電力系統(tǒng)第二章三相短路暫態(tài)過程

1、1第五章第五章 電力系統(tǒng)三相短路電力系統(tǒng)三相短路 的暫態(tài)過程的暫態(tài)過程5-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念5-2 5-2 恒定電勢(shì)源電路的三相短路恒定電勢(shì)源電路的三相短路5-3 5-3 同步電機(jī)突然三相短路的物理分析同步電機(jī)突然三相短路的物理分析5-4 5-4 無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算5-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路5-6 5-6 強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)短路暫態(tài)過程的影響強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)短路暫態(tài)過程的影響25-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念一、短路原因、類型及后果一、短路原因、類型及后果1 1、電力系統(tǒng)

2、的故障、電力系統(tǒng)的故障正常運(yùn)行狀態(tài)受到破壞正常運(yùn)行狀態(tài)受到破壞 故障類型故障類型 2 2、短路原因、短路原因 (1) (1) 元件損壞、絕緣老化；元件損壞、絕緣老化； (2) (2) 氣象條件惡化；氣象條件惡化； (3) (3) 違規(guī)操作；違規(guī)操作； (4) (4) 其他。其他。注意：注意：短路是嚴(yán)重故障，可能對(duì)電力系統(tǒng)及設(shè)備造成嚴(yán)重破壞！與之比較短路是嚴(yán)重故障，可能對(duì)電力系統(tǒng)及設(shè)備造成嚴(yán)重破壞！與之比較 斷相故障相對(duì)輕微；短路分析是故障分析的重點(diǎn)！斷相故障相對(duì)輕微；短路分析是故障分析的重點(diǎn)！3短路類型短路類型 符號(hào)符號(hào)示意圖示意圖特點(diǎn)特點(diǎn)三相短路三相短路 f f (3) (3) 對(duì)稱對(duì)稱故障

3、故障 兩相短路兩相短路 f f (2)(2)非對(duì)稱非對(duì)稱故障故障 兩相兩相接地短路接地短路f f (1,1)(1,1)非對(duì)稱非對(duì)稱故障故障 單相單相接地短路接地短路f f (1)(1)非對(duì)稱非對(duì)稱故障故障 5-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念一、短路原因、類型及后果一、短路原因、類型及后果3 3、短路的類型、短路的類型45-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念一、短路原因、類型及后果一、短路原因、類型及后果3 3、短路的類型、短路的類型注意的幾個(gè)基本概念注意的幾個(gè)基本概念 (1) 對(duì)稱、不對(duì)稱短路；對(duì)稱、不對(duì)稱短路； (2) 金屬性、非金屬性；金屬性、非金屬性； (3) 短路發(fā)生的

4、幾率短路發(fā)生的幾率 幾率幾率 大大小小 依次為：依次為： 單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路；三相短路單相接地短路、兩相短路、兩相接地短路；三相短路 (4) 危害程度：一般，與危害程度：一般，與(3)相反！相反！55-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念一、短路原因、類型及后果一、短路原因、類型及后果4 4、短路的危害、短路的危害短路后的基本現(xiàn)象短路后的基本現(xiàn)象電流急劇大幅增大；電壓急劇大幅下降！電流急劇大幅增大；電壓急劇大幅下降！(1)(1) 短路電流短路電流 使設(shè)備電動(dòng)力穩(wěn)定破壞；使設(shè)備電動(dòng)力穩(wěn)定破壞；(2)(2) 短路電流短路電流 使設(shè)備熱效應(yīng)穩(wěn)定破壞，嚴(yán)重者因其火災(zāi)；使設(shè)備熱效應(yīng)

5、穩(wěn)定破壞，嚴(yán)重者因其火災(zāi)；(3)(3) 影響用戶正常生產(chǎn)、設(shè)置損壞用戶設(shè)備；影響用戶正常生產(chǎn)、設(shè)置損壞用戶設(shè)備；(4)(4) 引起電力系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞，甚至造成系統(tǒng)瓦解、大面積停電；引起電力系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞，甚至造成系統(tǒng)瓦解、大面積停電；(5)(5) 負(fù)序電流引起同步發(fā)電機(jī)等設(shè)備損壞；負(fù)序電流引起同步發(fā)電機(jī)等設(shè)備損壞；(6)(6) 零序電流干擾電力線路周圍的通訊線路零序電流干擾電力線路周圍的通訊線路65-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念二、短路計(jì)算的目的二、短路計(jì)算的目的 短路計(jì)算是電力系統(tǒng)故障分析的主要內(nèi)容之一！短路計(jì)算是電力系統(tǒng)故障分析的主要內(nèi)容之一！(1) 選擇電氣設(shè)備時(shí)的熱穩(wěn)定、動(dòng)

