第三章電力系統(tǒng)短路

第3章電力系統(tǒng)短路主要內(nèi)容：3.1電力系統(tǒng)短路3.2電力系統(tǒng)繼電維護3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.4電氣設(shè)備選型3.1電力系統(tǒng)短路電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)有三種形狀：正常運轉(zhuǎn)形狀、非正常運轉(zhuǎn)形狀和短路缺點。短路就是指不同電位導(dǎo)電部分之間的不正常短接。1短路緣由〔1〕短路的主要緣由是電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞。〔2〕誤操作及誤接?！?〕飛禽跨接裸導(dǎo)體?！?〕其它緣由。3.1電力系統(tǒng)短路2短路后果電力系統(tǒng)發(fā)生短路，短路電流數(shù)值可達幾萬安到幾十萬安?！?〕產(chǎn)生很大的熱量，很高的溫度，從而使缺點元件和其它元件損壞?！?〕產(chǎn)生很大的電動力，該力使導(dǎo)體彎曲變形?！?〕短路時，電壓驟降?！?〕短路可呵斥停電。〔5〕嚴重短路要影響電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，呵斥系統(tǒng)癱瘓?！?〕單相短路時，對附近通訊線路，電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。3.1電力系統(tǒng)短路3短路方式兩相接地短路短路對稱短路不對稱短路單相短路兩相短路單相接地短路單相接中性點短路兩相短路兩相短路接地三相短路用表示，二相短路表示，單相短路用表示，兩相接地短路用表示。只需三相短路，屬對稱短路。3.1電力系統(tǒng)短路圖3-1短路的類型a)三相短路b)兩相短路c)單相短路d)單相接中心點短路e)兩相接地短路f)兩相短路接地選擇、檢驗電氣設(shè)備，以三相短路計算為主。校驗繼電器維護安裝用兩相或單相短路電流。3.2電力系統(tǒng)繼電維護3.2.1電力系統(tǒng)繼電維護的作用一、電力系統(tǒng)的缺點和不正常運轉(zhuǎn)形狀電力系統(tǒng)的缺點：三相短路f(3)、兩相短路f(2)、單相短路接地f(1)、兩相短路接地f(1,1)、斷線、變壓器繞組匝間短路、復(fù)合缺點等。不正常運轉(zhuǎn)形狀：小接地電流系統(tǒng)的單相接地、過負荷、變壓器過熱、系統(tǒng)振蕩、電壓升高、頻率降低等。3.2.1電力系統(tǒng)繼電維護的作用二、發(fā)生缺點能夠引起的后果1、缺點點經(jīng)過很大的短路電流和所燃起的電弧，使缺點設(shè)備燒壞；2、系統(tǒng)中設(shè)備，在經(jīng)過短路電流時所產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備縮短運用壽命；3、因電壓降低，破壞用戶任務(wù)的穩(wěn)定性或影響產(chǎn)質(zhì)量量；破壞系統(tǒng)并列運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，產(chǎn)生振蕩，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。事故：指系統(tǒng)的全部或部分的正常運轉(zhuǎn)遭到破壞，以致呵斥對用戶的停頓送電、少送電、電能質(zhì)量變壞到不能允許的程度，甚至毀壞設(shè)備等等。事故3.2.1電力系統(tǒng)繼電維護的作用三、繼電維護安裝及其義務(wù)繼電維護安裝：就是指反響電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生缺點或不正常運轉(zhuǎn)形狀，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動安裝。根本義務(wù)：1、發(fā)生缺點時，自動、迅速、有選擇地將缺點元件〔設(shè)備〕從電力系統(tǒng)中切除，使非缺點部分繼續(xù)運轉(zhuǎn)。2、對不正常運轉(zhuǎn)形狀，為保證選擇性，普通要求維護經(jīng)過一定的延時，并根據(jù)運轉(zhuǎn)維護條件〔如有無經(jīng)常值班人員〕，而動作于發(fā)出信號〔減負荷或跳閘〕，且能與自動重合閘相配合。