tǒng)中電源很多，且短路,點(diǎn)距離各個(gè)電源的電氣距離,較,遠(yuǎn),。相當(dāng)于所有電源并聯(lián),向短路點(diǎn)供電。,則：,此時(shí),由短路所引起的送出,功率的變化量,S,遠(yuǎn)小于總電源,的容量,S,，則,可近似認(rèn)為該系統(tǒng),為無(wú)限大容量電源,。,三、無(wú)限大容量電源三相短路,暫態(tài)過(guò)程,分析,（,1,）簡(jiǎn)單無(wú)限大電源供電系統(tǒng)

8、,),sin(,?,?,?,?,t,U,u,m,a,),120,sin(,?,?,?,?,?,?,t,U,u,m,b,),240,sin(,?,?,?,?,?,?,t,U,u,m,c,a,i,三相,電源,三相,線路,三相,負(fù)載,?,實(shí)際短路情況可否等效為如此簡(jiǎn)單的情況？,無(wú)限大容量電源,供電有何特征？,f,G,G,G,f,f,i,a,t,（,2,）短路前,后（穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)）電流分析,前：,),sin(,?,?,?,?,t,U,u,m,a,),120,sin(,?,?,?,?,?,?,t,U,u,m,b,),240,sin(,?,?,?,?,?,?,t,U,u,m,c,),3,(,f,i,a,=,

9、？,i,b,=,？,i,c,=,？,短路,后,穩(wěn)態(tài)電流,短路,前,穩(wěn)態(tài)電流,后：,取其中一相分析：,（,2,）短路前,后（穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)）電流分析,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),240,sin(,),120,sin(,),sin(,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,t,I,i,t,I,i,t,I,i,m,c,m,b,m,a,2,2,2,),(,),(,L,L,R,R,U,I,m,m,?,?,?,?,?,?,?,R,R,L,L,tg,?,?,?,?,?,?,),(,1,?,?,短路,前,穩(wěn)態(tài)：,其中：,短路,后,穩(wěn)態(tài)：,sin(,),sin(,120,

10、),sin(,240,),a,k,b,k,m,c,m,m,k,i,I,t,i,I,t,i,I,t,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,o,o,2,2,2,m,m,U,I,R,L,?,?,?,?,1,k,L,tg,R,?,?,?,?,其中：,;,m,m,k,I,I,?,?,?,?,?,i,a,t,（,3,）穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)過(guò)程分析,前：,短路,后,穩(wěn)態(tài)電流,短路,前,穩(wěn)態(tài)電流,后：,取其中一相分析：,;,m,m,k,I,I,?,?,?,?,?,注意：,導(dǎo)致：,短路前后穩(wěn)態(tài),電流不連續(xù)不可能,直接過(guò)渡，必然存在暫態(tài)過(guò)程。,)

11、,sin(,?,?,?,?,t,U,u,m,a,),120,sin(,?,?,?,?,?,?,t,U,u,m,b,),240,sin(,?,?,?,?,?,?,t,U,u,m,c,),3,(,f,i,a,=,？,i,b,=,？,i,c,=,？,i,a,t,（,3,）穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)過(guò)程分析,前：,后：,取其中一相分析：,結(jié)論：,必然出現(xiàn)一個(gè),感應(yīng)電流,，以使得短路前,后電流保持連續(xù)。,（？感應(yīng)起始值多少，衰減時(shí)間常數(shù)？）,C,直流分量,交流分量,短路后全電流,I,短路后電流的數(shù)學(xué)分析,：,因三相對(duì)稱，取,A,相分析：,R,L,),sin(,?,?,?,?,t,U,u,m,a,L,R,t,=,t,

12、0,利用微分方程定義瞬態(tài)：,i,a,=,？,dt,d,),sin(,a,a,m,i,L,Ri,t,U,?,?,?,?,?,該式描述了電流隨時(shí)間的變化關(guān)系。,求解該微分方程，可得：,全電流表達(dá)式,：,a,T,t,k,m,a,Ce,t,I,i,?,?,?,?,?,),sin(,?,?,?,?,其中：,特解,：,2,2,),(,L,R,U,I,m,m,?,?,?,?,),(,R,L,arctg,k,?,?,?,),sin(,k,m,a,t,I,i,?,?,?,?,?,?,?,?,通解,：,強(qiáng)制分量,(,交流分量,),a,T,t,a,Ce,i,?,?,?,為衰減時(shí)間常數(shù),;,R,L,T,a,?,自由分

