第3章 电力系统短路电流计算新
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
第三章电力系统三相短路电流的实用计算�实际工程中往往只关注短路电流周期分量的起始有效值(次暂态电流)或者任意时间的周期分量有效值的计算。
�求得周期分量的起始有效值后,可选取一个冲击系数,按无限大容量电源供电情况下的三相短路计算冲击电流的方法计算冲击电流和最大有效值电流短路电流计算方法�按计算方法分为:�直接计算法�叠加原理法�按计算手段分为:�手算:简单系统直接计算,复杂系统用叠加原理法,如果计算任意时间的周期分量有效值,用运算曲线;�计算机计算:都是复杂系统,都用叠加原理法。
第一节短路电流交流分量初始值计算�一、计算的条件和近似I′′�二、简单系统的计算�三、复杂系统计算一、计算的条件和近似-电源�(1)精确:依据正常运行时节点电压、电流求电源次暂态电势(包括调相机),并设各电势相位相同。
�(2)近似:令所有发电机电势=1=1。
̇′′Ė′′E一、计算的条件和近似-电网�忽略对地电容和变压器励磁回路;�高压电网忽略电阻;�计算时用标幺制,基准电压取电网平均额定电压,变压器变比取电网平均电压比一、计算的条件和近似-综合负荷�综合负荷对短路电流的影响很难准确计及;�粗略处理:无论是短路前还是短路后,都忽略不计,但对于计算远离短路点的支路负荷有较大影响。
�精确计算:用恒定阻抗来表示,这个阻抗用故障前的潮流计算结果求得。
一、计算的条件和近似-短路点附近电动机�发电厂内部短路,发电厂的厂用电动机倒送短路电流,有称为反馈电流的现象。
�若果在电动机端点发生短路,起反馈的短路电流初始值就等于启动电流标幺值。
电弧电阻�一般设短路处为直接短路,。
实际上短路处有电弧,电弧主要消耗有功功率,其等值电阻 与电弧的长度成比例。
0==f f R z f R叫次暂态短路电流周期分量初始值 次暂态:是只在发生短路过程中计及发电机阻尼的作用。
(1)直接法(2)叠加原理二、简单系统计算I ′′I ′′(1)直接法21311x x I +=′′假设条件:(1)不及负荷对短路电流的影响;(2)故障前空载,电源电压为1;(3)直接接地。
新能源电力系统的短路电流计算与分析
新能源电力系统的短路电流计算与分析第一章引言新能源电力系统是指利用可再生能源(如风能、太阳能、水能)进行发电的电力系统。
随着可再生能源应用的推广和深化,新能源电力系统在能源结构调整和环境保护方面发挥着重要作用。
而短路电流是电力系统中一个重要的技术指标,它与电路的安全性以及设备的稳定运行密切相关。
本章将介绍新能源电力系统的短路电流计算与分析。
第二章新能源电力系统的短路电流计算2.1 短路电流的定义和意义短路电流是指电路中在短路点处流动的最大电流。
它能够评估电源、线路和设备承受短路故障时的能力,为系统的保护设置和安全运行提供依据。
2.2 短路电流计算方法短路电流的计算是新能源电力系统设计和运行中的重要问题。
常用的短路电流计算方法包括相域法、复归法和暂态法等。
根据系统性质和计算要求的不同,选择合适的计算方法进行短路电流计算。
2.3 影响短路电流的因素新能源电力系统的短路电流受到多种因素的影响,包括电源特性、线路参数和接地方式等。
在进行短路电流计算时,需要考虑这些因素对系统电流的影响。
第三章新能源电力系统的短路电流分析3.1 短路电流与系统保护短路电流是系统保护设置的重要依据。
通过对短路电流进行分析,可以确定合理的保护设置,提高电力系统的安全性和可靠性。
3.2 短路电流与线路设备的选择短路电流对线路设备的选择和铜铝导线的截面积有一定要求。
通过对短路电流进行分析,可以评估线路设备的适应性,为设备的选择提供依据。
3.3 短路电流与系统运行的稳定性短路电流对系统运行的稳定性有重要影响。
在新能源电力系统中,短路电流的变化会导致系统电压和频率的波动,影响系统的稳定运行。
第四章实例分析:某新能源电力系统的短路电流计算与分析通过对某新能源电力系统的实际数据进行分析,计算短路电流,并对短路电流进行分析。