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成一、繼電維護的根本原理繼電維護的原理是利用被維護線路或設(shè)備缺點前后某些突變的物理量為信息量，當突變量到達一定值時，起動邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號。1、利用根本電氣參數(shù)的區(qū)別。2、利用內(nèi)部缺點和外部缺點時被維護元件兩側(cè)電流相位〔或功率方向〕的差別。3、對稱分量能否出現(xiàn)。4、反響非電氣量的維護。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成1、利用根本電氣參數(shù)的區(qū)別發(fā)生短路后，利用電流、電壓、線路丈量阻抗等的變化，可以構(gòu)成如下維護?！?〕電流維護：反映電流的增大而動作?！?〕低電壓維護：反響于電壓的降低而動作?！?〕間隔維護：反響于短路點到維護安裝地之間的間隔〔或丈量阻抗的減小〕而動作。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成2、利用內(nèi)部缺點和外部缺點時被維護元件兩側(cè)電流相位〔或功率方向〕的差別。規(guī)定電流的正方向是從母線流向線路。正常運轉(zhuǎn)和線路AB外部缺點時，A-B兩側(cè)電流的大小相等相位相差180°。當線路AB內(nèi)部短路時，A-B兩側(cè)電流普通大小相等、相位相等。構(gòu)成各種差動原理的維護，如縱聯(lián)差動維護，相差高頻維護、方向高頻維護等。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成3、對稱分量能否出現(xiàn)電氣元件在正常運轉(zhuǎn)〔或發(fā)生對稱短路〕時，負序分量和零序分量為零；在發(fā)生不對稱短路時，普通負序和零序都較大。因此，根據(jù)這些分量的能否存在可以構(gòu)成零序維護和負序維護。此種維護安裝都具有良好的選擇性和靈敏性。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成4、反響非電氣量的維護反響變壓器油箱內(nèi)部缺點時所產(chǎn)生的氣體而構(gòu)成瓦斯維護；反響于電動機繞組的溫度升高而構(gòu)成過負荷維護等。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成二、繼電維護安裝的組成

繼電維護普通由三個部分組成:丈量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理構(gòu)造如以下圖所示。丈量被維護元件任務(wù)形狀的物理量，并和已給的整定值進展比較，從而判別維護能否應(yīng)該起動。根據(jù)丈量部分各輸出量的大小，性質(zhì)，出現(xiàn)的順序等，使維護安裝按一定的邏輯程序任務(wù)，最后傳到執(zhí)行部分。根據(jù)邏輯部分送的信號，最后完成維護安裝所擔負的義務(wù)。如發(fā)出信號，跳閘或不動作等。3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成舉例闡明正常形狀：一次設(shè)備經(jīng)過的電流為負載電流斷路器主、輔觸點脫扣器跳閘線圈KA流過的二次電流小于動作值KA不動作其接點不閉合維護不動作。電流互感器電流繼電器時間繼電器中間繼電器3.2.2繼電維護的根本原理和維護安裝的組成舉例闡明短路缺點時：流過一次設(shè)備的電流激增KA流過的二次電流大于KA動作值KA接點閉合，KT得電KT觸點閉合KM線圈得電，其觸點閉合QF的YT線圈得電跳閘切除缺點。3.2.3對繼電維護安裝的根本要求選擇性速動性靈敏性可靠性3.2.3對繼電維護安裝的根本要求一、選擇性(Selectivity)選擇性是指維護安裝動作時，僅將缺點元件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量減少，以保證系統(tǒng)中的無缺點部分仍能繼續(xù)平安運轉(zhuǎn)。3.2.3對繼電維護安裝的根本要求d3點短路：維護6動作，6QF跳閘；假設(shè)維護6或6QF拒動，5QF跳閘；d2點短路：維護5動作，5QF跳閘；假設(shè)維護5或5QF拒動，維護1和維護3動作于1QF、3QF跳閘；d1點短路：維護1和維護2動作，1QF、2QF跳閘；假設(shè)維護2或2QF拒動，維護3動作于3QF跳閘；3.2.3對繼電維護安裝的根本要求主維護：能有選擇性地快速切除全線缺點的保護。