供配電系統(tǒng)短路電流計算論述.ppt

短路電流計算,5.1 概述,5.2 短路過渡過程和短路電流計算,5.3 標(biāo)幺值和短路回路的等值阻抗,5.4 高壓電網(wǎng)短路電流計算,5.5 低壓電網(wǎng)短路電流計算,5.6 短路容量及其討論,5.1 概述,短路定義 電力系統(tǒng)某處相與相或相與地直接的“短接”。,產(chǎn)生原因 1.電氣設(shè)備、元件的絕緣損壞 2.自然原因 3.人為事故誤操作,短路的危害 1. 短路電流的熱效應(yīng)使設(shè)備急劇發(fā)熱，可能導(dǎo)致設(shè)備過熱損壞； 2. 短路電流產(chǎn)生電動力，可能使設(shè)備永久變形或嚴(yán)重?fù)p壞 ； 3. 短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響用戶的正常工作 ； 4. 短路可能使電力系統(tǒng)的運(yùn)行失去穩(wěn)定； 5. 不對稱短路產(chǎn)生的不平衡磁場，會對附近的通訊系統(tǒng)及弱電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作 。,短路類型,1.三相短路(a) 2.兩相短路(b) 3.單相接地(c,d) 4.兩相接地 (e,f),1.三相短路(a),2.兩相短路(b),3.單相接地(c,d),4.兩相接地 (e,f),短路電流計算的目的 1.選擇和校驗各種電氣設(shè)備； 2.合理配置繼電保護(hù)和自動裝置 ； 3.作為選擇和評價電氣主接線方案的依據(jù) 。,簡化假設(shè) 1. 負(fù)荷用恒定電抗表示或略去不計 ； 2. 在高壓網(wǎng)絡(luò)中各元件均用純電抗表示 ； 3. 系統(tǒng)除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱外,其余部分 是三相對稱的 。,5.2 短路過渡過程和短路電流計算,一、無窮大容量系統(tǒng),目的：簡化短路計算,無窮大容量系統(tǒng)：指電源內(nèi)阻抗為零，供電容量相對于用戶負(fù)荷容量大得多的電力系統(tǒng)。不管用戶的負(fù)荷如何變動甚至發(fā)生短路時，電源內(nèi)部均不產(chǎn)生壓降，電源母線上的輸出電壓均維持不變。,在工程計算中，當(dāng)電源系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的5%10%，或者電源系統(tǒng)的容量超過用戶容量的50倍時，可將其視為無窮大容量電源系統(tǒng)。,二、 無窮大容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)過程,1、正常運(yùn)行,短路前電路中電流為：,式中： 短路前電流的幅值 短路前回路的阻抗角 電源電壓的初始相角，亦稱合閘角；,短路后電路中的電流應(yīng)滿足：,短路的全電流可以用下式表示,短路電流周期分量的幅值， 短路后回路的阻抗角， 短路回路時間常數(shù)， C 積分常數(shù)，由初始條件決定，即短路電流非周 期分量的初始值 。,2、短路時,式中：,由于電路中存在電感，而電感中的電流不能突變，則短路前瞬間（用下標(biāo)0表示）的電流i0應(yīng)該等于短路發(fā)生后瞬間（用下標(biāo)0表示）的電流i0，將t0分別代入短路前后的電流表達(dá)式,可得,因此，短路的全電流為,3.無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電壓、電流曲線如下圖：,1. 短路電流沖擊值,短路電流沖擊值,即在發(fā)生最大短路電流的條件下，短路發(fā)生后約半個周期出現(xiàn)短路電流最大可能的瞬時值。,式中Ksh稱為沖擊系數(shù)，取決于R、L，1 Ksh 2。 在高壓供電系統(tǒng)中通常取Ksh =1.8； 低壓供電系統(tǒng)中如容量為以下車間變電所的出口處發(fā)生短路，常取Ksh =1.3。,三相短路全電流的特征值,(用來校驗電氣設(shè)備短路時的動穩(wěn)定性),2.短路沖擊電流有效值,短路沖擊電流有效值指的是短路后的第一個周期內(nèi)短路全電流的有效值。 為了簡化計算，可假定非周期分量在短路后第一個周期內(nèi)恒定不變，取該中心時刻t=0.01s的電流值計算。對于周期分量，無論是否為無窮大容量電源系統(tǒng)，在短路后第一個周期內(nèi)都可認(rèn)為是幅值恒定的正弦量。所以,(用來校驗設(shè)備在短路沖擊電流下的熱穩(wěn)定性),3.短路功率,短路功率又稱為短路容量，它等于短路電流有效值同短路點(diǎn)所在電壓等級的平均電壓（一般用平均額定電壓）的乘積。其物理意義為無窮大容量電源向短路點(diǎn)提供的視在功率。