结合系统的实际情况,提出相应的改进措施,以提高系统的安全性和稳定性。
第五章结论本文对新能源电力系统的短路电流计算与分析进行了系统的介绍和探讨。
电力系统短路电流计算
电力系统短路电流计算电力系统短路电流计算是电力系统设计和运行中非常重要的一项工作。
短路电流是指在系统发生故障时电流的最大值,通常由短路电流计算来确定。
短路电流的计算对于保护设备的选择、电路设计和系统运行状态的分析都具有重要意义。
短路电流计算主要分为对称分量法和非对称分量法两种方法。
下面将对这两种方法进行详细介绍。
1.对称分量法:对称分量法是一种传统的短路电流计算方法,它将三相电流分解为正序、负序和零序三个对称分量,然后再计算每个分量的短路电流。
对称分量法的计算步骤如下:a.首先需要确定系统的短路电流初始值。
可以通过测量系统的各个节点电压和电流来获得。
一般来说,短路电流初始值取系统额定电流的2-3倍。
b.将系统的正常运行条件下的三相电流表示为复数形式:iA,iB和iC。
c.计算三相电流的正序分量:I1=(iA+α^2*iB+α*iC)/3,其中α=e^(j2π/3),j为虚数单位。
d.计算三相电流的负序分量:I2=(iA+α*iB+α^2*iC)/3e.计算三相电流的零序分量:I0=(iA+iB+iC)/3f.计算每个分量的短路电流。
可以使用短路电流公式和阻抗矩阵来计算。
例如,正序分量的短路电流I1'=Z1*I1,其中Z1为正序阻抗。
g.将三个分量的短路电流叠加得到总的短路电流。
2.非对称分量法:非对称分量法是一种更加准确的短路电流计算方法,它考虑了系统故障时的非对称特性,可以更好地反映系统的短路电流分布。
非对称分量法的计算步骤如下:a.获取系统正常运行条件下的三相电流。
b. 将三相电流转换为abc坐标系下的矢量形式。
c.计算叠加故障电流矢量。
d. 将叠加故障电流矢量转换为dq0坐标系的正序、负序和零序分量。
e.根据正、负、零序分量计算短路电流。
非对称分量法相比于对称分量法更加准确,但在计算过程中需要考虑更多的参数和细节,计算复杂度较高。
需要注意的是,短路电流计算是在假设系统中所有设备均采用理想的电气参数的情况下进行的。
第3章-短路电流计算
确定合理的主接线方案和运行方式
第三章
短路电流计算
无限大容量供电 系统三相短路分析
第二节
第三章
短路电流计算
一、无限大容量电源概念
无限大容量供电系统定义
内阻为零
端电压恒定不变 短路电流周期分量恒定不变
通常将电源内阻抗小于短路回路总阻抗10%的电源看作无限大
容量供电系统;一般的工矿企业供电系统的短路点离电源的距
产生最大短路电流的条件
最大三相短路电流是指最大短路电 流瞬时值。由ik的公式可以知道,短 路电流瞬时值最大的条件就是短路电 流非周期分量初始值最大的条件。 短路电流非周期初始值既与短路
前的负载情况有关,又与短路发生时
刻、短路后回路性质有关。 因此,当供电回路为空载Im=0或者cosψ=1时,Im与横轴重合。电源 电压过零(电源电压与横坐标重合)时短路,而且短路回路为纯感性, 则短路电流非周期初始值最大。
短路电流计算
无限大电源容量的暂态过程
设电源电压为: 正常运行电流为:
u ph = U phm sin(wt + q) i = I phm sin(wt + q - f )
I phm = U phm / ( R + Rlo )2 + (wl + wLlo )2
式中:I
-短路前电流的幅值
phm
-短路前回路的阻抗角
对于纯感性电路ksh =2;
第三章
有效值,
短路电流计算
短路冲击电流的有效值Ish是指短路后第一个周期的短路电流全电流的
I sh =
I
2 pe (0.01)
+I
电力系统短路电流新算法
电力系统短路电流新算法王毅华北京供电局(100031)电力系统短路电流计算,采用有名单位制,既简单,又能建立数据概念。
其计算方法是,首先依据电力系统接线图作出向中间电压级归算的等值网。
再向短路点简化成从电源到短路点的等值阻抗X∑,用欧姆定律计算短路电流。
若短路点不在等值网归算的中间电压级,不需再作等值网,只需将该网在短路点所计算的短路电流乘以一个电压比即可。