后備維護：當缺點線路的主維護或斷路器拒動時用以切除缺點的維護。近后備維護：作為本線路主維護的后備維護。遠后備維護：作為下一條相鄰線路主維護或開關(guān)拒跳的后備維護。3.2.3對繼電維護安裝的根本要求二、速動性〔Speed)速動性是指盡能夠快地切除缺點。短路時快速切除缺點，可以減少缺點范圍，減輕短路引起的破壞程度，減小對用戶任務(wù)的影響，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2.3對繼電維護安裝的根本要求三、靈敏性(Sensitivity)靈敏性是指對維護范圍內(nèi)發(fā)生缺點或不正常運轉(zhuǎn)形狀的反響才干。維護安裝的靈敏性，通常用靈敏系數(shù)來衡量，靈敏系數(shù)越大，那么維護的靈敏度就越高，反之就越低。對過量繼電器：對欠量繼電器：3.2.3對繼電維護安裝的根本要求四、可靠性(Reliability)可靠性是指在規(guī)定的維護范圍內(nèi)發(fā)生了屬于它應(yīng)該動作的缺點時，它不應(yīng)該回絕動作，而在其它不屬于它應(yīng)該動作的情況下，那么不應(yīng)該誤動作。以上四個根本要求之間，有的相輔相成，有的相互制約，需求針對不同的運用條件，分別地進展協(xié)調(diào)。此四個根本要求是分析研討繼電維護的根底，也是貫穿全課程的一個根本線索。根據(jù)被維護元件在電力系統(tǒng)中的位置和作用來確定詳細的維護方式，以滿足其相應(yīng)的要求。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力一、運轉(zhuǎn)中的電氣設(shè)備發(fā)熱的致因1.載流導(dǎo)體的電阻損耗；2.載流導(dǎo)體周圍金屬構(gòu)件處于交變磁場中所產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗；3.絕緣資料內(nèi)部的介質(zhì)損耗等。上述損耗都會轉(zhuǎn)變成熱量使電氣設(shè)備的溫度升高。(即電器元件、設(shè)備在任務(wù)中都有熱損耗。熱源—P〔W〕能耗—〔零部件的〕溫度升高)3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力二、電氣設(shè)備的允許溫度1、電氣設(shè)備的運轉(zhuǎn)特點發(fā)熱絕緣老化介質(zhì)損耗渦流和磁滯損耗電能損耗影響設(shè)備正常壽命和任務(wù)形狀強電場絕緣資料交變磁場鐵磁物質(zhì)電流導(dǎo)體3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力2、電氣設(shè)備的發(fā)熱類型長期發(fā)熱－－由正常任務(wù)電流引起，可用來確定導(dǎo)體正常任務(wù)時的最大允許載流量。特點：電流小，繼續(xù)時間長，熱量的產(chǎn)生與散失將維持一動態(tài)平衡，到達一穩(wěn)定溫升，溫度不再改動。短〔路〕時發(fā)熱－－由短路電流引起，可用來確定短路切除以前能夠出現(xiàn)的最大溫度。特點：電流大且時間短暫，熱量幾乎全部用于導(dǎo)體溫升。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3、發(fā)熱的其它概念：熱穩(wěn)定性－－長期任務(wù)電流或短路電流經(jīng)過導(dǎo)體、電器時，實踐發(fā)熱溫度不超越各自發(fā)熱的允許溫度，即具有足夠熱穩(wěn)定性。允許溫度：可接受的最高溫度值。允許溫升：長期發(fā)熱的允許溫升－－較周圍〔計算〕環(huán)境溫度的溫度升高值。短時發(fā)熱的允許溫升－－較短路前的溫度升高值，通常與導(dǎo)體長期任務(wù)時的最高允許溫度相比較。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力三、導(dǎo)體長期發(fā)熱的計算兩種計算思緒：根據(jù)θy〔導(dǎo)體長期發(fā)熱允許溫度〕Iy〔允許電流〕； 進而校驗，使?jié)M足Ig.zd≤Iy根據(jù)Ig.zd〔導(dǎo)體最大長期任務(wù)電流〕θc〔導(dǎo)體長期發(fā)熱穩(wěn)定溫度〕； 進而校驗，使?jié)M足θc≤θy3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力1、允許電流Iy確實定對于母線、電纜等均勻?qū)w，其允許電流Iy可查規(guī)范截面允許電流表。