第11章電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路

1、電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路 電流計(jì)算電力系統(tǒng)短路的概念電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路 電流計(jì)算電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)：電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)：電流、電壓、頻率、功率電流、電壓、頻率、功率 當(dāng)運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍之內(nèi)，則電力系當(dāng)運(yùn)行參數(shù)在允許的范圍之內(nèi)，則電力系統(tǒng)運(yùn)行正常。否則，電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則運(yùn)統(tǒng)運(yùn)行正常。否則，電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生急劇變化。由于系統(tǒng)中包括慣性元行狀態(tài)發(fā)生急劇變化。由于系統(tǒng)中包括慣性元件（如電感、電容等），使得系統(tǒng)從一種狀態(tài)件（如電感、電容等），使得系統(tǒng)從一種狀態(tài)到另外一種狀態(tài)需要一個(gè)過(guò)程。從微秒到十幾到另外一種狀態(tài)需要一個(gè)過(guò)程。從微秒到

2、十幾毫秒是雷電或操作過(guò)電壓造成的，從十幾毫秒毫秒是雷電或操作過(guò)電壓造成的，從十幾毫秒到十幾分鐘是由電磁引起的。到十幾分鐘是由電磁引起的。 一般從微秒幾十毫秒的過(guò)程被稱(chēng)為暫態(tài)一般從微秒幾十毫秒的過(guò)程被稱(chēng)為暫態(tài)（瞬態(tài)）。（瞬態(tài)）。電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算一、短路的原因和分類(lèi)一、短路的原因和分類(lèi) 電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障中，危害最大而電力系統(tǒng)可能發(fā)生的故障中，危害最大而且發(fā)生概率最高的是短路故障。且發(fā)生概率最高的是短路故障。 1. 什么叫短路故障什么叫短路故障 電力系統(tǒng)中相與相或相與地之間非正常接通電力系統(tǒng)中相與相或相與地之間非正常接通的現(xiàn)象叫做短路。的現(xiàn)象叫做短路。 2.

3、 引起短路的原因引起短路的原因 絕緣材料的自然老化；機(jī)械損傷；開(kāi)關(guān)操絕緣材料的自然老化；機(jī)械損傷；開(kāi)關(guān)操作沖擊；雷電或操作過(guò)電壓；鳥(niǎo)、獸、樹(shù)、飛作沖擊；雷電或操作過(guò)電壓；鳥(niǎo)、獸、樹(shù)、飛機(jī)等跨接裸露載流部分或毀壞支撐設(shè)備；自然機(jī)等跨接裸露載流部分或毀壞支撐設(shè)備；自然災(zāi)害。災(zāi)害。電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算3. 短路的種類(lèi)短路的種類(lèi)（1）按照相與地、相與相短路分）按照相與地、相與相短路分 單相接地、兩相接地、三相接地、單相接地、兩相接地、三相接地、 兩相間短路、三相間短路兩相間短路、三相間短路（2）按照短路的對(duì)稱(chēng)性分）按照短路的對(duì)稱(chēng)性分 對(duì)稱(chēng)短路故障：三相系統(tǒng)同時(shí)短路對(duì)稱(chēng)短

4、路故障：三相系統(tǒng)同時(shí)短路 不對(duì)稱(chēng)短路故障不對(duì)稱(chēng)短路故障 ：除對(duì)稱(chēng)外的其它短路：除對(duì)稱(chēng)外的其它短路（3）按照短路點(diǎn)的電阻大小分）按照短路點(diǎn)的電阻大小分 金屬性短路：短路時(shí)電阻很小，電流很大金屬性短路：短路時(shí)電阻很小，電流很大 過(guò)渡電阻短路過(guò)渡電阻短路 ：短路時(shí)有一定的電阻：短路時(shí)有一定的電阻電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算二、短路后果和預(yù)防措施二、短路后果和預(yù)防措施 1. 短路后果短路后果 （1）電流急劇增大，瞬間產(chǎn)生極大的熱量而使）電流急劇增大，瞬間產(chǎn)生極大的熱量而使導(dǎo)體或絕緣層破壞；導(dǎo)體或絕緣層破壞； （2）短路開(kāi)始瞬間

5、，產(chǎn)生電動(dòng)力，使導(dǎo)體變形）短路開(kāi)始瞬間，產(chǎn)生電動(dòng)力，使導(dǎo)體變形 （3）電網(wǎng)電壓降低，影響設(shè)備的工作）電網(wǎng)電壓降低，影響設(shè)備的工作 （4）引起發(fā)電機(jī)失步，從而大面積停電）引起發(fā)電機(jī)失步，從而大面積停電 （5）不對(duì)稱(chēng)短路會(huì)對(duì)通訊系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾）不對(duì)稱(chēng)短路會(huì)對(duì)通訊系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾 2. 措施措施 預(yù)防：預(yù)防：設(shè)計(jì)合理、元件質(zhì)量好、安裝防雷設(shè)設(shè)計(jì)合理、元件質(zhì)量好、安裝防雷設(shè)備、設(shè)計(jì)安全保護(hù)設(shè)備、加強(qiáng)運(yùn)行管理。備、設(shè)計(jì)安全保護(hù)設(shè)備、加強(qiáng)運(yùn)行管理。 排除：排除：發(fā)生短路故障時(shí)迅速隔離故障點(diǎn)、盡發(fā)生短路故障時(shí)迅速隔離故障點(diǎn)、盡快恢復(fù)其它正常網(wǎng)絡(luò)，檢修故障點(diǎn)。快恢復(fù)其它正常網(wǎng)絡(luò)，檢修故障點(diǎn)。電氣工程基礎(chǔ)第十