13、量,(,直流分量,),未知量,短路前后電流不突變,求解,C,？,),0,(,),0,(,?,?,?,a,a,i,i,依據(jù),：,a,T,t,k,m,a,Ce,t,I,i,0,),sin(,0,),0,(,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),sin(,0,),0,(,?,?,?,?,?,?,?,t,I,i,m,a,可得：,含義：短路前電流,強(qiáng)制分量的瞬時(shí)值,和短路后,電流強(qiáng)制分量的瞬時(shí)值,之差,0,0,sin(,),sin(,),m,m,k,C,I,t,I,t,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,寫出全電流形式,全電流表達(dá)式,：,）,（,0,),sin(,),sin(,),

14、sin(,?,?,?,?,?,?,?,?,?,t,e,I,I,t,I,i,a,T,t,k,m,m,k,m,a,?,?,?,?,?,?,?,?,?,強(qiáng)制分量,(,交流分量,),自由分量,(,直流分量,),假定,t,0,0,時(shí)刻發(fā)生短路,只與,A,相相差,240,度,三相全電流表達(dá)式,全電流表達(dá)式,：,只與,A,相相差,120,度,),0,(,),240,sin(,),240,sin(,),240,sin(,),120,sin(,),120,sin(,),120,sin(,),sin(,),sin(,),sin(,0,0,0,0,0,0,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,

15、?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,t,e,I,I,t,I,i,e,I,I,t,I,i,e,I,I,t,I,i,a,a,a,T,t,k,m,m,k,m,c,T,t,k,m,m,k,m,b,T,t,k,m,m,k,m,a,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,Ta,的數(shù)量級(jí),2,10,:,?,的數(shù)量級(jí),a,T,314,1,2,1,/,?,?,?,?,?,?,R,X,f,R,X,R,X,R,L,T,a,?,?,由于：,直流分量大約,35,個(gè)波形周期即

16、衰,減至,0.,故：直流分量經(jīng)過(guò),3*0.02=0.06,秒左右即,衰減完畢。,II,短路后電流的圖形分析,：,以,A,相為例：,R,L,),sin(,?,?,?,?,t,U,u,m,a,L,R,t,=,t,0,i,a,=,？,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,）,（,）,（,0,),sin(,),sin(,),sin(,0,),sin(,t,e,I,I,t,I,t,t,I,i,a,T,t,k,m,m,k,m,m,a,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,電路圖：,全電流表達(dá)式：,III,短路沖擊電流分析,定義：,在,最嚴(yán)重短路情況,

17、下的,短路電流最大瞬時(shí)值,直流分量,i,a,t,短路后全電流,短路前全電流,C,交流分量,判斷：,由上圖可看出，,直流分量初始值越大，短路后的,電流瞬時(shí)值越大,根據(jù),直流分量初始值公式：,|,),sin(,),sin(,|,|,|,k,m,m,I,I,C,?,?,?,?,?,?,?,?,?,產(chǎn)生條件：,m,U,?,m,I,?,m,I,?,?,m,m,I,I,?,?,?,?,?,?,k,?,),sin(,?,?,?,m,I,),sin(,k,m,I,?,?,?,?,|,|,C,可知，,|C|,最大的條件：,?,?,?,?,?,?,|,90,|,0,0,k,m,I,?,?,短路前空載,由于,XR,

18、，故,得：,意味著：此時(shí)電壓過(guò)零。,0,90,?,k,?,0,0,?,?,也是，沖擊電流,產(chǎn)生的條件！,產(chǎn)生條件：,若不滿足該條件，盡管短路電流總會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)最,大值，但該值不是沖擊電流。,i,a,t,全電流,短路后半個(gè)周,期：,T/2,短路前空載,電壓過(guò)零點(diǎn),短路沖擊電流發(fā)生的,時(shí)間點(diǎn),：,?,?,?,?,?,?,|,90,|,0,0,k,m,I,?,?,全電流表達(dá)式：,沖擊電流的條件：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),(,01,.,0,5,.,0,90,0,0,s,T,t,I,k,m,?,?,短路沖擊電流的數(shù)學(xué)描述：,）,（,0,),sin(,),sin(,),sin(,?,

