发电厂电气部分2

第二章短路电流计算(1)电力系统中电器设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备绝缘自然老化，操作过电压，大气过电压，绝缘受到机械损伤等。(2)运行人员不遵守操作规程，如带负荷拉闸（拉隔离开关），检修后忘拆除地线就合闸。(3)鸟兽跨越在裸露导体上。（4）暴风雪、冰冻、地震等气候、地质灾害。短路是电力系统中常发生的故障。也是系统中电气设备可能承受的的最极端的情况。一、短路发生的原因第一节概述二、短路的危害1.短路产生很大的热量，导体温度升高，将绝缘损坏。2.短路产生巨大的电动力，使电气设备受到机械损坏。3.短路使系统电压降低，电流升高，电器设备正常工作受到破坏。4.短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便。5.严重的短路将影响电力系统运行的稳定性，使同步发电机失步。6.单相短路产生的不平衡磁场，对通信线路和弱电设备产生严重的电磁干扰。三、短路的种类三相交流系统的短路的种类主要有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。三相短路属于对称性短路，造成的危害最为严重，但机会较少。单相短路的机会最多，约在70%左右。四、短路电流计算的目的1.正确地选择和校验各种电器设备2.计算和整定保护短路的继电保护装置3.选择限制短路电流的电器设备五、短路电流计算的假定条件1.认为在短路过程中，所有发电机电势的相位及大小都相同，亦即在发电机之间没有电流交换，发电机流出的电流全都流向短路点，而所有负荷支路则认为已断开。2.不计磁路饱和。系统中的感抗都是恒定的，可以运用叠加原理。3.不计变压器励磁电流。4.系统中所有元件只计入电抗。但在计算短路电流非周期分量衰减时间常数，或者计算1KV以下低压系统短路电流时，则必须计及元件的电阻。5.短路为金属性短路，即不计短路点过渡电阻的影响。6.认为三相系统是对称的。对于不对称短路，可应用对称分量法，将每序对称网络简化成单相电路进行计算。以上假设使短路电路的计算结果偏大，但不超过10%-15%。六、典型的短路电流波形曲线)sin()sin(tIitEemm222)()(LLRREImmRRLLtg)(1短路前电路处于稳态：假定t＝0时刻发生短路a相的微分方程式如下：)sin(tEdtdiLRimPi其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量和非周期分量。短路电流的强制分量,并记为周期分量：22)(LREImPmRLtg1)sin(tIiPmP非周期电流：短路电流的自由分量,记为aTtptnpCeCei（C为由初始条件决定的积分常数）—特征方程0pLR的根。LRp—非周期分量电流衰减的时间常数RLpTa1aTp短路的全电流可表示为：aTtPmnpPCetIiii/)sin(CIIPmm)sin()sin()sin()sin(0PmmnPIIiCaTtPmmPmeIItIi/)]sin()sin([)sin()sin(tIim短路电流不突变短路前电流积分常数的求解短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。若频率是50Hz，这个时间约为0.01秒，这个电流称为短路冲击电流：式中--短路电流周期分量在第一个周期内的有效值，被称为次暂态短路电流。--短路电流的冲击系数，具体数值与短路回路的时间常数有关。aTshek/01.01aTPmPmimeIIi/01.0shpmTKIIea2)1(/01.0I;2pmIIshK,21shKaT短路电流的最大有效值用短路电流非周期分量经过10各周波左右即衰减为零，此后短路电流中只有周期分量，称为稳态短路电流，其有效值用表示为在无穷大电源供电的系统中，短路电流的周期分量是恒定不变的。但在有限大电源系统供电网中，短路电流的周期分量的幅值是随时间而改变的。书Page14图2-3shIInpitIII0.012''2''2''201()(2)12(1)fiTTchpnpchIiidtIIeIkTiKipiapIpmt2Iiap(t=0)Ip(t=0）ui短路暂态过程正常状态短路稳定状态i(t=0)有自动励磁调节装置IpmtI2ipi正常状态短路暂态过程短路稳定状态4-7(b)uii(t=0)ishiKiap(t=0)Ip(t=0）无自动励磁调节装置的发动机短路电流变化曲线第二节电网的等值电路一、电网中各元件的等值电路1.同步发电机在正常时，同步发电机的等值电路为同步电势EG与同步电抗XG的串联。在短路瞬间则变为次暂态电势E”G和次暂态电抗X”G的串联。还可以近似地认为次暂态电势E”G等于发电机额定电压UN。电抗为：发电机同步电抗百分比；发电机次暂态电抗百分比；发电机的额定电压，KV；发电机的额定容量，MVA;）(*%2NNdGSUXX）(*%2NNdGSUXX%GX%GXNUNS2.