电力系统的短路计算ppt课件

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短路电流计算及保护整定ppt课件

功率因数，分为自然功率因数和人工补偿功率因数，存在人工补偿的情况应按补偿后的功率因数进展计算。功率因数经常变化，计算加权平均值也比较困难。影响功率因数的要素：用电设备和供配电设备的固有特性，负载大小，外加电压大小，供电频率动摇。
可见，影响负荷电流大小的要素很多，要准确确定实践运转负荷和电流的大小是相当困难的，至少目前还没有准确的科学实际。最好以实测数据分析为准。分析运转数据后可反推出需用系数为计算所运用，也为矿井下一步类似区域的供电设计作参考根据。
限时限速断维护〔II段〕、定时限过流维护〔III段〕相配合构成的一整套维护。最大运转方式——在被维护线路末端发生短路时，系统阻抗最小，而经过维护安装的短路电流为最大的运转方式。最小运转方式——在被维护线路末端发生短路时，系统阻抗最大，而经过维护安装的短路电流为最小的运转方式。利用电力系统正常运转和缺点时参数的差别，可以构成哪些不同原理的继电维护： (1)反响电流增大而动作的过电流维护； (2)反响电压降低而动作的低电压维护；(3)反响缺点点到维护安装处间隔的间隔维护；(4) 线路内部缺点时，线路两端电流相位发生变化的差动维护。
近后备——当主维护回绝动作时，有本设备或线路的另一套维护实现后备；当断路器回绝动作时，由断路器失灵维护实现后备。
2.2.1 几个概念
反时限维护——安装启动后其动作时限随着作用量增大反而减小的一种维护。如运用于电动机过载维护的反时限过流维护。
定时限维护——安装启动后其动作时限与作用量大小无关的一种维护。三段式过流维护——由电流速断维护〔 I段，也叫无时限速断维护〕、
功
率时，那么为这几台同时起动的电动机的额定起动电流之和。
对于存在两回断路器的挪动变压器，应据每回路所接负荷情况分别对两回路的维护器根进展整定。

第三章：电力系统三相短路实用计算

对于故障分量网络，一般用节点方程来描述,也就是节点阻抗矩阵和节点导纳矩阵. 二:短路发生在节点处的计算方法 1:节点阻抗矩阵计算法节点电压方程为
U1 z11 U i zi1 U z j1 j U z n n1 z1i z1 j z1n I1 zin I i z jn I j z nn I n
障前电压除以故障点向网络看进去的戴维南等值阻抗。
二:复杂系统的短路电流初始值计算
复杂系统计算的原则和简单系统相同，一般应用叠加原理。（1）从已知的正常运行情况下求得短路点的开路电压。（2）形成故障分量网络，将所有电源短路接地，化简合并后求得网络对短路点的等值电抗x,则可得短路点电流为
I f U f / jx
发电机的次暂态电动势为：
d EG 0 U f 0 jI 0 x 0.97 j (0.69 j 0.52) 0.3 1.126 j 0.207
电动机的次暂态电动势为：
d EM 0 U f 0 jI 0 x 0.97 j (0.69 j 0.52) 0.2 0.866 j 0.138
若短路前为额定运行方式，x”取0.2，则E”约等于 0.9，短路电流初始值约为额定的4.5倍。若近似取E”=1，则电动机端点发生短路时，其反馈的短路电流初始值就等于启动电流标幺值，即：
I 1 / x I st
例 2 一台发电机向一台同步电动机供电。发电机和电动机的额定功率均为30MVA，额定电压均为10.5KV,次暂态电抗均为0.20。线路电抗，以电机的额定值为基准值的标么值为0.1。设正常情况下电动机消耗的功率为20MW,功率因数为0.8滞后，端电压为10.2KV。若在电动机端点f发生三相短路，试求短路后瞬时故障点的短路电流以及发电机和电动机支路电流的交流分量。

不对称短路的计算方法-PPT课件

IB2 I A2

IC1 IA1

IC2 2 IA2

IB0 IC0 IA0

IAIA1IA2IA0
I
1 j 3 e j120 22
2 1 j 3 e j240 22
1 2 0

IBIB1IB2IB0 2IA1 IA2IA0
3、零序电抗X0=U0/I0
当零序电流流过电力系统各元件时产生的零序电压降与零序电流的比值。（短路计算时，不考虑电阻）
零序电流从短路点出发，由于三相的零序电流同相位，如果前方变压器或旋转电机的绕组没有接地的中性点（△或Y），零序电流就不能通过。
只有在系统有接地的故障现象时才有零序电压和零序电流。
前面电网各元件电抗计算方法得到的值就是正序电抗。
二、短路回路中各元件的序电抗
2、负序电抗X2=U2/I2
当负序电流流过电力系统各元件时产生的负序电压降与负序电流的比值。（短路计算时，不考虑电阻）
对于静止元件： X1＝X2 对于旋转电机： X1≠X2
二、短路回路中各元件的序电抗
第二章短路电流的计算
第二章电力系统概述
2－1 概述 2－2 发生短路时电网的等值电路 2－3 短路计算中的网络化简 2－4 三相短路的计算方法 2－5 不对称短路的计算方法
2-5 不对称短路的计算方法
短路种类对称短路三相短路
两相短路
不
对
称
短
单相短路接地
路
两相短路接地
示意图