它具有用标么值计算短路电流的一切优点,能用计算机算短路电流。
下面举个算例:例:电网接线及参数如图1所示,试对D1、D2点进行三相短路电流计算。
解:作向中间电压级35kV归算的等值网(见图2):求D1点三相短路电流:D1点在归算电压级,所求出的电流即为该点短路电流真实值。
向短点D1简化(见图3)。
X6=X1+X2+X3=1+1+2.7=4.7ΩD1点短路电流:求D2点三相短路电流:利用归算至35kV电压级的等值网,向D2点简化,不需再作向D2所在电压级10kV归算的等值网(见图4)。
图4X7=X6+X4+X5=4.7+4+13.7=22.4ΩD2点短路电流:先计算出归算至35kV电压级等值网D2点的短路电流:短路点D2所在的电压级为10kV,应将等值网35kV电压级D2点的短路电流向D2点所在的实际10kV电压级进行电流归算。
不同电压级的电流归算应乘以电压比,所以10kV电压级的D2点的短路电流:向35kV电压级归算等值网的阻抗值比向10kV电压级归算等值网的阻抗值大倍,当计算10kV电压级D2点短路电流时,用35kV电压级的等值网向D2点简化,求得等值阻抗X7,再将X7值向10kV电压级归算:。
用X7′就可以直接计算10kV 电压级D2点的短路电流。
此种算法可以理解成用有名值计算短路电流:先向某中间电压级归算作等值网,求某电压级短路点的短路电流时,就向该短路点简化,将简化求得的等值阻抗再归算至短路点所在的电压级,就可用欧姆定律求短路点短路电流的有名值,等值网只需作一个。
第三章电力系统三相短路的实用计算
计算的条件和近似:电源
E|0| U|0| jI|0| xd
发电机的等值电动势为次暂态电动势; 等值电抗为直轴次暂态电抗; 若忽略负荷,则短路前为空载状态,所有电源的等值电动 势标幺值均为1,且同相位。 当短路点远离电源时,发电机端电压母线看作恒定电压源。
计算的条件和近似:电网 • 忽略线路对地电容和变压器的励磁回路 • 计算高压网时忽略电阻,低压网和电缆 线路用阻抗模值计算 • 标幺值计算中取变压器变比为平均额定 电压之比
计算的条件和近似:负荷 • 不计负荷(均断开)。 • 短路前按空载情况决定次暂态电动势, 短路后电网上依旧不接负荷。 • 近似的可行性是由于短路后电网电压下 降,负荷电流<<短路电流。
计算的条件和近似:电动机
• 短路后瞬间电动机倒送短路电流现象:图3-1 异步电动机在失去电源后能提供短路电流: 机械惯性和电磁惯性。 异步电动机短路电流中有交流分量和直流分量。
• 电力系统短路电流的工程计算只要求计 算短路电流基频交流分量的初始值,即 次暂态电流 I 。
WHY? 由于使用快速保护和高速断路器以后, 断路器开断时间小于0.1S
Q:各种电机的时间常数的大致范围为多少?
P32 表2-2
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
第一节 短路电流交流分量初始值计算
线形 网络
I f
f
只有第i个电势源 单独作用时的电 流分布
Iii
表示第i个电势源单独作用时从节点i流入网络的电流 表示第j个电势源单独作用时从节点i流出网络的电流
Iij
第i个电源节点的电流可以表示为:
I i I ii I ij
j 1 j i
n
供配电第3章短路电流计算
4. 短路造成停电,给国民经济带来损失,给人民生 活带来不便。
5. 严重的短路将电力系统运行的稳定性,使同步发 电机失步。
6. 单相短路产生的不平衡磁场,对通信线路和弱电 设备产生严重的电磁干扰。
四、防止短路对策
预防性试验 正确安装和维护防雷设备 文明施工 严格遵守操作规程
式中,Ksh·M为电动机的短路电流冲击系数,低压电动机 取1.0,高压电机取1.4~1.6 ;IN·M为电动机额定电流;
为电动机的次暂态电势标幺值;
为电动机的次暂态电抗标幺值;
该两参数可查表(见书P60 表3-2)。 实际计算中,只有当高压电动机单机或总容量大于 1000kW,低压电动机单机或总容量大于100kW; 在靠近 电动机引出端附近发生三相短路时,才考虑电动机对冲 击短路电流的影响.