,5.3 標(biāo)幺值和短路回路的等值阻抗,標(biāo)幺制：,是相對單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理 量都用相對值表示。,注：標(biāo)幺值是一個沒有單位的相對值，通常用帶* 的上標(biāo)以示區(qū)別。,一、標(biāo)幺制和標(biāo)幺值,在供配電系統(tǒng)短路計算時，一般涉及電壓、電流、視在功率和阻抗四個基本參數(shù)。,各量基準(zhǔn)值之間必須服從電路的歐姆定律和功率方程式。，也就是說在三相電路中，電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值Uj、 Ij 、 Sj 、 Zj要滿足下列關(guān)系：,二、基準(zhǔn)值的選取,一般選取容量和電壓的基準(zhǔn)值Sj和Uj，,基準(zhǔn)容量：工程設(shè)計中通常取,基準(zhǔn)電流：,基準(zhǔn)電壓：通常取元件所在電壓等級的平均額定電壓為 基準(zhǔn)電壓，即取,基準(zhǔn)阻抗：,三、標(biāo)么制的優(yōu)點(diǎn),1.簡化計算過程中的數(shù)字位； 2.可不再進(jìn)行參數(shù)折算；,阻抗標(biāo)么值，與基準(zhǔn)功率和元件所在網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓有關(guān)。,3.有的參數(shù)具有相同的標(biāo)幺值,四、標(biāo)幺值換算,在采用標(biāo)幺值進(jìn)行計算時，要進(jìn)行基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓的換算。,現(xiàn)以變壓器為例說明標(biāo)幺值的換算的關(guān)系，變壓器銘牌參數(shù)給出的標(biāo)幺值參數(shù)為Z*TN 和R*TN ，該標(biāo)幺值參數(shù)是以變壓器的額定容量SN 和額定電壓UN 為基準(zhǔn)值得出的;在采用標(biāo)幺值計算時，取基準(zhǔn)容量為Sj 、基準(zhǔn)電壓為Uj ，換算關(guān)系為:,在忽略額定電壓與額定平均電壓的差別時，可簡化為:,五、短路回路中元件阻抗標(biāo)幺值的計算,1、 三點(diǎn)假設(shè) 在計算元件阻抗時，為簡化起見，常做一些不影響精度的假設(shè)： 忽略磁路的飽和及磁滯阻抗是恒定的； 認(rèn)為所有短路均為金屬性短路 不計算過渡電阻的影響； 忽略高壓供電系統(tǒng)中電阻的影響,2、供電系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值,1）發(fā)電機(jī)（電動機(jī)）電抗標(biāo)幺值,2）電力線路的電抗標(biāo)幺值,式中， L為線路長度，R0、x0為線路單位長度的電阻和電抗，可查手冊。,3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值,因為,所以,4）電力系統(tǒng)高壓饋電線出口處（電源）電抗標(biāo)幺值,Sk為電力系統(tǒng)變電所高壓饋電線出口處的短路容量。,5）電抗器的電抗標(biāo)幺值,式中， UH %為電抗器繞組電抗百分比。,短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值求出以后，即可利用其等效電路圖進(jìn)行電路化簡求總電抗標(biāo)么值。,5.4 高壓電網(wǎng)短路電流計算,無限大容量系統(tǒng)三相短路周期分量有效值的標(biāo)么值按下式計算:,由此可得三相短路電流周期分量有效值：,其他短路電流：,（對高壓系統(tǒng)）,（對低壓系統(tǒng)）,一、三相短路電流的計算,三相短路容量：,一、三相短路電流的計算,若在靠近短路點(diǎn)處有大容量的交流電動機(jī)時：,電動機(jī)反饋電流,例1：某廠一10/0.4kV車間變電所裝有一臺S9800型變壓器（uk%=5），由廠10kV高壓配電所通過一條長0.5km的10kV電纜（x00.08/km）供電。已知高壓配電所10kV母線k-1點(diǎn)三相短路容量為52MVA，試計算該車間變電所380V母線k-2點(diǎn)發(fā)生三相短路時的短路電流。,解：1.確定基準(zhǔn)值,2.計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值,1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值,2）電力線路的電抗標(biāo)幺值,3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值,3求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值和三相短路電流,1）總電抗標(biāo)么值,2) 三相短路電流周期分量有效值,3) 其他三相短路電流,某供電系統(tǒng)如圖所示。