第六章-短路電流的分析計(jì)算學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第六章第六章-短路電流的分析短路電流的分析(fnx)計(jì)算計(jì)算第一頁，共53頁。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第1頁/共53頁第二頁，共53頁。各種短路的示意圖和代表(dibio)符號 短路種類 示意圖 代表符號三 相 短 路 f(3) 兩 相 短 路 接 地 f(1,1) 兩 相 短 路 f(2) 單 相 短 路 f(1)一、短路(dunl)的類型 第2頁/共53頁第三頁，共53頁。二、短路的主要二、短路的主要(zhyo)原因原因第3頁/共53頁第四頁，共53頁。5第4頁/共53頁第五頁，共53頁。6第5頁/共53頁第六頁，共53頁。7第6頁/共53頁第七頁，共53頁。8第7頁/共53頁第八

2、頁，共53頁。9第8頁/共53頁第九頁，共53頁。10第9頁/共53頁第十頁，共53頁。11第10頁/共53頁第十一頁，共53頁。地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間又地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)間又較長時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可較長時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能失去同步，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的能失去同步，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成大面積停電穩(wěn)定性，造成大面積停電(tn (tn din)din)，這是短路最嚴(yán)重的后果。，這是短路最嚴(yán)重的后果。(4)(4)干擾通信：發(fā)生不對稱短路干擾通信：發(fā)生不對稱短路時(shí)時(shí), ,三相不平衡電流會(huì)在相鄰的三相不平衡電流會(huì)在相鄰的通訊線路感應(yīng)出電動(dòng)勢通訊線路感應(yīng)出電動(dòng)勢, ,影響通影響通訊訊. .三、

3、短路三、短路(dunl)的危害的危害第11頁/共53頁第十二頁，共53頁。13第12頁/共53頁第十三頁，共53頁。14第13頁/共53頁第十四頁，共53頁。15第14頁/共53頁第十五頁，共53頁。四、計(jì)算四、計(jì)算(j sun)短路電流的目的短路電流的目的短路電流計(jì)算結(jié)果短路電流計(jì)算結(jié)果是選擇電氣設(shè)備（斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等是選擇電氣設(shè)備（斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等）的依據(jù)；）的依據(jù)；是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定的基礎(chǔ)；是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定的基礎(chǔ)；是比較是比較(bjio)和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線圖的依和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線圖的依據(jù)，根據(jù)它可以確定

4、限制短路電流的措施。據(jù)，根據(jù)它可以確定限制短路電流的措施。第15頁/共53頁第十六頁，共53頁。五、限制短路電流五、限制短路電流(dinli)措施措施l加裝限流電抗器加裝限流電抗器l采用采用(ciyng)快速的繼電保護(hù)和斷路器快速的繼電保護(hù)和斷路器第16頁/共53頁第十七頁，共53頁。第二節(jié)無限大功率電源供電的三相短路(dunl)電流分析定義：在此電路中假設(shè)電源電壓幅值和頻率均為恒定定義：在此電路中假設(shè)電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無限大功率電源。這個(gè)名稱從概念上。這種電源稱為無限大功率電源。這個(gè)名稱從概念上是不難理解的：是不難理解的：（1 1）電源功率為無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路）電

5、源功率為無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路( (一種擾一種擾動(dòng)動(dòng)) )引起的功率改變對于電源來說是微不足道的，因而引起的功率改變對于電源來說是微不足道的，因而電源的電壓和頻率電源的電壓和頻率( (對應(yīng)于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速對應(yīng)于同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速) )保持恒定保持恒定；（2)2)無限大功率電源可以看作是由無限多個(gè)有限功率無限大功率電源可以看作是由無限多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)(q ni)(q ni)阻抗為零，電源阻抗為零，電源電壓保持恒定。電壓保持恒定。第17頁/共53頁第十八頁，共53頁。 實(shí)際中是以供電電源實(shí)際中是以供電電源(dinyun)(dinyun)的內(nèi)阻抗與短路回路的內(nèi)阻