6、穩(wěn)定、斷路器開斷能力等的校驗(yàn)；選擇電氣設(shè)備時(shí)的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定、斷路器開斷能力等的校驗(yàn)；(2) 繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置的整定；繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置的整定；(3) 發(fā)電廠等重要負(fù)荷母線短路殘壓校驗(yàn)，確定限制短路電流的措施；發(fā)電廠等重要負(fù)荷母線短路殘壓校驗(yàn)，確定限制短路電流的措施；(4) 短路計(jì)算是暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中的基本內(nèi)容之一；短路計(jì)算是暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算中的基本內(nèi)容之一；(5) 校驗(yàn)對(duì)通訊線路的干擾程度。校驗(yàn)對(duì)通訊線路的干擾程度。 短路計(jì)算的基本前提短路計(jì)算的基本前提短路計(jì)算條件：短路計(jì)算條件：(1) 短路前的系統(tǒng)條件（正常運(yùn)行狀態(tài)）短路前的系統(tǒng)條件（正常運(yùn)行狀態(tài)）包括包括 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、投入設(shè)備、變拓?fù)?/p>

7、結(jié)構(gòu)、投入設(shè)備、變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式、負(fù)荷水平、潮流計(jì)算結(jié)果等；壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式、負(fù)荷水平、潮流計(jì)算結(jié)果等；(2) 短路位置、類型、繼電保護(hù)與重合閘方式及其有關(guān)時(shí)限等短路計(jì)算控制短路位置、類型、繼電保護(hù)與重合閘方式及其有關(guān)時(shí)限等短路計(jì)算控制信息。信息。7三、故障分析中的基本假設(shè)三、故障分析中的基本假設(shè) 1 1、 假定同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持不變：由于電磁暫態(tài)過程假定同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持不變：由于電磁暫態(tài)過程的時(shí)間很短，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變化非常微小的時(shí)間很短，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變化非常微?。ㄓ袘T性）；（有慣性）；2 2、各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)間的相位角、各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)間的相位角 相對(duì)功率角變

8、；相對(duì)功率角變；3 3、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率保持不變。、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率保持不變。 不考慮機(jī)電的相互作用！不考慮機(jī)電的相互作用！5-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念85-1 5-1 短路的一般概念短路的一般概念四、短路故障的基本分析方法四、短路故障的基本分析方法短路后的瞬間、暫態(tài)過程起始階段：短路后的瞬間、暫態(tài)過程起始階段：95-2 5-2 無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析一、無(wú)限大功率電源的概念一、無(wú)限大功率電源的概念1 1、理想無(wú)限大功率電源、理想無(wú)限大功率電源 電源功率為無(wú)限大。外電路發(fā)生任何擾動(dòng)電源功率為無(wú)限大。外電路發(fā)生任何擾動(dòng)即使是短

9、路等大擾動(dòng)，電源的電壓即使是短路等大擾動(dòng)，電源的電壓和頻率（對(duì)應(yīng)于同步機(jī)的轉(zhuǎn)速）保持恒定。和頻率（對(duì)應(yīng)于同步機(jī)的轉(zhuǎn)速）保持恒定。 3 3個(gè)特點(diǎn)：個(gè)特點(diǎn)：P=P=f f 恒定；恒定； Q=V Q=V 恒定，內(nèi)阻抗恒定，內(nèi)阻抗=0 =0 ； 任何外部電路擾動(dòng)，電源內(nèi)部都不會(huì)有暫態(tài)過程！任何外部電路擾動(dòng)，電源內(nèi)部都不會(huì)有暫態(tài)過程！ 理想的無(wú)限大功率電源實(shí)質(zhì)上就是理想的無(wú)限大功率電源實(shí)質(zhì)上就是“恒定電勢(shì)源恒定電勢(shì)源”用用 S S 表示表示2 2、實(shí)際應(yīng)用、實(shí)際應(yīng)用利用利用 S S 的概念簡(jiǎn)化分析計(jì)算的概念簡(jiǎn)化分析計(jì)算 (1) (1) 由多個(gè)有限功率電源并聯(lián)組成的等值系統(tǒng)，擾動(dòng)引起的由多個(gè)有限功率電源并