19、?,?,?,?,?,?,?,?,t,e,I,I,t,I,i,a,T,t,k,m,m,k,m,a,?,?,?,?,?,?,?,?,?,把條件帶入全電流表達(dá)式，可得沖擊電流表達(dá)式：,m,imp,m,T,T,m,m,s,t,a,imp,I,K,I,e,e,I,I,i,i,a,a,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),1,(,01,.,0,01,.,0,),01,.,0,(,沖擊電流表達(dá)式：,m,imp,m,T,T,m,m,imp,I,K,I,e,e,I,I,i,a,a,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),1,(,01,.,0,01,.,0,其中：,a,T,imp,e,K

20、,01,.,0,1,?,?,?,稱之為沖擊系數(shù),可看出，該系數(shù)由,Ta,決定，也就是與線路回路中,的電抗與電阻的相對(duì)值大小有關(guān)。,在實(shí)際系統(tǒng)中：,imp,K,一般取,1.81.9,，,1,）發(fā)電機(jī)低壓母線短路,2,）發(fā)電廠高壓母線后短路,3,）其他地點(diǎn)短路：,9,.,1,?,imp,K,85,.,1,?,imp,K,80,.,1,?,imp,K,短路沖擊電流的作用：檢驗(yàn)設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定性,IV,短路電流的最大有效值,結(jié)論：由上圖（沖擊電流示意圖）可看出，短路后第,一個(gè)周期內(nèi)的電流有效值最大。因此，,短路電流的,最大有效值即為短路后第一個(gè)周期內(nèi)的電流有效值,i,a,t,全電流,短路后半個(gè)周期：,T/2

21、,短路前空載,電壓過(guò)零點(diǎn),計(jì)算公式如下：,為周期分量有效值,其中,2,/,),1,(,2,1,2,m,imp,imp,I,I,K,I,I,?,?,?,?,?,?,?,短路電流最大有效值作用：檢驗(yàn)電氣設(shè)備,的斷流能力。,V,例題分析,沖擊電流和短路電流最大有效值的計(jì)算，參閱教材例,8-1,A,、,B,、,C,三相是否會(huì)同時(shí)發(fā)生沖擊電流？,答：不會(huì)。,因?yàn)槿嘀绷鞣至康某跏贾挡粫?huì)同時(shí)最大。,三相短路后，中心點(diǎn)如果接地，是否會(huì)有電流？,答：在中心點(diǎn)和地之間，任一時(shí)刻均沒有對(duì)地電流。,即任一時(shí)刻，三相全電流之和為,0,。,三相短路后，,A,、,B,、,C,三相直流分量之和是否為,0,？,答：在任一時(shí)刻

22、均為,0,。,因?yàn)橄到y(tǒng)三相對(duì)稱，三相全電流,之和為零，而其中周期分量之和也為零，故三相直流分量,之和也為,0,。,第三節(jié),同步發(fā)電機(jī)端口突然三相,短路分析,A,相全電流波形圖,i,a,t,短路前全電流波形,直流分量,交流分量,短路后全電流波形,一、短路后的電流波形圖及特征,（,1,）定子基頻電流波形：,波形特征分析：,?,可分解為交流分量（強(qiáng)制分量）和直流分量（自,有分量）,?,直流分量的初值為短路前交流分量的瞬時(shí)值和短,路后交流分量的瞬時(shí)值之差，即直流分量的出現(xiàn),是為了保證電流不突變,?,交流分量的幅值隨時(shí)間逐步衰減至恒定值。,衰減特征：開始衰減快，后來(lái)衰減慢，兩個(gè)衰減,時(shí)間常數(shù),（,2,）

23、轉(zhuǎn)子電流波形：,特征：,?,有交流分量也有直流,分量,?,交流分量的幅值逐漸,衰減，直至,0,：衰減時(shí),間常數(shù)與定子直流分量,時(shí)間常數(shù)相同。,?,直流分量的衰減過(guò)程,與定子交流分量幅值的,衰減過(guò)程相同,二、同步發(fā)電機(jī)短路后內(nèi)部物理過(guò)程,（,1,）正常運(yùn)行電磁過(guò)程分析：,A,Z,B,X,C,Y,?,軸,d,軸,q,f,F,0,E,?,I,?,1,F,1q,F,1d,F,電樞磁動(dòng)勢(shì)的,交軸,分量體現(xiàn),有功,；,直軸,分,量體現(xiàn),無(wú)功,電樞磁動(dòng)勢(shì)的,交,軸分量變化,不會(huì),對(duì)勵(lì)磁線圈磁通,產(chǎn)生影響,F,合成磁場(chǎng)決定了,發(fā)電機(jī)端口電壓,？電壓向量,（,2,）端口三相短路過(guò)程中的電磁過(guò)程分析：,A,Z,B