6、抗與短路回路總阻抗的相對大小來判斷電源總阻抗的相對大小來判斷電源(dinyun)(dinyun)能否作為無限大能否作為無限大功率電源功率電源(dinyun)(dinyun)。若供電電源。若供電電源(dinyun)(dinyun)的內(nèi)阻抗的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗曲小于短路回路總阻抗曲10%10%時(shí)，則可認(rèn)為供電電源時(shí)，則可認(rèn)為供電電源(dinyun)(dinyun)為無限大功率電源為無限大功率電源(dinyun)(dinyun)。第18頁/共53頁第十九頁，共53頁。一、三相一、三相(sn xin)短路的暫態(tài)過程分析短路的暫態(tài)過程分析 簡單三相簡單三相(sn xin)(sn xin)電路短電路

7、短路路第19頁/共53頁第二十頁，共53頁。短路短路(dunl)(dunl)前電路處于穩(wěn)態(tài)：（以前電路處于穩(wěn)態(tài)：（以a a相為相為例）例） )sin()sin( tIitEemam222)()(LLRREImm RRLLtg)(1第20頁/共53頁第二十一頁，共53頁。)sin( tEdtdiLRimaa其解就是短路其解就是短路(dunl)(dunl)的全電流，它由兩部分組成：的全電流，它由兩部分組成：周期分量和非周期分量。周期分量和非周期分量。 PPaiii 第21頁/共53頁第二十二頁，共53頁。22)( LREImPm RLtg 1 )sin( tIiPmP短路電流的強(qiáng)制短路電流的強(qiáng)制(

8、qingzh)(qingzh)分量分量, , 并記為并記為 周期周期(zhuq)(zhuq)分量：分量：Pi第22頁/共53頁第二十三頁，共53頁。非周期非周期(zhuq)(zhuq)電流電流 ：短路電流的自由分量短路電流的自由分量, ,記為記為 aTtptPCeCei 0 pLR 特征方程特征方程 p的根。的根。LRpaT 非周期分量(fn ling)電流衰減的時(shí)間常數(shù) RLpTa1第23頁/共53頁第二十四頁，共53頁。短路短路(dunl)(dunl)的全電流可表的全電流可表示為：示為： aTtPmPPaCetIiii/)sin( CIIPmm )sin()sin( )sin()sin(0

9、 PmmaPIIiCaTtPmmPmaeIItIi/)sin()sin()sin( )sin( tIima第24頁/共53頁第二十五頁，共53頁。00sin(120 )sin( 120 )sin(120 ) obpmtTampmiItIIe 00sin(120 )sin(120 )sin(120 ) ocpmtTampmiItIIe aTtPmmPmaeIItIi/)sin()sin()sin( 第25頁/共53頁第二十六頁，共53頁。1 1、由公式可見、由公式可見(kjin)(kjin)。短路至穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相中的穩(wěn)態(tài)短。短路至穩(wěn)態(tài)時(shí)，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個(gè)幅值相等、相角相差路電流為三個(gè)幅值

10、相等、相角相差12001200的交流電流，其幅值的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。 從短路發(fā)生至穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過程中，每相電流還包含有逐從短路發(fā)生至穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理原因是電感中電流在突漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理原因是電感中電流在突然短路瞬時(shí)的前后不能突變；很明顯。三相的直流電流是不然短路瞬時(shí)的前后不能突變；很明顯。三相的直流電流是不相等的。相等的。l討論討論(toln)第26頁/共53頁第二十七頁，共53頁。短路短路(dunl)(dunl)電流波形圖電流波形圖 第2

11、7頁/共53頁第二十八頁，共53頁。2 2、三相短路電流波形、三相短路電流波形 由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時(shí)間軸對稱，由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時(shí)間軸對稱，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱軸。因此而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱軸。因此(ync)(ync)，當(dāng)已知，當(dāng)已知短路電流曲線時(shí)，可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)短路電流曲線時(shí)，可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分。線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分。3 3、直流分量起始值越大短路全電流瞬時(shí)值越大。、直流分量起始值越大