10、聯(lián)組成的等值系統(tǒng)，擾動(dòng)引起的 P P、Q Q 變化，遠(yuǎn)小于變化，遠(yuǎn)小于等值系統(tǒng)功率，可以當(dāng)作無(wú)限大功率電源；等值系統(tǒng)功率，可以當(dāng)作無(wú)限大功率電源； (2) (2) 短路時(shí)，等值系統(tǒng)的等值電源阻抗短路時(shí)，等值系統(tǒng)的等值電源阻抗(“(“系統(tǒng)阻抗系統(tǒng)阻抗”) ) 外回路阻抗的外回路阻抗的10%10%，外，外部電路短路時(shí)，等值系統(tǒng)母線電壓近似恒定部電路短路時(shí)，等值系統(tǒng)母線電壓近似恒定可以視為可以視為S S 。105-2 5-2 無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析二、二、 暫態(tài)過程分析暫態(tài)過程分析ameE sin(t)0bme =E sin(t+-120 )0cme

11、 =E sin(t+ 120 )110()()LLarctgRR 0222()()mmmEIIRRLL上圖所示的三相短路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài)，其上圖所示的三相短路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài)，其a a 相的電流表達(dá)式為相的電流表達(dá)式為sin()miIt式中式中12tapceiRLsin()ppmiIt22()mpmEIRLRLarctg13由于電感電流不能突變，因此有：由于電感電流不能突變，因此有：(0 )i(0 )i.0sin()sin()apmpmc iII C C 值的確定值的確定(0 )sin()miI(0 )sin()pmiIc 代入通解得到：代入通解得到： 0t0t14從而，短

12、路全電流：從而，短路全電流：不衰減！不衰減！衰減時(shí)間常數(shù)：衰減時(shí)間常數(shù)：Ta = L/ R交流分量交流分量衰減的直流分量衰減的直流分量由于三相電路對(duì)稱，只要用由于三相電路對(duì)稱，只要用(+120) +120) 和和(-120 )-120 )代替式中代替式中的的 就可分別得到就可分別得到b b相和相和c c相的電流表達(dá)式相的電流表達(dá)式15影響影響iap0的因素的因素iap0 取最大值的條件：取最大值的條件： 由由 t=0時(shí)，時(shí)，a相的交流分量的相量圖相的交流分量的相量圖、 =90 =90 、Im0 =0=0、 =0=016三相短路電流特點(diǎn)總結(jié)：三相短路電流特點(diǎn)總結(jié)：(1) (1) 由于電源為由于電

13、源為“無(wú)限大無(wú)限大”，短路后暫態(tài)過程與電源內(nèi)部無(wú)關(guān)，僅決定于外部短路，短路后暫態(tài)過程與電源內(nèi)部無(wú)關(guān)，僅決定于外部短路回路特性?；芈诽匦?。(2) (2) 短路后暫態(tài)過程中，每相短路電流有短路后暫態(tài)過程中，每相短路電流有2 2種成份：種成份： 強(qiáng)制分量：基頻、交流，三相對(duì)稱，幅值由電源電壓決定，恒定不衰減，強(qiáng)制分量：基頻、交流，三相對(duì)稱，幅值由電源電壓決定，恒定不衰減， 其值因短路時(shí)阻抗減小而比短路前正常穩(wěn)態(tài)電流大得多！其值因短路時(shí)阻抗減小而比短路前正常穩(wěn)態(tài)電流大得多！ 自由分量：直流，三相不相等；由短路瞬間電感電流不能突變而產(chǎn)生！自由分量：直流，三相不相等；由短路瞬間電感電流不能突變而產(chǎn)生！ 以