留意：對應(yīng)查得的電流的條件為：計算環(huán)境溫度θ0＝25℃，最高發(fā)熱允許溫度θy＝70℃；故當實踐環(huán)境溫度θ與θ0不一致或敷設(shè)條件不同時，需求進展溫度校正：3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力2、導(dǎo)體長期發(fā)熱溫度θcθc＝θ＋〔θy－θ〕(Ig.zd/Iyθ)θ－－實踐環(huán)境溫度Ig.zd－－最大長期任務(wù)電流〔普通思索繼續(xù)30min以上的最大任務(wù)電流〕Iyθ－－校正后的允許電流3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力四、導(dǎo)體短路時的發(fā)熱計算導(dǎo)體必需能接受短路電流的熱效應(yīng)而不致使絕緣資料軟化燒壞，也不致使芯線資料的機械強度降低，這種才干即－－導(dǎo)體的短路熱穩(wěn)定性。短路熱穩(wěn)定性的校驗思緒： 當導(dǎo)體經(jīng)過短路電流時的最高發(fā)熱溫度θd≤θdy規(guī)定的導(dǎo)體短時發(fā)熱允許溫度，那么以為導(dǎo)體在短路條件下是熱穩(wěn)定的； 否那么是熱不穩(wěn)定的。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力1、短路時發(fā)熱的計算條件由其短時發(fā)熱的主要特點而決議:a、視為絕熱過程－－短路時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量全部用來提高導(dǎo)體本身的溫度，即不思索散熱；b、短路時導(dǎo)體的物理特性，如比熱、電阻率等不能視為常數(shù)，而是溫度的函數(shù)；c、短路電流瞬時值的實踐變化規(guī)律復(fù)雜，應(yīng)選取短路電流全電流的有效值來進展發(fā)熱計算。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力2、短路時最高發(fā)熱溫度θd的計算3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力五、導(dǎo)體短路時的電動力根本概念載流導(dǎo)體的電動力：載流導(dǎo)體處在磁場中會遭到力的作用，載流導(dǎo)體間也會有力的作用，這種力稱為電磁互作用力，即電動力。在電器中，載流導(dǎo)體間、線圈匝間、動靜觸頭間、電弧與鐵磁體間等都有電動力的作用。在正常電流下，電動力不致于使電器損壞，但動、靜觸頭間的電動斥力過大會使接觸壓力減小、接觸電阻增大，從而呵斥觸頭的熔化或熔焊，影響其正常任務(wù)。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力在強大短路電流下所構(gòu)成的電動力，能夠使電器發(fā)生誤動作或使導(dǎo)體機械變形，甚至損壞。電動力常用來驗證電氣設(shè)備的機械強度能否足夠。電動力穩(wěn)定性：簡稱動穩(wěn)定性，是指－－當大電流經(jīng)過電器時，在其產(chǎn)生的電動力作用下，電器有關(guān)部件不產(chǎn)生損壞或永久變形的性能；或者說，電器有關(guān)部分在電動力作用下不產(chǎn)生損壞或永久變形所能經(jīng)過的最大電流的才干。以能夠的最大沖擊電流的峰值表示，也有的以其與額定電流的比值表示。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力電動力的計算：1、兩平行圓導(dǎo)體〔實心、空心即圓管形均可〕 α為兩導(dǎo)體中心間隔，L為導(dǎo)體長度，d為截面半徑； 當d<<α且α<<L時，可不思索電流在導(dǎo)體截面上的分布：3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力2、兩平行矩形截面導(dǎo)體 截面寬為h，厚為b； α為兩導(dǎo)體中心間隔，L導(dǎo)體長度：假設(shè)b<<α，那么可用上述式子計算；假設(shè)不然，那么須引入截面外形系數(shù)－－Kx〔由于此時不能以為導(dǎo)體中的電流集中在幾何軸線流過！