12、短路全電流瞬時(shí)值越大。第28頁/共53頁第二十九頁，共53頁。非周期非周期(zhuq)(zhuq)電流有最大初值的條件應(yīng)電流有最大初值的條件應(yīng)為：為：)sin()sin( PmmaIIi90一般電力系統(tǒng)中，短路回路的感抗比電阻大得多一般電力系統(tǒng)中，短路回路的感抗比電阻大得多故可近似認(rèn)為故可近似認(rèn)為短路發(fā)生時(shí)，電源電勢過零（短路發(fā)生時(shí)，電源電勢過零（0 0）第29頁/共53頁第三十頁，共53頁。將將 ， 和和 0 0代入式短路全電流表達(dá)式代入式短路全電流表達(dá)式： 0 mI90 aTtPmPmeItIi/cos 指短路電流最大可能的瞬時(shí)值，用指短路電流最大可能的瞬時(shí)值，用 表示。表示。其主要作用是

13、校驗(yàn)其主要作用是校驗(yàn)(xio yn)(xio yn)電氣設(shè)備的電動(dòng)力穩(wěn)定度。電氣設(shè)備的電動(dòng)力穩(wěn)定度。chi 短路電流的最大瞬時(shí)值在短路發(fā)生短路電流的最大瞬時(shí)值在短路發(fā)生(fshng)(fshng)后約半個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)。若頻率后約半個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)。若頻率f=50 Hzf=50 Hz，這個(gè)時(shí)間約為，這個(gè)時(shí)間約為0.010.01秒，將其代入上式，可得短路沖擊電流秒，將其代入上式，可得短路沖擊電流 ：第30頁/共53頁第三十一頁，共53頁。32短路短路(dunl)(dunl)電流波形圖電流波形圖 第31頁/共53頁第三十二頁，共53頁。aTPmPmcheIIi/01. 0 PchPmchpmTIkIkIe

14、a2)1 (/01. 0 aTchek/01. 01 沖擊電流沖擊電流(dinli)對周期電流對周期電流(dinli)幅值的倍數(shù)（幅值的倍數(shù)（1 kch 2） PmIPI第32頁/共53頁第三十三頁，共53頁。dtiiTdtiTITtTtaptptTtTttt22/ 2/ 2/ 2/ 2)(1 1 PmchTPmpIkeIIa)1(/01. 0 aTchek/01. 01 第33頁/共53頁第三十四頁，共53頁。因此因此(ync)(ync)，短路電流的最大有，短路電流的最大有效值：效值： 222) 1( 212) 1( chppchpchkIIkII短路電流短路電流(dinli)(dinli)

15、的最大有效值常用于某些電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗(yàn)的最大有效值常用于某些電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗(yàn) 沖擊電流常用于某些沖擊電流常用于某些(mu xi)(mu xi)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。2PmPII 短路電流周期分量有效值短路電流周期分量有效值第34頁/共53頁第三十五頁，共53頁。短路容量也稱為短路功率，它等于短路點(diǎn)短路電流有效短路容量也稱為短路功率，它等于短路點(diǎn)短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定( dng)電壓）的乘積，即電壓）的乘積，即pavdIUS3 用標(biāo)幺值表示用標(biāo)幺值表示(biosh)(biosh)時(shí)時(shí) （?。ㄈB

16、=UavUB=Uav） pBpBBpavdIIIIUIUS33短路短路(dunl)(dunl)容量主要用來校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力。容量主要用來校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力。 四、短路容量四、短路容量另外，短路容量標(biāo)么值和短路電流標(biāo)么值相等。另外，短路容量標(biāo)么值和短路電流標(biāo)么值相等。第35頁/共53頁第三十六頁，共53頁。 計(jì)算短路電流周期分量時(shí)，通常取短路點(diǎn)所在那一段網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓為電源電壓。然后求出整個(gè)系統(tǒng)計(jì)算短路電流周期分量時(shí)，通常取短路點(diǎn)所在那一段網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓為電源電壓。然后求出整個(gè)系統(tǒng)(xtng)歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級的總阻抗（忽略電阻）。利用以下公式求短路電流：歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級

17、的總阻抗（忽略電阻）。利用以下公式求短路電流：五、短路電流五、短路電流(dinli)周期分量有效值的計(jì)算周期分量有效值的計(jì)算3avpdUIX Uav: 短路點(diǎn)所在電壓(diny)等級平均電壓(diny) : : 歸算到短路點(diǎn)歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級的總阻抗所在電壓等級的總阻抗dX 用有名值表示時(shí)：用有名值表示時(shí)：avU dX第36頁/共53頁第三十七頁，共53頁。用標(biāo)幺值表示用標(biāo)幺值表示(biosh)(biosh)時(shí)時(shí) （?。ㄈB=UavUB=Uav）*1 ddpXXUI*1 dpdXIS由此得：由此得： 為了求短路回路的總阻抗的標(biāo)么值，一般為了求短路回路的總阻抗的標(biāo)么值，一般采用標(biāo)么值的近