14、短路回路時(shí)間常數(shù)衰減，穩(wěn)態(tài)短路后衰減為以短路回路時(shí)間常數(shù)衰減，穩(wěn)態(tài)短路后衰減為 0 0 ！ 暫態(tài)過程中，三相電流并不對(duì)稱！暫態(tài)過程中，三相電流并不對(duì)稱！(3) (3) 短路至穩(wěn)態(tài)后，穩(wěn)態(tài)短路電流即為全電流中的強(qiáng)制分量，三相對(duì)稱！短路至穩(wěn)態(tài)后，穩(wěn)態(tài)短路電流即為全電流中的強(qiáng)制分量，三相對(duì)稱！(4) (4) 由于自由直流分量的存在，暫態(tài)過程中的短路全電流波形不對(duì)稱于時(shí)間軸由于自由直流分量的存在，暫態(tài)過程中的短路全電流波形不對(duì)稱于時(shí)間軸 在某一瞬間將出現(xiàn)最大瞬時(shí)值！在某一瞬間將出現(xiàn)最大瞬時(shí)值！5-2 5-2 無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析二、二、 暫態(tài)過程分析

15、暫態(tài)過程分析17無(wú)窮大電源供電系統(tǒng)短路全電流波形圖無(wú)窮大電源供電系統(tǒng)短路全電流波形圖18( (一一) ) 短路沖擊電流：短路沖擊電流：iim短路全電流的最大可能瞬時(shí)值短路全電流的最大可能瞬時(shí)值 對(duì)應(yīng)最嚴(yán)重短路條件！對(duì)應(yīng)最嚴(yán)重短路條件！5-2 5-2 無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析三、短路沖擊電流和短路全電流最大有效值三、短路沖擊電流和短路全電流最大有效值20.01 (1)TTaimtpmiiIe0.01/1aTimke imimpmik I19RTakim5-2 5-2 無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析三、短路沖

16、擊電流和短路全電流最大有效值三、短路沖擊電流和短路全電流最大有效值( (一一) ) 短路沖擊電流短路沖擊電流影響影響kim 的因素：的因素：20( (二二) ) 短路全電流最大有效值短路全電流最大有效值(1) 短路全電流有效值：短路全電流有效值：I It t22222211TTttttptaptTTttIi dtiidtTT/.0 2at TaptaptappmtptpIiieIII2/222.0at TtptaptpapIIIIie21（2 2）短路全電流最大有效值短路全電流最大有效值 I Iimim最嚴(yán)重短路條件下、第最嚴(yán)重短路條件下、第1 1個(gè)周期的個(gè)周期的I It t 且在短路后半個(gè)周

17、期時(shí)出現(xiàn)且在短路后半個(gè)周期時(shí)出現(xiàn).maxexp( 0.01/)(1)appmaimpmIITkI2222(1) 212(1)TimtpimppimtIIIkIIk(1.511.62)(1.511.62)2pmimpIII22短路功率短路功率=短路電流有效值短路電流有效值短路處正常工作電壓短路處正常工作電壓 (一般用平均額定電壓一般用平均額定電壓)5-2 5-2 無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析無(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析四、四、 短路功率短路功率tavtS =3V I33avttttBBBV IISIIV ISt 也稱短路容量也稱短路容量用于校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力用于校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力

18、 開關(guān)不僅要開斷短路電流，而且在開斷短路電流后，開關(guān)不僅要開斷短路電流，而且在開斷短路電流后，其觸頭要承受正常工作電壓。其觸頭要承受正常工作電壓。235-3 5-3 無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析一、突然短路暫態(tài)過程的特點(diǎn)一、突然短路暫態(tài)過程的特點(diǎn)a、b、c、f、D、Q 6個(gè)繞組有磁耦合，定子繞組同轉(zhuǎn)子繞組間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)突然短路的沖擊電流可能達(dá)到額定電流的十幾倍，對(duì)電機(jī)本身和有關(guān)電氣設(shè)備都可能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。突然短路時(shí)：突然短路時(shí)：定子電流急劇變化，電樞反應(yīng)磁通隨著變化，并在轉(zhuǎn)定子電流急劇變化，電樞反應(yīng)磁通隨著變化，并在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流子繞組中感