24、,X,C,Y,?,軸,d,軸,q,f,F,0,E,?,I,?,1,F,短路后,定子電流,突然增大,，且其,磁場(chǎng)主要為,直軸,磁場(chǎng),，因此導(dǎo)致,穿過(guò)轉(zhuǎn)子線圈的,磁場(chǎng)突然增大,。,I,?,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流；,阻尼線圈感應(yīng)電流,I,、定子電流波形,的解釋：,轉(zhuǎn)子勵(lì)磁和阻尼線圈感應(yīng)電流：,f,i,0,f,I,0,f,I,O,t,按一個(gè)時(shí)間,常數(shù)衰減,r,i,O,t,按另一個(gè)時(shí),間常數(shù)衰減,A,Z,B,X,C,Y,?,軸,d,軸,q,sA,F,sC,F,sB,F,O,t,定子直流電流合成磁動(dòng)勢(shì),空間方向不變，,逐漸衰減,f,i,0,f,I,0,f,I,O,t,II,、轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流波形的解釋：,s,F,s,F

25、,（,1,）同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,d,q,U,I,jx,U,I,jx,E,?,?,?,?,?,q,q,d,d,0,0,U,I,jx,E,?,?,?,?,?,d,0,q,d,x,x,?,三、同步發(fā)電機(jī)短路后的等值電路,穩(wěn)態(tài),電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,d,d,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,?,?,?,0,電樞電壓方程：,A,Z,B,X,C,Y,?,軸,d,軸,q,f,F,0,E,?,I,?,1,F,1q,F,1d,F,F,若：,有：,A,Z,B,X,C,Y,?,軸,d,軸,q,f,F,0,E,?,I,?,1,F,I,?,短

26、路時(shí)的電樞磁場(chǎng)反應(yīng)：,q,軸磁場(chǎng)突然減小,-,轉(zhuǎn)子,加速,d,軸磁場(chǎng)突然加大,-,轉(zhuǎn)子,感應(yīng)電流、阻尼繞組感,應(yīng)電流,-,定子交流分量,幅值衰減,定子各繞組中心軸磁場(chǎng)變,化,-,定子感應(yīng)電流,（,2,）短路時(shí)的電壓源模型：,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,|,0,|,aq,I,?,I.,無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī),：,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,?,f,?,?,?,?,a,?,?,f,?,?,f,?,ad,?,?,?,?,a,?,|,0,|,f,I,?,?,f,I,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,?,?,?,a,?,?,f,

27、?,?,a,?,ad,?,?,|,0,|,f,I,?,?,f,I,|0|,表示短路前瞬時(shí),與（,0-,）相同,直軸磁路圖,電樞等,值線圈；,此處下,標(biāo),a,表,示電樞,I.,無(wú)阻尼繞組：,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,?,?,?,a,?,?,f,?,?,a,?,ad,?,?,|,0,|,f,I,?,?,f,I,交軸等值電路,),(,ad,0|,|,ad,ad,0|,|,ad,d,0|,|,q,I,I,jX,I,jx,I,jx,E,d,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,端口到短,路點(diǎn)電抗,電樞電壓方程：,ad,0|,|,ad,ad,0|,|,ad,d,0

28、|,|,q,),(,I,jX,I,I,jx,I,jx,E,d,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,短路電流,簡(jiǎn)化：,ad,ad,0|,|,ad,0|,|,aq,I,jX,I,jx,I,jx,U,d,d,?,?,?,?,?,?,?,?,由：,0|,|,ad,d,0|,|,q,0|,|,aq,I,jx,E,U,?,?,?,?,?,故：,取：,0|,|,ad,0|,|,aq,|,0,|,I,jx,U,E,d,q,?,?,?,?,?,得：,ad,ad,|,0,|,I,jX,I,jx,E,d,q,?,?,?,?,?,?,暫態(tài)電抗,I.,無(wú)阻尼繞組發(fā)電機(jī)：,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,