电源到变电站母线间的阻抗情况未知, 但是已知:
(1)变电站母线出线侧短路容量 或(2)供电线路电源端上的断路器的断流容量
各主要元件的阻抗标幺值
2)电力变压器的电抗标幺值 3)电力线路的阻抗标幺值
4)电抗器的电抗标幺值
标幺制短路阻抗计算
• 按电路结构计算短路总阻抗
• 考虑短路总电阻值与短路总电抗值之间 的大小关系
第1节 概述
短路的概念:
运行中的电力系统或工厂供配电系统的相与相或者相 与地之间发生的金属性非正常连接。
原因:
(1)电力系统中电器设备载流导体的绝缘损坏。 造成绝缘损坏的原因主要有设备绝缘自然老化,绝缘
受到机械损伤,设备本身的质量问题;操作过电压或大气过 电压引起的过电压击穿等。 (2)人为故障,包括:设计、安装和维护不良,及误操作。
第三章 电力系统三项短路电流的使用计算
近似计算2:
假设条件:
所有发电机的电势为1,相角为 0,即 E 10 不计电阻、电纳、变压器非标准变比。 不计负荷(空载状态)或负荷用等值电抗表示。 短路电路连接到内阻抗为零的恒定电势源上
起始次暂态电流和冲击电流的 实用计算
没有给出系统信息
X S*
IB IS
有阻尼绕组 jxd
jxd 无阻尼绕组
E
E
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
•起始次暂态电流:短路电流周期分量(基频分量) 的初值。
•静止元件的次暂态参数与稳态参数相同。
•发电机:用次暂态电势 E 和次暂态电抗 X d
表示。
E G 0 U G 0 jX dIG 0
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
(3)短路电流使用计算步骤
较精确计算步骤
绘制电力系统等值电路图 进行潮流计算 计算发电机电势 给定短路点,对短路点进行网络简化 计算短路点电流 由短路点电流推算非短路点电流、电压。
例题
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
电力系统三相短路的实用计算
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
(1)同步发电机的模型
ia
Eq xd
cos(t
0 )
Ed xq
sin(t
0 )
I cos(t 0-)
ia
Eq|0| xd
当cos(xtd
0
)xq(时Exqd|0|
Exqd|0I| )cos(x1td0E)qe|0|Ttd E(qE|0x|qd|0| ExE|dx0q|d|0|
第3章短路电流的计算
第3章 短路电流的计算
3.2.2 无限大容量系统三相短路时的暂态过程及物理量 1. 无限大容量系统三相短路时的暂态过程 图3-2(a)为无限大容量系统发生三相短路时的电路图,图中
第3章 短路电流的计算
2. 短路的后果 电力系统发生短路时,系统的总阻抗会显著减小,短路所 产生的电流随之剧烈增加。如在大容量的电力系统中短路电流 可达几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时,系统中的 电压将大幅度下降,如三相短路时,短路点的三相电压均降到 零,靠近故障点的各点电压也将显著下降。因此,短路的后果 往往都是具有破坏性的。
I″=I∞=Ik=Ip
(3-14)
第3章 短路电流的计算
3.2.3 三相短路电流计算的目的 在第2章我们介绍了确定供配电系统计算负荷的目的,即按
计算负荷所选择的导体和电气设备在正常工作条件下是安全的。 但是电力系统在运行过程中难免会出现各种故障和不正常的工作 状态,特别是短路故障会使系统的正常运行遭到破坏,甚至会使 导体或电气设备损坏,其后果是十分严重的。因此,需要计算供 配电系统在短路故障条件下产生的电流,以便正确选择电气设备, 使设备具有足够的动稳定性和热稳定性,以保证在发生可能有的 最大短路电流时不致损坏。同时,为了选择切除短路故障的开关 电器、 整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件 等,也必须计算短路电流。在电力系统中,发生单相短路的
第3章 短路电流的计算
5) 短路电流对电力系统稳定性的影响 严重的短路故障有可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏, 使并列运行的发电机组失去同步,进而导致电力系统解裂,甚至 “崩溃”,引起大面积的停电,这是短路故障最严重的后果。 由此可见,短路的后果是十分严重的。所以在供电系统的设 计和运行中,首先应设法消除可能引起短路的一切原因。此外, 为了减轻短路的一切后果和防止故障的扩大,就需要计算短路电 流,以便正确地选择和校验各种电气设备,进行继电保护装置的 整定计算以及选用限制短路电流的电器。
第三章电力系统三相短路电流的实用计算
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算上一章讨论了一台发电机的三相短路电流,其阐发过程已经相当复杂,并且还不是完全严格的。
那么,对于包含有许多台发电机的实际电力系统,在进行短路电流的工程实际计算时,不成能也没有必要作如此复杂的阐发。
实际上工程计算时,只要求计算短路电流基频交流分量的初始值I ''即可。
1、I ''假设取 1.8M K =2.551.52M ch M ch i i I I I I ''==''==2、求I ''的方法:〔1〕手算 〔2〕计算机计算〔3〕运算曲线法:不单可以求0t =时刻的I ',还可以求任意时刻t 的t I 值。
