第三章 電力系統(tǒng)三相短路電流的實(shí)用計(jì)算_圖文

1、第三章電力系統(tǒng)三相短路電流的實(shí)用計(jì)算實(shí)際工程中往往只關(guān)注短路電流周期分量的起始有效值(次暫態(tài)電流或者任意時(shí)間的周期分量有效值的計(jì)算。求得周期分量的起始有效值后,可選取一個(gè)沖擊系數(shù),按無限大容量電源供電情況下的三相短路計(jì)算沖擊電流的方法計(jì)算沖擊電流和最大有效值電流短路電流計(jì)算方法按計(jì)算方法分為:直接計(jì)算法疊加原理法按計(jì)算手段分為:手算:簡單系統(tǒng)直接計(jì)算,復(fù)雜系統(tǒng)用疊加原理法,如果計(jì)算任意時(shí)間的周期分量有效值,用運(yùn)算曲線;計(jì)算機(jī)計(jì)算:都是復(fù)雜系統(tǒng),都用疊加原理法。第一節(jié)短路電流交流分量初始值計(jì)算一、計(jì)算的條件和近似I二、簡單系統(tǒng)的計(jì)算三、復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算一、計(jì)算的條件和近似-電源(1精確:依據(jù)正常運(yùn)行

2、時(shí)節(jié)點(diǎn)電壓、電流求電源次暫態(tài)電勢(包括調(diào)相機(jī),并設(shè)各電勢相位相同。(2近似:令所有發(fā)電機(jī)電勢 =1=1。 EE一、計(jì)算的條件和近似-電網(wǎng)忽略對地電容和變壓器勵(lì)磁回路;高壓電網(wǎng)忽略電阻;計(jì)算時(shí)用標(biāo)幺制,基準(zhǔn)電壓取電網(wǎng)平均額定電壓,變壓器變比取電網(wǎng)平均電壓比一、計(jì)算的條件和近似-綜合負(fù)荷綜合負(fù)荷對短路電流的影響很難準(zhǔn)確計(jì)及;粗略處理:無論是短路前還是短路后,都忽略不計(jì),但對于計(jì)算遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的支路負(fù)荷有較大影響。精確計(jì)算:用恒定阻抗來表示,這個(gè)阻抗用故障前的潮流計(jì)算結(jié)果求得。一、計(jì)算的條件和近似-短路點(diǎn)附近電動(dòng)機(jī)發(fā)電廠內(nèi)部短路,發(fā)電廠的廠用電動(dòng)機(jī)倒送短路電流,有稱為反饋電流的現(xiàn)象。若果在電動(dòng)機(jī)端點(diǎn)發(fā)

3、生短路,起反饋的短路電流初始值就等于啟動(dòng)電流標(biāo)幺值。電弧電阻一般設(shè)短路處為直接短路,。實(shí)際上短路處有電弧,電弧主要消耗有功功率,其等值電阻 與電弧的長度成比例。0=f f R z f R叫次暫態(tài)短路電流周期分量初始值 次暫態(tài):是只在發(fā)生短路過程中計(jì)及發(fā)電機(jī)阻尼的作用。(1直接法(2疊加原理二、簡單系統(tǒng)計(jì)算I I (1直接法21311x x I +=假設(shè)條件:(1不及負(fù)荷對短路電流的影響;(2故障前空載,電源電壓為1;(3直接接地。(2疊加原理=電力系統(tǒng)一般有多個(gè)電源,短路點(diǎn)電流可看做是各電源單獨(dú)產(chǎn)生的短路電流的線性疊加。直接短路接地,短路點(diǎn)的電壓為零。將短路點(diǎn)的電壓分為正1與負(fù)1的疊加。并將這

4、兩個(gè)電源單獨(dú)作用在電網(wǎng)。分為正常情況與故障分量。注意:故障分量作用時(shí),電網(wǎng)中其他電源接地,只有故障點(diǎn)有電源正常 情況下的電流電網(wǎng)對短路點(diǎn)的等效阻抗例題3-1 分別應(yīng)用直接法和疊加法 例3-1直接法 補(bǔ)充例題在下列兩種情況下,求短路點(diǎn)的短路電流。(1S是無限大系統(tǒng);(2S是有限大系統(tǒng),已知CB的斷路容量為25000MVA。 三、復(fù)雜系統(tǒng)的計(jì)算應(yīng)用疊加原理:首先從已知的正常運(yùn)行情況求得短路點(diǎn)的開路電壓 ,然后形成故障分量網(wǎng)絡(luò),即將所有電源短路接地,化簡合并后求得網(wǎng)絡(luò)對短路點(diǎn)的等值電抗,則可得短路點(diǎn)電流為f U x =jx U I f f /0若要求其他支路電流和節(jié)點(diǎn)電壓,還必須計(jì)算故障分量網(wǎng)絡(luò)的電

5、流、電壓分布,然后與相應(yīng)的正常值相加。實(shí)際手算時(shí)往往采用近似計(jì)算,即忽略綜合負(fù)荷,且認(rèn)為短路前電源電動(dòng)勢 乃至網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電壓均等1,則有:=x I f 1從電源點(diǎn)到短路點(diǎn)的直接阻抗。用星-角,角-星變換求得 等值系統(tǒng) 短路容量(或短路功率I SI USN=標(biāo)幺值:有名值:3第二節(jié)計(jì)算機(jī)計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流交流分量初始值的原理I計(jì)算短路電流實(shí)質(zhì)上就是求解交流電路的穩(wěn)態(tài)電流,其數(shù)學(xué)模型也就是網(wǎng)絡(luò)的線性代數(shù)方程組,一般選用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方程,即用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣或節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣描述的網(wǎng)絡(luò)方程。以下將先介紹計(jì)算用的等值網(wǎng)絡(luò)。然后分別給出用節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣和節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣計(jì)算短路電流和電網(wǎng)任意處電壓及電流的公式。 二、用節(jié)