变压器1)双绕组变压器电阻电抗电导电纳电压单位为KV;容量单位为MVA;功率单位为KW;3222103/NNsTNsTSVPRIPR）(100022NNkTSUPR）(100%2NNkTSUUX)(10002SUPGNOT)(100%2SUSIBNNOT2)三绕组变压器）(10002211NNkTSUPR）(10002222NNkTSUPR）(10002233NNkTSUPR）(100%211NNkTSUUX）(100%222NNkTSUUX）(100%233NNkTSUUX)(10002SUPGNOT)(100%2SUSIBNNOT)]([21)21()32()31(3kkkkPPPP%]%%[21%)32()31()21(1kkkkUUUU%]%%[21%)31()32()21(2kkkkUUUU)]([21)32()31()21(1kkkkPPPP)]([21)31()32()21(2kkkkPPPP%]%%[21%)21()32()31(3kkkkUUUU在一般情况下，高压架空线近似X1=0.4(Ω/km);电缆为架空线的1/4-1/6。）(3100%NNRRIUXX)(1LrRL)(1LxXL)(1SLbBLSN（MVA)为变压器高压绕组额定容量；UN(KV)用折算到的电压，一般用高压侧的额定电压；3.电抗器4.输电线路r=ρ/S；因为(1)通过导线的是三相工频交流电流，由于集肤效应和邻近效应,交流电阻比直流电阻大;(2)由于多股绞线的扭绞，导线实际长度比标称长度长2-3%(3)在制造中，导线的实际截面通常比标称截面积略小。所以ρ不用导线的标准电阻率而略微加大计算值：铜取18.8Ω.mm2/km铝取31.5Ω.mm2/km。r1,x1,b1为手册提供的数据。5.异步电动机在稳定运行时，相当于一个阻抗。短路初瞬次暂态时段内（5米以内）大容量电动机（高压800KW以上，低压200KW以上），相当于发电机。为电动机起动电流倍数，取5-6.5。NMUE9.0)(1100%22NNstNNMMSUKSUXXstK二、采用有名值的电力网等值电路1.各级电压的平均值Uav1.05UN2.阻抗和导纳的“折算”方法将原处于U1电压的阻抗和导纳“折算”到U2的电压级的方法。--折算后的阻抗和导纳级--折算后的阻抗和导纳级212)(UUZZ0.4,3.15,6.3,10.5,37,115,230,345,525(kV)221)(UUYYZYYZ2U1U例2-1电力网如下图，画其等值电路。折算到短路点的电压10.5KV。)(37.05.315.101005.10100%221NNkTSUUX)(016.0)1155.10(5.315.101000148)(1000222225221UUSUPRNkkT)(105.35.1010005.3810004221SUPGNOT)(108.225.105.311008.0100%4221SUSIBNNoT)(17.0)1155.10(1002.0)(22351UULrRL)(44.0)5.105.10(8.0/255.101005.12%222152）（UUSUXXNNdG)(58.0205.101005.10100%222NNkTSUUX)(21.13.035.1010063100%NNRRIUXX)(105.25.1010005.2710004222SUPoGNT)(103.165.10201009.0100%4222SUSIBNNoT)(33.0)1155.10(1004.0)(22351UULxXL)(03.0205.101000104100022222NNkTSUPR三、采用标幺值的电力网等值电路标幺值是无量纲的相对值。1.标幺值的定义和基准值的确定容量基准值:100MVA；电压基准值：取某一等级的平均电压。)(93.221.158.033.037.044.0X表示标幺值）*（用下角同名的基准值有名值标幺值)(3kAUSIddd)(32dddddSUIUZ2.化标幺值的第一种方法先折算到一个选定电压的有名等值电路，再将各元件的有名值除以统一的基准值即可得到各元件的标幺值。例2-2将例2-1的有名值电路化成标幺值电路。解：取基准容量为100MVA)(100MVASd)(5.55.1031003kAUSIddd)(1.11005.1022dddSUZ)(5.10kVUd发电机电势的标幺值为：各元件电抗的标幺值为：4.01.144.0*dGGZXX34.01.137.01*1dTTZXX0.15.105.10*dGGUEE53.01.158.02*2dTTZXX3.01.133.0*dLLZXX1.11.121.1*dRRZXX76.21.153.03.034.04.0*X3.化标幺值的第二种方法直接用元件的有名值阻抗除以本电压级的阻抗基准值。(page21)表2-3(page22)有名值与标幺值换算公式例2-3例2-1网络化为标幺值等值电路解：取基准容量为100MVA各元件有名值除以本级阻抗基准值0.15.105.10*dGGUEE2222*12.510.510.5%//10025/0.81001000.125%0.425/0.8ddGdNdddNUUXXSSSXS34.05.311001005.10100%*1NdkTSSUX3.01151001004.0/221*dNLSULxX53.0201001005.10100%*2NdkTSSUX1.15.101003.031100613100%*NNdRRUISXX2*ddUSZZZ—元件在本电压等级的有名阻抗值；Sd—统一的容量基准值，一般选100MVA;Ud—本级基准电压（本级平均电压），kV。额定电压（kV)361035110220500基准电压（kV)3.136.310.537115230525基准电抗（Ω)0.0990.3971.113.71325292756基准电流（kA)18.39.165.51.560.5020.2510.11