6、一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算三、短路計(jì)算與目的三、短路計(jì)算與目的 1. 短路計(jì)算短路計(jì)算 在設(shè)計(jì)、選型、校核時(shí)以短路計(jì)算結(jié)果為依在設(shè)計(jì)、選型、校核時(shí)以短路計(jì)算結(jié)果為依據(jù)。據(jù)。 2. 短路計(jì)算的目的短路計(jì)算的目的 （1）選擇的電氣設(shè)備具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定度和）選擇的電氣設(shè)備具有足夠的機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度 （2）可以正確設(shè)定各種保護(hù)設(shè)備的參數(shù)）可以正確設(shè)定各種保護(hù)設(shè)備的參數(shù) （3）便于確定電氣主接線(xiàn)的接線(xiàn)圖，并確定是）便于確定電氣主接線(xiàn)的接線(xiàn)圖，并確定是否需要采取限制短路電流的措施否需要采取限制短路電流的措施 （4）用于分析短路對(duì)用戶(hù)的影響、對(duì)通訊系統(tǒng)）用于分析短路對(duì)用戶(hù)的影響、對(duì)通

7、訊系統(tǒng)的干擾程度等的干擾程度等電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算四、短路計(jì)算的簡(jiǎn)化假設(shè)四、短路計(jì)算的簡(jiǎn)化假設(shè) 計(jì)算條件包括短路時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、短路類(lèi)計(jì)算條件包括短路時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、短路類(lèi)型、發(fā)生地點(diǎn)和采取的措施。型、發(fā)生地點(diǎn)和采取的措施。 常采用的簡(jiǎn)化假設(shè)：常采用的簡(jiǎn)化假設(shè)： 短路過(guò)程中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間不搖擺，各發(fā)電機(jī)短路過(guò)程中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間不搖擺，各發(fā)電機(jī)電勢(shì)同相位且數(shù)值恒定。電勢(shì)同相位且數(shù)值恒定。 負(fù)荷為恒定阻抗。負(fù)荷為恒定阻抗。 不考慮磁路飽和。不考慮磁路飽和。 系統(tǒng)視為對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)。系統(tǒng)視為對(duì)稱(chēng)三相系統(tǒng)。 發(fā)電機(jī)、輸電線(xiàn)、變壓器等元件均用純電抗發(fā)電機(jī)、輸電線(xiàn)、變壓器等元

8、件均用純電抗表示。表示。 電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算一、無(wú)限大功率電源：是指端電壓幅值和頻率都保持恒一、無(wú)限大功率電源：是指端電壓幅值和頻率都保持恒定的電源，其內(nèi)阻抗為零。定的電源，其內(nèi)阻抗為零。二、三相短路的暫態(tài)過(guò)程二、三相短路的暫態(tài)過(guò)程 電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算短路前電路處于穩(wěn)態(tài)： 00sin()sin()amamuUtiIt 0222()()mmUIRRLL0()arctanLLRRsin()mdiRiLUtdta相的微分方程式如下：電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算短路電流表達(dá)式如下： /00sin() sin()

9、sin()t TammmpaaaiItIIeii 短路電流由兩部分組成：周期分量和非周期分量。 a、b、c三相短路電流的周期分量幅值相等，相位相差120。 非周期分量起始值大小與電源電壓在短路開(kāi)始時(shí)刻的相角、短路前回路中電流幅值有關(guān)。電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算1.短路電流的最大值約在短路后的T/2時(shí)刻出現(xiàn)，稱(chēng)為短路沖擊電流 。主要用來(lái)校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定，是檢驗(yàn)電氣設(shè)備短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的重要參數(shù)。Mi0.01/aTMmmiII e0.01/(1)aTmM meIK I 一般電力系統(tǒng)中，短路回路的感抗比電阻大得

10、多，即 ，故可近似認(rèn)為 。因此，非周期電流有最大值的條件為：短路前電路空載（Im0=0),并且短路發(fā)生時(shí)，電源電勢(shì)過(guò)零（0）。90RL 短路電流的最大瞬時(shí)值在短路發(fā)生后約半個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)。若 Hz，這個(gè)時(shí)間約為0.01秒。綜上可得短路沖擊電流 ：50f 電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算在發(fā)電機(jī)端部發(fā)生短路時(shí)，在發(fā)電機(jī)端部發(fā)生短路時(shí)，K KM M=1.9 (=1.9 (容量大容量大于于12MW)12MW)；在發(fā)電廠高壓側(cè)母線(xiàn)上短路時(shí)，在發(fā)電廠高壓側(cè)母線(xiàn)上短路時(shí)，K KM M=1.85;=1.85;其他地點(diǎn)短路時(shí)，其他地點(diǎn)短路時(shí)，K KM M=1.8=1.8。 電氣工程基礎(chǔ)第十一章 電磁暫態(tài)過(guò)程與三相短路電流計(jì)算2. 短路電流有效值It是指以任一時(shí)刻t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值。短路電流最大有效值主要用于校驗(yàn)?zāi)承╇娖鞯臄嗔髂芰Α? /2 /22 /2 /211 ( ) ( )( )t Tt Ttjztt Tt TIit dti titdtTT為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定：非周期電流在以時(shí)間t為中心的一個(gè)周期內(nèi)恒定不變，因而它在時(shí)間t的有效值就等于它的瞬時(shí)值。222222(2)(0.01)(2)(1)1 2(1)2Mmz