19、應(yīng)電流反過來影響定子電流的變化。定子、轉(zhuǎn)子繞組電流相反過來影響定子電流的變化。定子、轉(zhuǎn)子繞組電流相互影響是同步電機(jī)突然短路暫態(tài)過程區(qū)別于穩(wěn)態(tài)短路的顯著特點(diǎn)；也正由互影響是同步電機(jī)突然短路暫態(tài)過程區(qū)別于穩(wěn)態(tài)短路的顯著特點(diǎn)；也正由于此，其暫態(tài)過程比無(wú)限大電源供電系統(tǒng)三相短路后的暫態(tài)過程復(fù)雜得于此，其暫態(tài)過程比無(wú)限大電源供電系統(tǒng)三相短路后的暫態(tài)過程復(fù)雜得多！。多！。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)：電樞磁勢(shì)的大小不隨時(shí)間而變，在空間以同步電樞磁勢(shì)的大小不隨時(shí)間而變，在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)感應(yīng)電流。24二、分析的基本原理與方法二、分析的

20、基本原理與方法 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)：回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t?；芈反沛?zhǔn)睾阍瓌t。 對(duì)于超導(dǎo)體閉合回路，任何擾動(dòng)后都將具有對(duì)于超導(dǎo)體閉合回路，任何擾動(dòng)后都將具有“維持所環(huán)磁維持所環(huán)磁鏈永久不變鏈永久不變”的特性；的特性； 對(duì)于實(shí)際有電阻的線圈回路，在任何擾動(dòng)瞬間都將維持其對(duì)于實(shí)際有電阻的線圈回路，在任何擾動(dòng)瞬間都將維持其所環(huán)磁鏈不突變所環(huán)磁鏈不突變楞次定則！楞次定則！分析方法：分析方法： (1) (1) 電機(jī)存在多個(gè)互感耦合的繞組電機(jī)存在多個(gè)互感耦合的繞組電阻相對(duì)較小電阻相對(duì)較小首先作超導(dǎo)回路對(duì)待；首先作超導(dǎo)回路對(duì)待； (2) (2) 基于磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t，確定在突然短路暫態(tài)過程中將有哪些電流分量基于磁鏈?zhǔn)睾?/p>

21、原則，確定在突然短路暫態(tài)過程中將有哪些電流分量? ? 具有何種變化規(guī)律具有何種變化規(guī)律( (自由電流、強(qiáng)制電流自由電流、強(qiáng)制電流) ?) ? (3) (3) 計(jì)及電阻，確定各電流分量的衰減規(guī)律。計(jì)及電阻，確定各電流分量的衰減規(guī)律。 假設(shè)：假設(shè)：同步電機(jī)是理想同步機(jī)同步電機(jī)是理想同步機(jī)轉(zhuǎn)速不變，參數(shù)用標(biāo)幺值表示。轉(zhuǎn)速不變，參數(shù)用標(biāo)幺值表示。5-3 5-3 無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析25分析方法與思路：分析方法與思路：先不計(jì)繞組電阻，磁鏈?zhǔn)睾阆炔挥?jì)繞組電阻，磁鏈?zhǔn)睾愀骼@組電流分量及初值；各繞組電流分量及初值；后計(jì)電阻，確定各電流分量的衰減！后計(jì)

22、電阻，確定各電流分量的衰減！三、無(wú)阻尼繞組的三、無(wú)阻尼繞組的GG的的f f(3)(3) 物理分析物理分析000000cos()cos(120 )cos(120 )abcttt000000000coscos(120 )cos(120 )abc26三、無(wú)阻尼繞組的三、無(wú)阻尼繞組的GG的的f f(3)(3) 物理分析物理分析000000000cos()cos(120 )cos(120 )aabbccttt定子各繞組磁鏈定子各繞組磁鏈 基頻周期基頻周期！27短路電流構(gòu)成小結(jié)：短路電流構(gòu)成小結(jié)：dTaT5-3 5-3 無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析285

23、-4 5-4 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算一、暫態(tài)等值電路一、暫態(tài)等值電路暫態(tài)電勢(shì)、暫態(tài)電抗暫態(tài)電勢(shì)、暫態(tài)電抗()()da dadfdd dad ffadfdffadffxixiix ix ixiixixx i adadqffffffaddaafadfadxxE= = xxxxx= x+= x+ x xx+ xdqd dEx iqq qx i29qqdddqqixvixEvqqd ddq qVEjx IVjx I qq qddVEjx Ijx IQqqddQqqddE= E + j(x - x )IE= E +(x - x )IdV = E - jx

