电力系统基础第6章2010

恒定电势源是指当电力系统的电源距短路点的电气距 离较远时，由短路引起的电源送出的功率的变化∆S，远小 离较远时，由短路引起的电源送出的功率的变化 ， 于电源的容量S， 于电源的容量 ，即∆S<<S，这时可设 ，这时可设S=∞，即无限大容 ， 量电源。 量电源。
恒定电势源的特点： 恒定电势源的特点：
电源容量无限大；短路过程中电源端电压恒定； 电源容量无限大；短路过程中电源端电压恒定；电源 内阻抗为零；频率恒定； 内阻抗为零；频率恒定；
m
[0]
m
ia = − I pm cosωt + I pm l
t − Ta
ip0 i ap 0
& I pm
& & I m − I pm
短路电流最大可能的瞬时值——短路冲击电流 短路电流最大可能的瞬时值——短路冲击电流 iim在短 —— 路后约半个周期出现，即短路发生后0.01 半个周期出现 0.01秒 路后约半个周期出现，即短路发生后0.01秒。
t Ta
即：
5.a相短路电流计算表达式： 5. 相短路电流计算表达式： 相短路电流计算表达式
ia = I pm sin(ωt + α − ϕ ) + I m sin(α − ϕ ′) − I pm sin(α − ϕ ) l
= i p + iαp
t
[
]
−
ω
α
& Em
其中: 其中 i p = I pm sin(ωt + α − ϕ ) 为短路电流的周期分量 周期分量 t − iαp = I m sin(α − ϕ ′) − I pm sin(α − ϕ ) l Ta
1．恒定电势源三相短路等值电路： ．恒定电势源三相短路等值电路：
Em sin(ωt + α )
ia R L ib L ic L
f
R’ L’
Em sin(ωt + α − 120o )
R
Em sin(ωt + α + 120o )
R’
L’
R
R’
L’
2．短路前一相(a相)电势和电流： 短路前一相(a相 电势和电流： (a
ea = Em sin(ωt + α ) ia = I m sin(ωt + α − φ ′) Em ω (L + L ′ ) Im = ϕ ′ = arctg 其中: 其中 2 2 2 R + R′ ( R + R ′) + ω ( L + L ′ )
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2.短路冲击电流的计算表达式： 2.短路冲击电流的计算表达式： 短路冲击电流的计算表达式
iim = I pm + I pm e
− 0.01 Ta 0.01 − 1 + e Ta I = k I = im pm pm
f
(3)
(3)
(1.1)
；
f
(1)
a f
(2)
f
(1.1)
b c
4. 短路的现象： 短路的现象：
短路电流比正常值大许多倍，系统电压严重下降。 短路电流比正常值大许多倍，系统电压严重下降。
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5. 短路的后果： 短路的后果：
大的短路电流所产生的电动力效应使电气设备受到 严重的机械损坏； 严重的机械损坏； 短路电流使设备发热而损坏； 短路电流使设备发热而损坏； 短路使系统电压大幅度下降，对用户影响很大， 短路使系统电压大幅度下降，对用户影响很大，如 电动机的运行； 电动机的运行； 破坏系统稳定，造成大面积停电； 破坏系统稳定，造成大面积停电； 对通讯的干扰； 对通讯的干扰；
电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之 间发生通路的情况称作短路， 间发生通路的情况称作短路，短路是电力系统的严 重故障。 重故障。
2. 产生短路的原因： 产生短路的原因：
电气设备绝缘受损、老化； 电气设备绝缘受损、老化； 气象条件恶化(雷击过电压闪络 大风、覆冰等) 雷击过电压闪络、 气象条件恶化 雷击过电压闪络、大风、覆冰等 电气设备因设计、 电气设备因设计、安装及维护不良导致的设备缺陷 违规操作(带负荷拉刀闸 未拆地线合闸送电等) 带负荷拉刀闸、 违规操作 带负荷拉刀闸、未拆地线合闸送电等
恒定电势源概念的引入目的： 恒定电势源概念的引入目的：
分析短路过程可不计电源内部的暂态过程，使分析计算 分析短路过程可不计电源内部的暂态过程， 得以简化。 得以简化。 恒定电势源是个相对概念，真正的恒定电势源是不存在的。 恒定电势源是个相对概念，真正的恒定电势源是不存在的。
6-2-1 短路的暂态过程
冲击电流主要用来对电气设备和载流导体进 冲击电流主要用来对电气设备和载流导体进 动稳定校验。 行动稳定校验。
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6-2-3 短路电流的有效值 I t