6、點(diǎn)阻抗矩陣表示的節(jié)點(diǎn)電壓方程節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的對角元素Z ii (i =1,2,i =1,2,n 稱自阻抗,其大小等于經(jīng)節(jié)點(diǎn)i 注入單位電流I i =1,其余節(jié)點(diǎn)全部開路時(shí),節(jié)點(diǎn)i 上的電壓。自導(dǎo)納Z ii 亦可以看成從節(jié)點(diǎn)i 向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的對地等值阻抗。節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣的非對角元素Z ij (i =1,2,i =1,2,n ,j =1,2,j =1,2,n ,i j 稱互阻抗或稱轉(zhuǎn)移阻抗,其大小等于經(jīng)節(jié)點(diǎn)i 注入單位電流I i =1,其余節(jié)點(diǎn)全部開路時(shí),節(jié)點(diǎn)j 上的電壓。且滿足Z ij =Z ji ,即節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣為對稱矩陣。對故障分量網(wǎng)絡(luò)列節(jié)點(diǎn)電壓方程(00.11111111f nf ff f

7、 f nn nf n fn ff f n f n f I Z Z Z I Z Z Z Z Z Z Z Z Z U U U =故障分量作用下的節(jié)點(diǎn)電壓只有f 節(jié)點(diǎn)有注入電流從網(wǎng)絡(luò)方程得:f ff f I Z U =由上圖可見:f f f f I z U U +=|0|ff z Z z Z U I ff ff f f +=1|0|阻抗矩陣對角元f f z Z z Z U I ff ff f f +=1|0|fff Z I 1f nf nf n n n n f f f f f f f f I Z Z U U U U I z U U U I Z Z U U U U =+=+=+=11000110110

8、11如果忽略z f ijj i ij j i ij j i ij y U U z U U z U U I (=各節(jié)點(diǎn)短路后的電壓為:(假設(shè)故障前各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓為1任一支路i-j 的電流為:用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣求1n 點(diǎn)電壓=01000.1111111f n f nn nf n fn ff f f f I U U U Y Y Y Y Y Y Y Y Y 已知:節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣,f 點(diǎn)注入電流為1,求節(jié)點(diǎn)電壓。解這個(gè)線性方程組的方法:(1高斯消去法;(2三角分解法;(3因子表法進(jìn)行短路電流計(jì)算的流程圖(1輸入已知數(shù)據(jù):網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與線路參數(shù),故障前各節(jié)點(diǎn)電壓(由潮流計(jì)算得,故障點(diǎn)。(2形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣,由此計(jì)算(

9、3計(jì)算短路電流(4計(jì)算各節(jié)點(diǎn)故障分量電壓(5計(jì)算故障后全電壓=故障前電壓+故障分量電壓(6計(jì)算任意支路電流nff Z Z 1fI 第三節(jié)其他時(shí)刻短路電流分量有效值的計(jì)算精確計(jì)算短路后任意時(shí)刻的短路電流 近似計(jì)算:(1運(yùn)算曲線法(2應(yīng)用計(jì)算系數(shù)計(jì)算一、運(yùn)算曲線(或數(shù)字表法將網(wǎng)絡(luò)化簡成以短路點(diǎn)為中心的輻射形網(wǎng)絡(luò),電源點(diǎn)到短路點(diǎn)之間的電抗稱為:轉(zhuǎn)移電抗(以全網(wǎng)統(tǒng)一基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值計(jì)算電抗(以某個(gè)發(fā)電機(jī)額定值為基準(zhǔn)值下的標(biāo)幺值轉(zhuǎn)移電抗變?yōu)橛?jì)算電抗:用不同基準(zhǔn)值下標(biāo)幺值的計(jì)算運(yùn)算曲線的制定 (1曲線是按單臺(tái)典型發(fā)電機(jī)做出的?？v坐標(biāo)是短路電流周期分量有效值。橫坐標(biāo)是發(fā)電機(jī)到短路點(diǎn)的計(jì)算電抗。曲線有多條,每

10、條曲線表示在給定時(shí)間下,不同計(jì)算電抗時(shí)短路電流周期分量有效值的變化。坐標(biāo)是以發(fā)電機(jī)額定值為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值。(2曲線只有兩種:典型的汽輪發(fā)電機(jī)曲線和典型的水輪發(fā)電機(jī)曲線。(3曲線已考慮了負(fù)荷的影響。(4用曲線求解時(shí)所求得的量是指定時(shí)刻的發(fā)電機(jī)支路的短路電流周期分量有效值。應(yīng)用運(yùn)算曲線計(jì)算短路電流的步驟(1選擇統(tǒng)一基準(zhǔn)(基準(zhǔn)電壓取平均電壓,計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值。(2求發(fā)電機(jī)到短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗。(3將轉(zhuǎn)移電抗折算成以各發(fā)電機(jī)(或等值機(jī)的額定容量和短路點(diǎn)平均電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值,即計(jì)算電抗。(4按要求的計(jì)算時(shí)間查曲線,得到各發(fā)電機(jī)的周期分量有效值。應(yīng)用運(yùn)算曲線計(jì)算短路電流的步驟(5將查到各發(fā)電機(jī)的周期分量有效值折算成以各發(fā)電機(jī)的額定容量和短路點(diǎn)平均電壓為基準(zhǔn)的有名值周期分量有效值電流。(6將各發(fā)電機(jī)有名值周期分量有效值電流相加(注意,有效值相加是近似算法得到短路點(diǎn)周期