§3-1I ''的计算〔I ''-周期分量起始有效值〕一、计算I ''的条件和近似1、电源参数的取用〔1〕发电机: 以101E ''和d X ''等值〔且认为d q X X ''''=,即都是隐极机〕 101101101d E U jI X ''''=+ 〔3-1〕101E ''在0t =时刻不突变。
〔2〕调相机: 与发电机一样,以101E ''和d X ''等值 但应注意:当调相机短路前为欠激运行时,∵101101E U ''< ∴不提供§3-2应用运算曲线法求任意时刻周期分量有效值tI由上章的阐发可知,即使是一台发电机,要计算其任意时刻的短路电流,也是较繁的。
首先必需知道各时间常数、电抗、电势参数,然后进行指数计算。
这对工程上的实用计算显然不适合的。
50年代以来,我国电力部分持久采用畴前苏联引进的一种运算曲线法来计算的。
此刻试行据我国的机组参数绘制的运算曲线,下面介绍这种曲线的制定和应用。
第三章电力系统三相短路电流的实用计算
为短路电流周期分量是不衰减的,而求得的短路电流周 期分量的有效值即为起始次暂态电流 I 。
例3-1 (P66)
条件与近似
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 a)直接法(如图(3-1)所示)
假设条件: 1.所接负荷为综荷
2. E 1 0
短路电流为:
1 1 I f x1 x2
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
(a)
(b)
(a)等值网络 (b)分解后正常、故障运行网络 图3-4 计及负荷时计算短路电流等值网络
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
(c)
(d) 图3-5 不计及负荷短路电流计算等值网络
正常运行方式为空载运行,网络各点电压为1;
故障分量网络中, U f 0 1
U1 Z11 Z U 2 21 U i Z i1 Z f 1 U f U n Z n1 Z12 Z 22 Zi 2 Zf2 Zn2 Z1i Z1 f Z 2i Z 2 f Z ii Z fi Z ni Z if Z ff Z nf Z1n 0 Z1 f Z2 n 0 Z2 f Z in Z if (3-16) Z fn I f Z ff Z nn 0 Z nf
同步发电机计算方法与调相机类似;
异步电动机短路失去电源后能提供短路电流。
突然短路瞬间,异步电动机在机械和电磁惯性作用下,
定转子绕组中均感应有直流分量电流,当端电压低于 次暂态电动势时,就向外供应短路电流。
第三章短路电流及其计算
受到外力损伤而造成短路。
工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作,或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中,也可能造成短路。 鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间,或者设备和导线的绝缘被鸟兽咬坏,也是导致短路的一个原因。 (二). 短路的后果 短路后,短路电流比正常电流大得多。在大电力系统中,短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供 电系统产生极大的危害: (1). 短路时要产生很大的电动力和很高的温度,而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏。 (2). 短路时短路电路中的电压要骤然降低,严重影响其中电气设备的正常运行。 (3). 短路时保护装置动作,要造成停电,而且越靠近电源,停电的范围越大,造成的损失也越大。 (4). 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造成系统解列。 (5). 不对称短路包括单相短路和两相短路,其短路电流将产生较强的不平衡交变磁场,对附近的通信线路、电子设备等 产生干扰,影响其正常运行,甚至使之发生误动作。
由此可见,短路的后果是十分严重的,因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素;同时需要进行短路电流的计 算,以便正确地选择电气设备,使设备有足够的动稳定性和热稳定性,以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。 为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件如电抗器等,也必须计算短 路电流。 (三). 短路的形式 在三相系统中,可能发生三相短路、两相短路、 单相短路和两相接地短路。三相短路,用文字符号k (3) 表示,如图3-1a所示。两相短路,用k (2)表示,如图3-
二. 短路电流的电动效应和动稳定度校验
三. 短路点附近交流电动机的反馈电流影响 四. 短路电流的热效应和热稳定度校验 复习思考题 习 题
电力系统短路电流计算
电力系统短路电流计算电力系统的稳定运行与安全运行密切相关,而短路电流是电力系统中一种重要的故障电流。
准确计算电力系统中的短路电流,对于电力系统的设计、运行和保护都具有重要的意义。
一、短路电流的定义与性质短路电流是指电力系统中发生短路故障时,电流流过故障点的大小。