〕Kx與導(dǎo)體截面尺寸、相互間的間隔有關(guān)，當時，Kx≈1，即不需思索截面外形。此外，Kx與縱橫邊長比值有關(guān)： b/h>1時，Kx>1；b/h<1時，Kx<1；b/h=1,Kx=1。3.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力3、三相母線短路時的電動力短路沖擊電流ish產(chǎn)生的電動力最大，故均以ish為準；又由于故以為準；又由于實際證明中間相所受電動力最大；故〔回想：短路沖擊電流Ksh－短路電流沖擊系數(shù)，普通取1～2之間?！?.3電氣設(shè)備的發(fā)熱和電動力4、校驗動穩(wěn)定性a、母線 母線經(jīng)過時遭到的最大計算應(yīng)力。b、普通電器為極限經(jīng)過電流〔或動穩(wěn)定電流〕，可查。3.4電氣設(shè)備選型1．按正常任務(wù)條件選擇額定電壓和額定電流〔1〕額定電壓和最高任務(wù)電壓導(dǎo)體和電器所在電網(wǎng)的運轉(zhuǎn)電壓因調(diào)壓或負荷的變化，常高于電網(wǎng)的額定電壓，故所選電氣設(shè)備允許最高任務(wù)電壓不得低于所接電網(wǎng)的最高運轉(zhuǎn)電壓，即〔3-4-1〕普通電氣設(shè)備允許的最高任務(wù)電壓：當額定電壓在220kV及以下時為1.15；額定電壓為330～500kV時為1.1。而實踐電網(wǎng)運轉(zhuǎn)的，普通不超越1.1，因此在選擇設(shè)備時，普通可按照電氣設(shè)備的額定電壓不低于安裝地點電網(wǎng)額定電壓的條件選擇。3.4電氣設(shè)備選型〔2〕額定電流電氣設(shè)備的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度下，導(dǎo)體和電器的長期允許電流〔或額定電流〕應(yīng)不小于該回路的最大繼續(xù)任務(wù)電流，即〔3-4-2〕由于發(fā)電機、調(diào)相機和變壓器在電壓降低5％時，出力堅持不變，故其相應(yīng)回路的〔為電機的額定電流〕；母聯(lián)斷路器回路普通可取母線上最大一臺發(fā)電機或變壓器的；母線分段電抗器的應(yīng)為母線上最大一臺發(fā)電機跳閘時，保證該段母線負荷所需的電流；出線回路的除思索線路正常負荷電流〔包括線路損耗〕外，還應(yīng)思索事故時由其它回路轉(zhuǎn)移過來的負荷。3.4電氣設(shè)備選型〔3〕按當?shù)丨h(huán)境條件校核在選擇電器時，還應(yīng)思索電器安裝地點的環(huán)境條件，當氣溫、風速、濕度、污穢等級、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等環(huán)境條件超越普通電器運用條件時，應(yīng)向制造部門提出要求或采取相應(yīng)的措施。我國目前消費的電氣設(shè)備，設(shè)計時取周圍空氣溫度40℃作為計算值，假設(shè)安裝地點日最高氣溫高于＋40℃，但不超越＋60℃，最大延續(xù)任務(wù)電流應(yīng)適當降低，設(shè)備的額定電流應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)。3.4電氣設(shè)備選型溫度修正系數(shù)：〔3-4-3〕式中——實踐環(huán)境溫度，取最熱月平均最高氣溫，℃；——導(dǎo)體或電氣設(shè)備正常發(fā)熱允許最高溫度〔當導(dǎo)作用螺栓銜接時為70℃〕；——溫度修正系數(shù)。當時，每降低1℃允許電流添加0.5％，但總數(shù)不得超越20％；當時，每增高1℃允許電流應(yīng)減少1.8％。3.4電氣設(shè)備選型2．按短路情況來校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定〔1〕短路熱穩(wěn)定校驗短路電流經(jīng)過時，導(dǎo)體和電器各部件溫度〔或發(fā)熱效應(yīng)〕應(yīng)不超越允許值。熱穩(wěn)定校驗應(yīng)選擇兩相短路和三相短路中最嚴重的一種作為計算根據(jù)。3.4電氣設(shè)備選型或〔3-4-4〕式中──規(guī)定的電氣設(shè)備在時間s內(nèi)的熱穩(wěn)定電流，kA。在指定時間內(nèi)短路電流不會使電氣設(shè)備發(fā)熱超越設(shè)備允許的最大短時溫度的電流；