29、ad,I,?,?,?,?,?,a,?,?,f,?,?,a,?,ad,?,?,|,0,|,f,I,?,?,f,I,交軸等值電路,?,?,?,?,?,?,?,0|,|,ad,0|,|,aq,|,0,|,d,d,q,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,?,?,?,發(fā)電機(jī),暫態(tài),等值模型：,由于暫態(tài)電流只有直軸分量：,故短路電流：,ad,a,I,I,?,?,?,|,0,|,a,a,d,q,I,jX,I,jx,E,?,?,?,?,?,?,實(shí)際中，?。?0|,|,a,0|,|,a,|,0,|,I,jx,U,E,d,?,?,?,?,?,故，發(fā)電機(jī)暫態(tài)等值模型：,?,?,?,?,?,|,0,|,;,d,x

30、,E,內(nèi)阻抗：暫態(tài)電抗：,電勢(shì)：暫態(tài)電勢(shì)：,?,交軸暫態(tài),電動(dòng)勢(shì),虛擬電,動(dòng)勢(shì),II.,有阻尼繞組發(fā)電機(jī)：,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,?,f,?,?,?,?,a,?,?,f,?,?,f,?,ad,?,?,?,?,a,?,|,0,|,f,I,?,?,f,I,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,?,?,?,a,?,?,f,?,?,a,?,ad,?,?,|,0,|,f,I,?,?,f,I,|0|,表示短路前瞬時(shí),與（,0-,）相同,直軸磁路圖,?,?,r,I,f,?,ad,?,|,0,|,ad,I,?,ad,I,?,?,?,?,?,a,?

31、,?,f,?,?,a,?,ad,?,?,?,?,?,?,?,?,?,0|,|,ad,0|,|,aq,|,0,|,d,d,q,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,?,?,?,發(fā)電機(jī),次暫態(tài),等值模型：,實(shí)際中，?。?0|,|,a,0|,|,a,|,0,|,I,jx,U,E,d,?,?,?,?,?,故，發(fā)電機(jī)暫態(tài)等值模型：,交軸等值電路,?,?,?,?,?,|,0,|,;,d,x,E,內(nèi)阻抗：次暫態(tài)電抗：,電勢(shì)：次暫態(tài)電勢(shì)：,?,（,3,）同步電抗、暫態(tài)電抗和次暫態(tài)電抗關(guān)系：,d,d,d,d,x,x,x,x,2,.,0,?,?,?,（,4,）短路前、后的發(fā)電機(jī)等值模型：,f,(3),G,T,L

32、,L,a,b,c,短路前：,穩(wěn)態(tài),電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,d,d,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,a,a,?,?,?,短路后：,次暫態(tài),電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),a(0,),a(0,d,d,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,?,?,?,？,次暫態(tài)電勢(shì)是由什么決定的？同一勵(lì)磁電勢(shì),E,下，,不同運(yùn)行狀態(tài),I,下,的次暫態(tài)電勢(shì)相同么？,?,穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)，可否用次暫態(tài)模型？,（,1,）計(jì)算內(nèi)容,?,短路沖擊電流：,?,短路沖擊電流有效值：,01,.,0,),01,.,0,(,m,imp,T,m,m,t,a,imp,I,K,e,I,I,i,i,

33、a,?,?,?,?,?,?,2,),1,(,2,1,2,?,?,?,imp,m,imp,K,I,I,結(jié)論：,對(duì)同步發(fā)電機(jī)，只需計(jì)算基頻,交流分量,第,一個(gè)周波（,初始值,）的有效值,。,對(duì)應(yīng)最嚴(yán)重,情況,四、同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)短路計(jì)算,I,因此，一般所說(shuō)的短路電流計(jì)算，就是指,短路電流交流分量的初始有效值,的計(jì)算,I,起始次暫態(tài),電流,（,2,）計(jì)算原理,),3,(,f,I,a,=,？,I,b,=,？,I,c,=,？,以如下圖所示的簡(jiǎn)單系統(tǒng)來(lái)分析,的計(jì)算原理,三相,同步,發(fā)電,機(jī),三相,線路,三相,負(fù)載,I,因三相對(duì)稱，,可取,A,相分析：,R,L,L,R,t,=,t,0,c,b,a,I,I,I,