短路电流的大小与电源电压、电源电阻、故障点的电阻以及系统的电抗有关。
短路电流具有以下性质:1. 短路电流非常大,远远超过正常工作电流。
这是因为短路故障会导致电阻减小,电流增大。
2. 短路电流的大小取决于电源的能力以及系统的电抗。
电源能力越强,系统电抗越小,短路电流越大。
二、短路电流计算的方法为了准确计算电力系统中的短路电流,常用的方法有两种:解析计算和数值计算。
1. 解析计算方法解析计算方法是基于电力系统的等效电路模型,通过求解电路方程得到短路电流的解析解。
这种方法适用于简单的电力系统,具有计算速度快、计算结果准确的优点。
但是对于复杂的电力系统,由于等效电路模型难以建立,解析解难以求得,因此不适用于复杂系统的短路电流计算。
2. 数值计算方法数值计算方法是基于计算机仿真技术,通过数值计算求解电力系统的短路电流。
这种方法适用于复杂的电力系统,可以考虑到系统的各种参数和非线性特性,计算结果更为准确。
数值计算方法一般采用数值电磁暂态仿真软件进行,如PSCAD、EMTP等。
三、短路电流计算的步骤无论是解析计算方法还是数值计算方法,短路电流的计算都需要经过以下几个步骤:1. 电力系统建模将电力系统转化为等效电路模型,包括发电机、变压器、线路、负荷等元件,并确定各元件的参数。
2. 故障类型确定确定故障类型,包括对称短路故障和不对称短路故障。
对称短路故障是指发生在电力系统三相之间的故障,不对称短路故障是指发生在电力系统三相之间的不平衡故障。
3. 故障点位置确定确定故障点的位置,即故障发生的地点。
根据故障点的位置,可以确定故障电流的路径和影响范围。
4. 系统参数计算根据电力系统的等效电路模型和故障点的位置,计算系统的参数,包括电阻、电抗等。
电力系统暂态分析第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算3.1 短路电流交流分量初始值计算3.1.1 计算假设条件● 发电机:一般用次暂态电抗和次暂态电势表示:dx I j U E ''+=''00.0 即需根据短路前的潮流计算确定发电机的端电压和电流,并确定发电机的次暂态电势。
但当不计负荷时,则所有发电机的次暂态电势均取为额定电压,标幺值为1,而且同相位。
● 电网元件:不计所有元件的对地导纳支路,对高压网络只考虑元件的电抗,对必须考虑电阻的低压网络或电缆线路可近似用元件阻抗的模值进行计算;变压器变比取平均额定电压比。
● 综合负荷:综合负荷对短路电流的影响很难准确计及,最简单粗略的处理方法是不考虑负荷(即断开),此时所有发电机的次暂态电势均取为额定电压,标幺值为1,而且同相位。
若要考虑负荷,则需根据短路前的潮流计算确定发电机的端电压和电流,并确定发电机的次暂态电势。
● 短路点附近的电动机:其内电势会高于其端电压,会提供短路电流,应作为电源考虑。
● 一般假设短路点为直接短路3.1.2 简单系统起始次暂态电流的计算● 方法一:1)根据短路前的等值电路和运行情况计算各发电机的次暂态电势(当不计负荷时,可直接取所有发电机的次暂态电势均取为额定电压,标幺值为1,而且同相位;2)作短路后的等值电路(各发电机的次暂态电势的值由步骤1确定);3)对短路后的等值电路进行化简(注意保留化简步骤):a)只保留各电源点或等值电源点和故障点,求各电源点对故障点的转移电抗if x ;或b)只一个等值电源点和保留故障点,求由故障点看进去的等值电源E ∑和等值电抗x ∑。
4)求故障点电流;5)由求出的故障点电流,由故障点倒退回去求电流分布和电压分布;3.2 其他时刻短路电流交流分量有效值的计算(运算曲线)在进行设备选择和继电保护整定计算中,不仅需要计算次暂态电流还需要用运算曲线法计算指定时刻短路电流交流分量的有效值。
新能源电力系统短路电流计算
新能源电力系统的短路电流计算是确保系统运行安全和设备选型的重要一环。
以下是一般情况下新能源电力系统短路电流计算的基本步骤和注意事项:
步骤:
1. 系统参数获取:收集系统的电气参数,包括额定电压、额定频率、短路电压、变压器容量等。
2. 短路电流路径确认:确定短路点和可能出现短路的位置,包括发电机、母线、变压器、电缆等设备。
3. 短路电阻计算:根据系统结构和设备参数计算各部分的电阻值,包括电缆电阻、变压器电阻等。
4. 对称分量计算:将系统转换为对称分量,便于计算短路电流。
5. 短路电流计算:使用合适的计算方法(如莫霍尔斯法、赫德子公式等)计算系统各个节点处的短路电流值。
6. 短路电流比较:将计算得到的短路电流与设备的额定短时电流承受能力进行比较,确保设备可以承受短路电流。
7. 结果分析与处理:分析计算结果,评估系统的短路能力,根据需要进行调整和优化。
注意事项:
-准确性:系统参数的获取和计算过程需要准确无误,避免因数据不准确导致计算错误。
-安全性:确保在计算过程中考虑系统的安全性,避免短路电流超过设备承受范围。
-合理性:选择合适的计算方法和工具,确保计算结果合理可靠。
-经验与理论结合:在计算过程中结合实际经验和理论知识,综合考虑系统的特点和情况。
综合以上步骤和注意事项,可以进行新能源电力系统短路电流计算,确保系统在运行过程中能够稳定可靠地工作,达到设计要求。
如果遇到复杂情况或有特殊要求,建议寻求专业电力系统工程师的帮助进行计算和评估。
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I m sin( [ 0 ] ) I pm sin( ) c
c inp 0 I m sin( [ 0 ] ) I pm sin( )