己知電力系統(tǒng)出口處的短路容量為Sk=250MVA，試求工廠變電所10kV母線上k-1點(diǎn)短路和兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行、分列運(yùn)行兩種情況下低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。,例2,解：1.確定基準(zhǔn)值,（x00.35/km）,（uk%=5）,2.計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值,1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值,2）電力線路的電抗標(biāo)幺值,3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值,3. 求k-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量,1）總電抗標(biāo)么值,2）三相短路電流周期分量有效值,3）其他三相短路電流,4）三相短路容量,4求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值三相短路電流的短路容量,兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行情況下：,1）總電抗標(biāo)么值,2) 三相短路電流周期分量有效值,3) 其他三相短路電流,4） 三相短路容量,兩臺變壓器分列運(yùn)行情況下：,1）總電抗標(biāo)么值,2) 三相短路電流周期分量有效值,3) 其他三相短路電流,4） 三相短路容量,二、兩相短路電流的估算,因此,無限大容量系統(tǒng)短路時，兩相短路電流較三相短路電流小。,5.5 低壓電網(wǎng)中短路電流的計算,低壓電網(wǎng)短路計算的特點(diǎn) ：,1、配電變壓器一次側(cè)可以作為無窮大容量電源供電來考慮； 2、電阻值較大，不能忽略電阻； 3、低壓系統(tǒng)元件的電阻多以毫歐計，因此用有名值法比較方便； 4、單相短路電流計算要考慮N線和PE線阻抗的影響。,一、三相短路電流的計算,電源至短路點(diǎn)的總阻抗包括變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)、變壓器、低壓母線及配電線路等元件的阻抗；開關(guān)電器及導(dǎo)線等接觸電阻可忽略不計。,1高壓側(cè)系統(tǒng)的阻抗,2變壓器的阻抗,應(yīng)計及的電阻、電抗（單位均為 ）有,歸算到低壓側(cè)的高壓系統(tǒng)阻抗可按下式計算：,歸算到低壓側(cè)的變壓器阻抗可按下式計算：,3低壓配電電網(wǎng)母線短路阻抗,4低壓配電電網(wǎng)線路短路阻抗 計算原理上與母線相似。在工程應(yīng)用中，一般在手冊中查閱電位長度值進(jìn)行計算。,二、單相短路電流的計算,根據(jù)對稱分量法，單相短路電流為,工程計算公式為,高壓系統(tǒng)的相零電阻,變壓器的相零電阻,線路的相零電阻,正序阻抗,負(fù)序阻抗,零序阻抗,低壓側(cè)單相短路電流的大小與變壓器單相短路時的相零阻抗密切相關(guān)。,二、單相短路電流的計算,1、高壓側(cè)的相阻抗,變壓器通常一次側(cè)不接地，故零序阻抗為零。,一般可取,二、單相短路電流的計算,2、變壓器的相阻抗,零序阻抗一般通過試驗確定，通常由產(chǎn)品手冊提供。若手冊未提供，則認(rèn)為零序阻抗與正序阻抗相等。,（D，yn11連接組別）,二、單相短路電流的計算,3、低壓配電網(wǎng)線路的相阻抗,N線或PE線中的正、負(fù)序電流為零，而流過零序電流是三個零序電流分量之和，故線路的零序阻抗為：,相阻抗為：,，,某用戶10/0.38kV變電所的變壓器為SCB10-1000/10型，Dyn11聯(lián)結(jié)，已知變壓器高壓側(cè)短路容量為150MVA，其低壓配電網(wǎng)絡(luò)短路計算電路如圖所示。求短路點(diǎn)k-1處的三相和單相短路電流。,例題3,解：1、計算有關(guān)電路元件的阻抗,1)高壓系統(tǒng)阻抗（歸算到400V側(cè)）,例題3,相阻抗(Dyn11聯(lián)接),2）變壓器的阻抗（歸算到低壓側(cè)）,因零序電流不能在高壓側(cè)流通，故高壓側(cè)系統(tǒng)的相阻抗按每相阻抗值的2/3計算，即,2.三相短路回路總阻抗及三相短路電流,相阻抗為,3) 母線的阻抗,例題3,例題3,3.單相短路回路總相零阻抗及單相短路電流,單相短路電流為,單相短路回路總相零電抗為,單相短路回路總相零電阻為,5.6 短路