34、?,?,短路前發(fā)電機(jī)的模型,發(fā)電機(jī)的,穩(wěn)態(tài),電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,d,d,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,a,a,?,?,?,穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流向量表達(dá)式：,),(,),(,a,L,j,R,L,j,R,jx,E,I,d,?,?,?,?,?,?,?,?,?,穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流有效值計(jì)算式：,2,2,a,),(,),(,d,x,L,L,R,R,E,I,?,?,?,?,?,?,?,B,、,C,兩相的電流有效值計(jì)算式：,2,2,a,c,b,),(,),(,d,x,L,L,R,R,E,I,I,I,?,?,?,?,?,?,?,?,?,其中：,短路后初始時(shí)刻的發(fā)電機(jī)模型,發(fā)電機(jī)的,次

35、暫態(tài),電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,?,?,),a(0,),a(0,d,d,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗：,電勢(shì)：,?,?,?,),a(0,?,U,?,短路前瞬間發(fā)電機(jī)的端口電壓向量,),a(0,?,I,?,短路前瞬間發(fā)電機(jī)的端口電流向量,E,?,次暫態(tài)電勢(shì),d,x,次暫態(tài)電抗，約等于,已知量，,可計(jì)算,E,該模型,只能,描述,發(fā)電機(jī),短路初始,時(shí)刻，,發(fā)電機(jī)處,于次暫態(tài)過(guò)程,時(shí),的元件性質(zhì)。,d,d,x,x,2,.,0,?,原理可參,見電機(jī)學(xué),具有短路前后不突變的性質(zhì),短路初始時(shí)刻的電流基頻交流分量的向量表達(dá)式：,R,L,L,R,t,=,t,0,根據(jù)上圖，當(dāng)用,次暫態(tài)電壓源模型,

36、表示發(fā)電機(jī)后：,2,2,),(,d,a,c,b,x,L,R,E,I,I,I,?,?,?,?,?,?,短路初始時(shí)刻的電流基頻交流分量的有效值計(jì)算式：,),(,L,j,R,jx,E,I,d,a,?,?,?,?,?,?,總結(jié)：,要計(jì)算短路初始時(shí)刻的電流基頻交流分量的有,效值,，,首先：,把發(fā)電機(jī)用次暫態(tài)電壓源模型表示；,然后：,即可利用穩(wěn)態(tài)計(jì)算的方法計(jì)算出,I,I,因三相對(duì)稱，,可取,A,相分析：,R,L,L,R,t,=,t,0,c,b,a,I,I,I,?,?,?,?,?,短路后達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí),的發(fā)電機(jī)的模型,發(fā)電機(jī)的,穩(wěn)態(tài),電壓源模型：,?,?,?,?,?,?,?,d,d,x,I,jx,U,E,內(nèi)阻抗

37、：,電勢(shì)：,a,a,?,?,?,（,3,）短路后基頻交流分量穩(wěn)態(tài)值的計(jì)算,短路后達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流向量表達(dá)式：,),(,a,L,j,R,jx,E,I,d,?,?,?,?,?,?,穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電流有效值計(jì)算式：,2,2,a,),(,d,x,L,R,E,I,?,?,?,?,B,、,C,兩相的電流有效值計(jì)算式：,2,2,a,c,b,),(,d,x,L,R,E,I,I,I,?,?,?,?,?,?,由于,故短路初始電,流要大于穩(wěn)態(tài),短路電流。,d,d,x,x,2,.,0,?,第四節(jié),三相短路的實(shí)用計(jì)算,一、概述,實(shí)用計(jì)算,：,三相短路計(jì)算的內(nèi)容,：,短路電流交流分量的初始有效值,的計(jì)算,也即：次暫態(tài)電