A相短路电流:
ia I pm sin( t ) [ I m sin( [ 0] ) I pm sin( )]e t / Ta
电力工程基础 2015.3
I I I I A A1 A2 A0
I I I a2I aI I I B B1 B2 B0 A1 A2 A0 I I I aI a2I I I C C1 C2 C0 A1 A2 A0
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周期分量:
i p I pm sin( t )
I pm U m / R (L)
2 2
arctg
L
R
非周期分量:
inp ce
t Ta
Ta= L / R
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短路全电流表达式
i A i pm inp I pm sin( t ) ce t / Ta
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§3-4 电力系统三相短路电流的实用计算
§3-4-1
电抗标么值、有名值的计算
取平均额定电压进行计算,则系统的端电压 U=Uav ,若
选取UBJ =Uav,则无限大功率系统的端电压的标幺值,为 1
各元件电抗标幺值、有名值 网络的平均电压如表P82
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各元件的电抗有名值计算公式:
线路电抗
变压器短路电抗
X L X 0l l
2 U K % U TN XT 100 S TN
电抗器电抗
X R % U RN XR 100 I RN
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各元件的电抗标幺值计算公式:
线路电抗
SB X L* X 0 l l 2 U BJ
电抗器电抗
X R*
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2、最大有效值电流Ish——短路全电流的最大有效值 短路全电流的有效值It :是指以 t 时刻为中心的一 周期内短路全电流瞬时值的均方根值,即
It
1 T
T 2 2 T t t 2 t
i dt
It
1 T
T 2 T t 2 t
(i pt it ) 2 dt
1 2K M 1
2
当KM=1.9时,IM =1.145Ipm;KM =1.8时,IM =1.075Ipm。
IM 用途 :校验电气设备的断流能力或耐热强度。
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3-2-3 短路功率(短路容量)
短路功率等于短路电流有效值乘以短路处的正常工 作电压(一般用平均额定电压),即
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简化假设
负荷用恒定电抗表示或略去不计; 认为系统中各元件参数恒定,在高压网络中不计元 件的电阻和导纳,即各元件均用纯电抗表示,并认 为系统中电源为无穷大,即使有内电抗存在。 系统除不对称故障处出现局部不对称外,其余部分 是三相对称的。
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§3-2 无限大功率电源供电的三相短路电流分析
iM K M I pm K M 2 I p 1.8 2 2.31kA 5.88kA
6. 短路容量
S BJ 100 S MVA 148MVA X * 0.676
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§3-5 电力系统不对称短路的分析和计算(简介)
3.5.1 对称分量法
3.5.2 电力系统各元件的序阻抗和各序等值电路 3.5.3 电力系统不对称短路处电压、电流的分析及计算 3.5.4 不对称短路非故障处电压、电流的计算
解: 取SBJ =100MVA, UBJ =Uav 。 1. 计算各元件电抗标幺值: 线路:XL*=0.4×50×100/1152=0.151 变压器: XT*=(10.5/100)×(100/20)=0.525 2. 电源至短路点的总电抗为
X∑*=XL*+XT*=0.676
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解之得:
1 a2I I A1 I A aI B C 3 1 I a2I aI I A2 A B C 3 1 I I I I A0 A B C 3
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从上式可得:
零序电流必须以中性线(或地线)作为通路,且 中性线中的电流为一相零序电流的3倍;三角形 接法中,相电流中的零序分量在闭合的三角形中 自成环流,线电流中没有零序分量。
Im Um ( R R) 2 2 ( L L) 2
[ 0 ] arctg
( L L) R R
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设在t = 0秒发生三相短路时的微分方程
dia L Ri a U m sin( t ) dt
其解为:
Um iA sin( t ) ce t / Ta I pm sin( t ) ce t / Ta Z
0.01 Ta
) I pm K M I pm
KM 1 e