24、 IqqdqE = E - j(x -x )IQqV = E- jx I5-4 5-4 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算一、暫態(tài)等值電路一、暫態(tài)等值電路等值隱極機(jī)等值隱極機(jī)305-4 5-4 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算一、暫態(tài)等值電路一、暫態(tài)等值電路相量圖相量圖應(yīng)用：例應(yīng)用：例5-15-1315-4 5-4 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)三相短路電流計(jì)算二、不計(jì)衰減時(shí)的短路電流二、不計(jì)衰減時(shí)的短路電流1 1、定子基頻交流和、定子基頻交流和 f-ff-f 直流電流直流電流 設(shè)：設(shè)：空載

25、短路空載短路i、if0、ifa共同作用，共同作用，保持各相定子繞組磁鏈為保持各相定子繞組磁鏈為0、f-f 初值初值f0000()0()adffad dfffaad dfxiix ixiix i00adffqdddqoadddfadfaddxxEixxExxxiixxx qq0dddEEi=xx定子穩(wěn)態(tài)定子穩(wěn)態(tài)短路電流：短路電流：定子基頻定子基頻d-d直流直流定子基頻定子基頻自由電流：自由電流：q0qq0q0dddddddEEEEi = i -i=-=-xxxx注意：注意： q0=0 定子基頻電流定子基頻電流q軸分量軸分量=0325-4 5-4 二、不計(jì)衰減時(shí)的短路電流二、不計(jì)衰減時(shí)的短路電流2

26、 2、定子、定子iap、i2、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子if令：令：f=0、 a= a0(b(b、c c類似類似) ) 000000000coscos(120 )cos(120 )abc00sinddqqcos ttadfd dd0ffad dq qq0 x i-x i= = costx i-x i= 0 x i= sintq0d0ddddq0adddfdfaddqq00qqqqEi= -= -cost = -costxxxExx -xi=i= -costxxxEi=sint =sintxxxad0ad f0f0q0fx = x i= Ex335-4 5-4 二、不計(jì)衰減時(shí)的短路電流二、不計(jì)衰減時(shí)的短路電流3

27、3、短路全電流、短路全電流()dddddddq0dq0dq0dq0dqqq0qi = i +i= i+(i -i)+i= Ex + Ex -Ex- Excosti = i= Exsintddq0ddq0ff0faff0addadd(x - x )E(x - x )Ei = i+ i+ i= i+-costxxxx q0q0q0a00dddq0q000dqdqEEEi= -cos(t + ) - (-)cos(t + )xxxEE1111+(+)cos +(-)cos(2t + )2xx2xx345-4 三、自由電流的衰減三、自由電流的衰減 daaq0q0q0-t Ta00dddq0q0-t T

28、-t T00dqdqEEEi = -cos(t +a )-ecos(t +a )xxxEE1111+ecosa +-ecos(2t +a )2xx2xxdaddq0ddq0-t T-t Tff0addadd(x -x )E(x -x )Ei = i+e-ecostxxxxd qadq2x xT =r(x + x )11 fa adaadddd0fdfadfd0ffx+ xx(x+ x)x1T = Trx x+ xxT=rr35基本原則：基本原則：負(fù)荷狀態(tài)下負(fù)荷狀態(tài)下突然短路，仍然必須滿足繞組突然短路，仍然必須滿足繞組磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t：(1) (1) 定子繞組基頻交流定子繞組基頻交流(i

29、)、轉(zhuǎn)子繞組直流、轉(zhuǎn)子繞組直流(if0、ifa)共同作用共同作用 保持各相定子繞組磁鏈為保持各相定子繞組磁鏈為0、f-f 初值初值f0(2) (2) 定子繞組直流定子繞組直流(iap)和倍頻分量和倍頻分量(i2)、轉(zhuǎn)子繞組基頻交流分量、轉(zhuǎn)子繞組基頻交流分量(if) 共同作用共同作用保持各相定子繞組磁鏈為初值保持各相定子繞組磁鏈為初值、f-f 繞組繞組f0分析方法：分析方法：與空載短路相同與空載短路相同關(guān)鍵要點(diǎn)：關(guān)鍵要點(diǎn)： (1) (1) 定子各相基頻交流定子各相基頻交流 d-d d-d 直流直流 轉(zhuǎn)子直流轉(zhuǎn)子直流 (2) (2) 定子各相直流、倍頻交流定子各相直流、倍頻交流d-dd-d、q-q