38、流的計(jì)算。,I,計(jì)算的原理,：,把發(fā)電機(jī)用次暫態(tài)電壓源模型表示，然后采,用穩(wěn)態(tài)交流系統(tǒng)的計(jì)算方法計(jì)算電流即可。,近似簡(jiǎn)化一些計(jì)算條件,采用實(shí)用化的計(jì)算方法,計(jì)算條件的近似簡(jiǎn)化,電源：,理想同步發(fā)電機(jī),負(fù)荷：,忽略,綜合性負(fù)荷：因短路后電壓下降，負(fù)荷電流,遠(yuǎn)小于短路電流，,但須考慮,短路點(diǎn)附近,的大型電動(dòng)機(jī)（因反饋電流）,計(jì)算條件的近似簡(jiǎn)化,短路點(diǎn)：,忽略電弧電阻，假設(shè)直接接地,電網(wǎng)：,可,忽略,線路對(duì)地電容和變壓器勵(lì)磁回路（即除發(fā),電機(jī)和大型電動(dòng)機(jī)外沒有對(duì)地支路）。,計(jì)算高壓網(wǎng)時(shí)可,忽略,電阻。,參數(shù)計(jì)算可,采用平均額定電壓,變比為平均額定電壓之比,短路計(jì)算通常,采用標(biāo)幺值計(jì),算，該假設(shè)非,常

39、有利于網(wǎng)絡(luò),參數(shù)的計(jì)算。,二、實(shí)用化的計(jì)算方法,(1),以如下簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)分析疊加法,短路前狀態(tài)：穩(wěn)態(tài),負(fù)載,T,X,L,X,d,X,?,0,E,L,Z,),0,(,?,b,U,?,a,b,),0,(,?,a,U,?,c,穩(wěn)態(tài)模型,f,(3),G,T,L,L,a,b,c,戴維南等效,+,疊加法,三相短路初始時(shí)刻：次暫態(tài)過(guò)程,用次暫態(tài),模型取代,穩(wěn)態(tài)模型,T,X,L,X,L,Z,a,b,a,U,?,0,E,?,d,X,b,U,?,待求短路,電流,),(,0,fb,L,T,d,x,x,x,j,E,I,?,?,?,?,?,fb,I,初始次暫態(tài)電流的求解,直接求解法：,fb,f,ab,I,I,?,?,

40、?,短路點(diǎn)電流：,a-b,短路電流：,a,點(diǎn)短路電壓：,),(,ab,L,T,f,a,x,x,I,U,?,?,?,?,疊加原理求解法：,T,X,L,X,L,Z,a,b,a,U,?,0,E,?,d,X,b,U,?,T,X,L,X,L,Z,a,b,a,U,?,0,E,?,d,X,b,U,?,),0,(,?,b,U,?,),0,(,?,?,b,U,?,T,X,L,X,L,Z,a,b,),0,(,?,a,U,?,0,E,?,d,X,),0,(,?,b,U,?,),0,(,?,b,U,?,T,X,L,X,L,Z,a,b,d,X,),0,(,?,?,b,U,?,圖,1,短路等值網(wǎng)絡(luò),圖,2,等價(jià)短路等值網(wǎng)

41、絡(luò),圖,3,正常情況,等值網(wǎng)絡(luò),圖,4,故障分量,等值網(wǎng)絡(luò),+,短路點(diǎn),電流：,L,L,T,d,b,Z,x,x,x,j,U,I,I,I,|,),(,0,),0,(,),fb(,),fb(,fb,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,故障分量,正常情況,短路點(diǎn)電流：,),(,|,),(,0,0,),0,(,),fb(,),fb(,fb,L,T,d,L,L,T,d,b,x,x,x,j,E,Z,x,x,x,j,U,I,I,I,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,故障分量,正常情況,與“直接求解法”,完全相同,結(jié)論：,把短路點(diǎn)看做是電動(dòng)勢(shì)為該點(diǎn)空載電壓，內(nèi)阻抗,是該點(diǎn)輸入

42、阻抗的電壓源的端口，短路電流即為該電,壓源外部短路時(shí)的電流。（戴維南等效）,短路點(diǎn)的,輸入阻抗,非短路點(diǎn)電流：,a-b,短路電流：,),(,),(,|,),(,),(,),(,),(,|,),(,),(,),(,0,0,0,),0,(,0,),fb(,),ab(,),ab(,),ab(,ab,L,T,d,L,L,T,d,L,L,L,T,d,L,L,L,T,d,L,L,T,d,L,L,T,d,L,L,L,T,d,b,L,L,T,d,L,L,T,d,L,x,x,x,j,E,Z,x,x,x,j,Z,Z,x,x,x,j,Z,Z,x,x,x,j,E,Z,x,x,x,j,E,Z,x,x,x,j,Z,Z,x,x,x,j,U,Z,x,x,x,j,E,Z,x,x,x,j,Z,I,I,I,I,I,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,故障分量,正常情況,故障分量,正