18、似計(jì)算法來形成采用標(biāo)么值的近似計(jì)算法來形成(xngchng)(xngchng)網(wǎng)絡(luò)的等值電路，然后通過網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的等值電路，然后通過網(wǎng)絡(luò)簡化短路回路的總阻抗。絡(luò)簡化短路回路的總阻抗。第37頁/共53頁第三十八頁，共53頁。第三節(jié) 無窮大系統(tǒng)三相短路電流(dinli)計(jì)算一、一、短路電流短路電流(dinli)的計(jì)算的步驟（標(biāo)么值法）的計(jì)算的步驟（標(biāo)么值法）求：短路求：短路(dunl)電流周期分量，沖擊電流、短路電流周期分量，沖擊電流、短路(dunl)功率功率1、繪制等值電路圖繪制等值電路圖GGX1X2E1E2只考慮元件電抗，不計(jì)電阻，不計(jì)勵(lì)磁支路只考慮元件電抗，不計(jì)電阻，不計(jì)勵(lì)磁支路 求出各元件歸算

19、到同一基準(zhǔn)值下的的電抗標(biāo)么值求出各元件歸算到同一基準(zhǔn)值下的的電抗標(biāo)么值，得到短路計(jì)算用的等值電路。，得到短路計(jì)算用的等值電路。第38頁/共53頁第三十九頁，共53頁。40二、計(jì)算短路電流二、計(jì)算短路電流(dinli)的基本假設(shè)的基本假設(shè)1 1、以電網(wǎng)、以電網(wǎng)(dinwng)(dinwng)的平均電壓取代元件的額定的平均電壓取代元件的額定電壓電壓同一電壓級中各元件的額定電壓可能不一樣同一電壓級中各元件的額定電壓可能不一樣線路首端，升壓變壓器二次側(cè)高出線路首端，升壓變壓器二次側(cè)高出10%線路末端，降壓變壓器一次側(cè)線路末端，降壓變壓器一次側(cè)UN發(fā)電機(jī)高出發(fā)電機(jī)高出5%簡化簡化(jinhu)計(jì)算計(jì)算同

20、一電壓級中各元件的額定電壓相同，同一電壓級中各元件的額定電壓相同，數(shù)值上數(shù)值上=平均電壓，平均電壓，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2 2、高壓電網(wǎng)只計(jì)及電抗、高壓電網(wǎng)只計(jì)及電抗, ,當(dāng)當(dāng)R Rdd X Xdd/3/3時(shí)時(shí), ,忽略忽略R Rdd第39頁/共53頁第四十頁，共53頁。二、具有變壓器的多電壓二、具有變壓器的多電壓(diny)(diny)級網(wǎng)絡(luò)標(biāo)幺值等值電路的建立級網(wǎng)絡(luò)標(biāo)幺值等值電路的建立( (近似法近似法) )1 1、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)T1T2 x4x2x3x5T3 x6x1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均電壓后簡化采用平均電壓

21、后簡化(jinhu)(jinhu)計(jì)算計(jì)算, ,無需考慮變壓器無需考慮變壓器變比歸算變比歸算取取U4U4為基本為基本(jbn)(jbn)級級GNGNNdSUxx2 *1有名值有名值234231221 *1UUUUUUSUxxGNNd歸算到基本級歸算到基本級第40頁/共53頁第四十一頁，共53頁。2 2、變壓器、變壓器223124112241234*BBd NGNBd NGNUSUUUSxxxUSU UUUSxS3 3、輸電線、輸電線2455522343*BBjUSSxxxUUU段23243623100100*%kkBBTNTNUUSSTxTxSS22131242212341100100*%kk