30、q-q 基頻交流基頻交流轉(zhuǎn)子基頻交流轉(zhuǎn)子基頻交流 (3) (3) Eq0、Eq0 由短路前穩(wěn)態(tài)確定由短路前穩(wěn)態(tài)確定 必須計(jì)及負(fù)荷電流影響！必須計(jì)及負(fù)荷電流影響！ (4) (4) f0 由短路前穩(wěn)態(tài)確定由短路前穩(wěn)態(tài)確定5-4 四、負(fù)荷狀態(tài)下的突然短路四、負(fù)荷狀態(tài)下的突然短路365-4 四、負(fù)荷狀態(tài)下的突然短路四、負(fù)荷狀態(tài)下的突然短路q0ddq0q0dddddEi=xEEi= i- i=-xx(1) (1) 定子各繞組基頻交流定子各繞組基頻交流(i)、轉(zhuǎn)子繞組直流、轉(zhuǎn)子繞組直流(if0、ifa)0000cosad dfffddfafaddx ix ixxVixx x0000000000cosqqq

31、dddfffad dqddEvEVixxx ix iEix 375-4 5-4 四、四、 (2) (2) 定子各繞組定子各繞組 直流、倍頻交流直流、倍頻交流、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)子繞組 基頻交流基頻交流由穩(wěn)態(tài)相量圖，由穩(wěn)態(tài)相量圖，0=V0 abc0 ：00000000000000000cos()cos()cos(120 )cos(120 )abbVVVdd00qq00 = = V cos(t + ) = = V sin(t + )000cos()cos()cos()ttt 0dddd0adddfdfaddq0qqqVi= -xxVxx- xi=i-xxxVi=xx式式(5(532)32)(5(5343

32、4)385-4 5-4 四、四、 (3) (3) 各繞組總電流：各繞組總電流： (1)+(2)Park(1)+(2)Park逆變換逆變換daat-q0q0q0Ta00dddtt-00TT0000dqdqEEEi = -cos(t + )-ecos(t + )xxxVV1111 +ecos( - )+-ecos(2t + + )2xx2xxdatt-dd00dd0TTff00addadd(x -x )V cos(x -x )Vi = i+e-ecos(t+ )x xx x注意：本節(jié)分析均對(duì)應(yīng)于機(jī)端短路。當(dāng)短路不在機(jī)端，應(yīng)作如下修正：注意：本節(jié)分析均對(duì)應(yīng)于機(jī)端短路。當(dāng)短路不在機(jī)端，應(yīng)作如下修正：

33、(1) (1) V0應(yīng)為短路點(diǎn)的短路前穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓；應(yīng)為短路點(diǎn)的短路前穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓； (2) (2) 電抗電抗 xd、xd、xq中，都要加上發(fā)電機(jī)的外回路電抗！中，都要加上發(fā)電機(jī)的外回路電抗！ (4) (4) 各時(shí)間常數(shù)也要考慮外回路電抗！各時(shí)間常數(shù)也要考慮外回路電抗！395-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路一、突然短路的物理過程一、突然短路的物理過程與無(wú)阻尼繞組比較與無(wú)阻尼繞組比較相同點(diǎn)：各繞組電流成分相同（相似）：相同點(diǎn)：各繞組電流成分相同（相似）：不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：d d軸方向軸方向 d-dd-d、f-ff-f、D-D D-D 共同維持各繞組磁鏈

34、不突變共同維持各繞組磁鏈不突變 q q軸方向有軸方向有q-qq-q、Q-QQ-Q共同維持各繞組磁鏈不突變共同維持各繞組磁鏈不突變各繞組電流成分及其對(duì)應(yīng)關(guān)系與變化規(guī)律如下：各繞組電流成分及其對(duì)應(yīng)關(guān)系與變化規(guī)律如下：Ta Td 、 Td Tq405-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗1 1、d d 軸磁鏈平衡等值電路、等值參數(shù)軸磁鏈平衡等值電路、等值參數(shù)q q 軸次暫態(tài)電勢(shì)：軸次暫態(tài)電勢(shì)：fDfDfDqeqadfDadfD+xxE= x+111xx+xxxdaaeq adadfD1x = x+= x+x1