短路电流有效值：在短路过程中，任一时刻t 短路电流有效值：在短路过程中，任一时刻t的短路 是指以时刻t 电流有效值 I t ，是指以时刻t为中心的一个周期内瞬 时电流的均方根值。 时电流的均方根值。
L 短路电流非周期分量衰减时间常数: 短路电流非周期分量衰减时间常数 Ta = R
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4.由于短路前后电感中的电流不能突变, t=0时刻 时刻： 4.由于短路前后电感中的电流不能突变, t=0时刻： 由于短路前后电感中的电流不能突变
I m sin(α − ϕ ′) = I pm sin(α − ϕ ) + C C = I m sin(α − ϕ ′) − I pm sin(α − ϕ )
1 t +T 2 2 1 t +T 2 (i pt + iαpt )2 dt It = it dt = T ∫t −T 2 T ∫t −T 2 在电力系统中，假定非周期电流在以时间t为中心的一个 在电力系统中，假定非周期电流在以时间 为中心的一个 周期内恒定不变， 周期内恒定不变，则：
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7．恒定电势源外电路三相短路波形： 恒定电势源外电路三相短路波形：
电流波形不再与时间轴对称， 电流波形不再与时间轴对称，而偏移至时间 轴一侧，以致将出现短路电流最大瞬时值，其大 轴一侧，以致将出现短路电流最大瞬时值， 短路电流最大瞬时值 小主要取决于短路电流非周期分量起始值。 小主要取决于短路电流非周期分量起始值。
不考虑发电机摇摆和磁饱和 假设发电机转子对称、 假设发电机转子对称、负荷电流较短路电流小很多 忽略线路电容、变压器励磁支路，高压网可忽略R 忽略线路电容、变压器励磁支路，高压网可忽略
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6-2 恒定电势源电路的三相短路
什么是恒定电势源? 什么是恒定电势源
ia = i p + iap = I pm sin(ωt + α − ϕ ) + Ce
− t Ta
其中: 短路电流周期分量幅值: 其中: 短路电流周期分量幅值: I pm = 短路后电路的阻抗角: 短路后电路的阻抗角
Em
R 2 + ω 2 L2 ωL ϕ = arctg R
t=0时刻电源电势的初始相角 α 时刻电源电势的初始相角: 时刻电源电势的初始相角
第六章 电力系统短路的基本概念及 三相短路的计算方法
1. 本章的主要目的： 本章的主要目的：
理解并掌握电力系统短路的基本概念, 理解并掌握电力系统短路的基本概念 掌握电力系统三相短路的实用计算方法。 掌握电力系统三相短路的实用计算方法。
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6-1-2 短路计算的目的 电力系统电气设计中电气设备的选择； 电力系统电气设计中电气设备的选择； 电力系统继电保护的参数的整定； 电力系统继电保护的参数的整定； 设计方案的比较； 设计方案的比较； 电力系统暂态稳定计算； 电力系统暂态稳定计算； 计算条件: 计算条件 运行方式、短路类型和地点、 运行方式、短路类型和地点、处理措施 简化： 简化：
本章重点：短路的概念以及电力系统三相短路实用计算 本章重点：短路的概念以及电力系统三相短路实用计算; 本章难点：应用计算曲线计算三相短路电流的方法 本章难点：应用计算曲线计算三相短路电流的方法;
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6-1 短路的一般概念
短路的原因、 6-1-1 短路的原因、类型及后果 1. 什么是短路 什么是短路?
为冲击系数， kim为冲击系数，1≤kim≤2
在实用计算中： 在实用计算中： 当短路发生在发电机电压母线时 ≤1.9； 当短路发生在发电机电压母线时，取kim ≤1.9； 发电机电压母线 当短路发生在发电厂高压电压母线时 ≤1.85； 当短路发生在发电厂高压电压母线时，取kim ≤1.85； 发电厂高压电压母线 当短路发生在其它时 ≤1.8； 当短路发生在其它时，取kim ≤1.8； 其它
空载情况下发生三相短路 恒定电势源外电路空载情况下发生三相短路， 恒定电势源外电路空载情况下发生三相短路，短路回路 t 为纯感性，短路时刻(t=0)初相角(合闸角)为零情况下，非 纯感性，短路时刻(t=0)初相角(合闸角)为零情况下， (t=0)初相角 情况下 ω & E 周期分量起始值最大。 周期分量起始值最大。 α ϕ′ i & I m = 0 、 = 90o 、α = 0 ϕ I 即： ϕ