22、BBT NT NUUUUUSSxSUUUS234333222342*BBU USxxxUUUSU第41頁/共53頁第四十二頁，共53頁。n各元件各元件(yunjin)標(biāo)么值計(jì)算的公式（近似計(jì)算法）標(biāo)么值計(jì)算的公式（近似計(jì)算法）BBNGNSXXS換算至系統(tǒng)換算至系統(tǒng)(xtng)統(tǒng)一基準(zhǔn)值下：統(tǒng)一基準(zhǔn)值下：(SB,UB)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)%100kBT BTNUSXS變壓器變壓器2%1003RNRBR BBRNUXSXUI電抗電抗器器*22BLlBSxx lU 線路線路(xinl)第42頁/共53頁第四十三頁，共53頁。（2）星網(wǎng)變換）星網(wǎng)變換 求出短路求出短路(dunl)回路的總阻抗標(biāo)么值回路的總阻抗

23、標(biāo)么值Xd*2、網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)(wnglu)變換與化簡變換與化簡 （1）串聯(lián)）串聯(lián)(chunlin)、并聯(lián)等值、并聯(lián)等值第43頁/共53頁第四十四頁，共53頁。 213133113232233212112ZZZZZZZZZZZZZZZZZZ 312312312333123122312231231231121ZZZZZZZZZZZZZZZZZZ第44頁/共53頁第四十五頁，共53頁。Z6Z5fZ7Z4Z2Z3Z1Z10Z5fZ7Z8Z2Z9Z1fZ13Z11Z12Z2Z1fZ2fZ1ffZfEf輸入阻抗輸入阻抗(sh r z kn)第45頁/共53頁第四十六頁，共53頁。（3）. 利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性化

24、簡利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性化簡對稱性：指網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)相同，電源一樣，阻抗參數(shù)相對稱性：指網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)相同，電源一樣，阻抗參數(shù)相等（或其比值相等）以及短路電流的走向一致等。等（或其比值相等）以及短路電流的走向一致等。在對應(yīng)的點(diǎn)上，電位必然相同。在對應(yīng)的點(diǎn)上，電位必然相同。同電位點(diǎn)之間的電抗可根據(jù)同電位點(diǎn)之間的電抗可根據(jù)(gnj)(gnj)需要短接或斷開需要短接或斷開。第46頁/共53頁第四十七頁，共53頁。網(wǎng)絡(luò)(wnglu)接線圖 (b) 等值電路 (c)簡化后的等值電路利用電路的對稱性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)利用電路的對稱性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)簡化簡化第47頁/共53頁第四十八頁，共53頁。49 計(jì)算短路

25、電流周期分量時(shí)，通常取短路點(diǎn)所在那一段網(wǎng)絡(luò)的平均額定計(jì)算短路電流周期分量時(shí)，通常取短路點(diǎn)所在那一段網(wǎng)絡(luò)的平均額定( dng)電壓為電源電壓。然后求出整個(gè)系統(tǒng)歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級的總阻抗（忽略電阻）。利用以下公式求短路電流：電壓為電源電壓。然后求出整個(gè)系統(tǒng)歸算到短路點(diǎn)所在電壓等級的總阻抗（忽略電阻）。利用以下公式求短路電流：3avpdUIX Uav: 短路(dunl)點(diǎn)所在電壓等級平均電壓 : 歸算到短路點(diǎn)所在(suzi)電壓等級的總阻抗dX 用有名值表示時(shí)：用有名值表示時(shí)：avU dX3、求短路電流和短路功率標(biāo)么值求短路電流和短路功率標(biāo)么值 第48頁/共53頁第四十九頁，共53頁。 4、求

26、有名、求有名(yu mng)值值3BBBSIU KA KA 其中其中(qzhng)UB(qzhng)UB是故障點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)平均電壓是故障點(diǎn)所在網(wǎng)絡(luò)平均電壓 IP=IP*IB Sd=Sd*SB2212(1)Pchchchpchik IIkI *1 ddpXXUI用標(biāo)幺值表示用標(biāo)幺值表示(biosh)(biosh)時(shí)時(shí) （?。ㄈB=UavUB=Uav）*1 dpdXIS第49頁/共53頁第五十頁，共53頁。四、例題四、例題(lt)(lt) 如圖所示電路發(fā)生三相短路，試分別如圖所示電路發(fā)生三相短路，試分別(fnbi)(fnbi)用有用有名制法和標(biāo)幺制法計(jì)算名制法和標(biāo)幺制法計(jì)算IdzIdz、iMiM、IMIM和和SdSd（KM=1