0.01 Ta
且有: 1≤KM ≤2 工程计算时: 在发电机电压母线短路,取KM =1.9; 在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后 发生短路时,KM =1.85; 在其他地点短路时,KM =1.8 用途:校验电气设备和载流导体在短路时的电动力稳定度。
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3.5.1
对称分量法
对称分量法的原理是: 一个不对称的量,可以分解成三相对称的量,分 别是:正序、负序和零序 引入旋转相量: a e
j1200
a2I I aI 正序分量: I B1 A1 C1 A1 aI I a2I 负序分量: I B2 A2 C2 A2 I I 零序分量: I B0 C0 A0
简化,近似得
2 2 I pt I t
短路全电流的最大有效值 IM :出现在短路后的第一 周期内,又称为冲击电流的有效值。
I t it
I pt I pm
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2 0.707 I pm
IM
I
pm
/
2
2
2 i t t 0.01s
0.707 I pm
I p I p* I d
Id X *
Sd 短路功率: S I p* S d X *
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二、采用有名值方法的计算:
用短路点的平均电压除以短路点侧的等效电抗。
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例 3-1 某变压器由无限大功率电源供电,如图所示, 当在k点发生三相短路时,试计算短路电流的周期分量, 冲击电流及短路功率(取KM =1.8)。
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二、短路的类型 对称短路 —— 三相短路
三相电流和电压仍是对称的 不对称短路 : 两相短路: 单相接地短路: 两相短路接地:
k(1, 1) k(1)
k(3)
k(2)
常见是单相接地短路 相间短路与接地短路 : 相间短路:三相短路、两相短路 接地短路:单相接地短路、两相短路接地
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出现条件:①φ≈90°②短路前空载(Im=0)③合闸角α=0
故有
i A I pm cos t I pme
t Ta
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当t=0.01s时出现最大值:
iM I pm I pme
冲击系数KM:
0.01 Ta
(1 e
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运行人员违反安全操作规程而误操作,如带负荷拉隔 离开关,线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压 等。
短路的后果
强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加,短 路持续时间较长时,足以使设备因过热而损坏甚至 烧毁; 巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的 电动力,可能使导体变形、扭曲或损坏; 短路将引起系统电压的突然大幅度下降,系统中主 要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转,造 成产品报废甚至设备损坏;
无限大功率电源:容量无限大,内阻抗为零。端电压 保持恒定。 短路计算中,当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的 5%~10%时,就可以近似认为此电源为无限大功率电源。
3-2-1短路暂态过程分析 短路前 u U m sin( t )
i I m sin( t [ 0 ] )
第3章 电力系统的短路电流计算(5学时)
§3-1 电力系统的短路故障
重 点
§3-2 无限大功率电源供电的三相短路电流分析 §3-3 同步发电机三相短路电流的实用计算(不讲)
§3-4 电力系统三相短路电流的实用计算(重点) §3-5 电力系统不对称短路的分析和计算(简介)
§3-6 计算机计算复杂系统短路电流原理及框图 (不讲)
St 3U av I t
用标么值表示: St* St Sd 3U av I t I t I t* Id 3U av I d
也就是说,当假设基准电压等于正常工作电压时,短路功 率的标幺值与短路电流的标幺值相等。因此 St=It*Sd 短路功率的含义:一方面开关要能切断这样大的短路电流; 另一方面,在开关断流时,其触头应能经受住工作电压的 作用。 因此,短路功率只是一个定义的计算量,而不是测量量。
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三、短路计算的目的和简化假设 计算短路电流的主要目的
为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性 提供依据,为此,计算短路冲击电流以校验设备的机 械稳定性,计算短路电流的周期分量以校验设备的热 稳定性;