35、11+xxxd d 軸次暫態(tài)電抗：軸次暫態(tài)電抗：415-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗2 2、q q 軸磁鏈平衡等值電路、等值參數(shù)軸磁鏈平衡等值電路、等值參數(shù)d d 軸次暫態(tài)電勢(shì)：軸次暫態(tài)電勢(shì)：QQQdQ aqQadQxE = x11x+ +xxqaaQ aqaqQ1x = x+= x+ x11+xxq q 軸次暫態(tài)電抗：軸次暫態(tài)電抗：425-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗3 3、穩(wěn)態(tài)相量圖和、穩(wěn)態(tài)相

36、量圖和等值隱極機(jī)等值隱極機(jī) qqddddqqixEixEvvqqddddqqV = E - jx IV = E - jx IdV = E - jx IdqdqE = E+ jE= E+ E d dq qddqqV = E - jx I - jx I= E - jx I- j(x -x )Idqxx43qqd ddq qvEx Ivx IqqdddqqixvixEv qqddddqqixEvixEv( )qqdqqqdqxxExxix( )( )qqdddqdddEExxiExxi5-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路二、次暫態(tài)電勢(shì)、次暫態(tài)電抗二、次暫態(tài)

37、電勢(shì)、次暫態(tài)電抗4 4、等值電勢(shì)之間的關(guān)系、等值電勢(shì)之間的關(guān)系44基本分析方法：基本分析方法：與無(wú)阻尼繞組相同與無(wú)阻尼繞組相同磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t (1) 定子繞組基頻交流定子繞組基頻交流(i)、轉(zhuǎn)子繞組直流、轉(zhuǎn)子繞組直流(if0、ifa) 共同作用，保持各相定子繞組磁鏈為共同作用，保持各相定子繞組磁鏈為0、f-f 初值初值 不變?yōu)椴蛔優(yōu)閒0 (2) 定子繞組直流定子繞組直流(iap)和倍頻分量和倍頻分量(i2)、轉(zhuǎn)子繞組基頻交流分、轉(zhuǎn)子繞組基頻交流分 量量(if) 共同作用共同作用保持各相定子繞組磁鏈為初值、保持各相定子繞組磁鏈為初值、 f-f 繞組繞組f05-5 5-5 有阻尼繞組同步

38、電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路三、短路電流分析三、短路電流分析45(1) (1) 定子基頻、轉(zhuǎn)子直流分量定子基頻、轉(zhuǎn)子直流分量5-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路三、短路電流分析三、短路電流分析負(fù)載短路負(fù)載短路0 , qdEx0 , dqEx0/dqiEx0/qdqiEx 000000 cosqd dqd dEx ix iV0000sinqqqqddqqxxxxEVxx00000dqqdqqdixixE465-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路三、短路電流分析三、短路電流分析負(fù)載短路負(fù)載短

39、路(1) (1) 定子基頻、轉(zhuǎn)子直流分量定子基頻、轉(zhuǎn)子直流分量定子基頻穩(wěn)態(tài)分量：定子基頻穩(wěn)態(tài)分量：定子基頻自由分量：定子基頻自由分量：0dqdiEx0/qdqiEx q0q0dddddddEEi= i- i=-= i+ ixx00qqdddEEixx00qqdddEEixxdTdTqT475-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路三、短路電流分析三、短路電流分析負(fù)載短路負(fù)載短路(1) (1) 定子基頻、轉(zhuǎn)子直流分量定子基頻、轉(zhuǎn)子直流分量f-ff-f 直流自由分量：直流自由分量：D-D 直流自由分量直流自由分量：Q-Q 直流自由分量直流自由分量：002cosadDfafafadfDadVxxiiixx xx 002cosadfDadfDadxxVixx xx0000sinsinaqqqQaQ qaqqx VxxVix xxx 00()cosddfaaddxxVixx00200cos()()cos adDfafDaddddad dxxVix xxxxxVxx-dTdTdTqT485-5 5-5 有阻尼繞組同步電機(jī)的突然三相短路有阻尼繞組