第三章、短路计算(2016版)

三相电路中都流过很大的短路电流，短路时电压和电流保持对称，短路点电压为零
二、短路的原因
•1.设备绝缘损坏： • 自然老化、操作过电压、大气过电压、机械损伤 •2.误操作： • 带负荷拉、合隔离开关，检修后忘拆除地线合闸 •3.鸟兽跨接裸导体
三、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.短路使系统电压严重降低，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.严重的短路影响电力系统运行稳定性，使并列的同步发电机失步，造成系统解列，甚至崩溃。 6.单相短路产生不平衡磁场，对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰，影响其正常工作。
第三节短路电流计算
一、有名制法二、标幺制法
一、有名制法
1、方法：
①、进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，在计算电路图上，将短路计算所需考虑的各元件的主要参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。 ②、短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。 ③、按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将所计算的短路电流流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值（即有电阻又有电抗时，用复数形式R+jX表示）。 ④、然后将等效电路化简。对企业供配电系统来说，由于将电路系统当作无限大容量电源，求出其等效总电阻。 ⑤、最后计算短路电流和短路容量。
常用的有名单位制法（又称欧姆法）
2、采用有名制法进行三相路计算
在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值可按下式计算：

短路电流的计算方法

b)
k(2)
负荷
4
3.单相接地(c,d)
A
电源 0
B
C
Ik(1)
电源负荷 0
k(1)
c) 4.两相接地 (e,f)
电源 0
A
(1,1)
B
Ik
C
I
(1
k
,
1
)
k( 1 , 1 )
电源
负荷
0
A
B
C
Ik(1)
N
负荷
k(1)
d)
A
(1,1)
B
Ik
C
I
(
k
1
,
1
)
k( 1 , 1 )
负荷
e)
精选版课件ppt
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6
5.2 短路过渡过程和短路电流计算
一、无穷大容量系统
无穷大容量系统：指电源内阻抗为零，供电容量相
对于用户负荷容量大得多的电力系统。不管用户的负荷如何变动甚至发生短路时，电源内部均不产生压降，电源母线上的输出电压均维持不变。
在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗的5%～10%，或者电源系统的容量超过用户容量的50倍时，可将其视为无穷大容量电源系统。
目的：简化短路计算
精选版课件ppt
7
二、无穷大容量系统三相短路暂态过程
1、正常运行
R∑
X∑
k(3)
RL
XL
短路前电路中电流为：
G
iW IM s i n t(0)Q 电源
式中： a)
I M—— 短路前电流的幅值 IM U m / (R R )2 (X X )2
—0 — 短路前回路的阻抗角 0 ar (X c X t )/ g R ( R ) —— 电源电压的初始相角，亦称合闸角；

电力系统的短路计算PPT课件

Z* Z/Zd (R jX)/Zd R* jX*
U* U/Ud I* I /Id
(7-2)
S* S/Sd (P jQ)/Sd P* jQ*
式中，下标注“*”者为标幺值；下标注“d”者为基准值，无下标者为有名值。
11
二、基准值的选择
在电力系统计算中，主要涉及对称三相电路，计算时习惯上采用线电压、线电流、三相功率和一相等值阻抗，这四个物理量应服从功率方程式和电路的欧姆定律。
的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算； III. 系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。
8
第二节标幺制
❖一、标幺值 ❖二、基准值的选择 ❖三、不同基准值的标幺值间的换算 ❖四、)*
Uk%UN2 100 SN
Sd Ud2
(7-10)
17
电力系统中常采用电抗器以限制短路电流。电抗器
通常给出其额定电压UN、额定电流IN及电抗百分值XR%
如选定各量的基准值满足下列关系：
Sd
3U
d
Id
(7-4)
U d 3 Z d I d
将式(7-3)与(7-4)相除后得：
S* U*
U *I* Z*I*
(7-5)
式(7-5)表明，在标幺制中，三相电路计算公式与单相电
路的计算公式完全相同。
12
工程计算中，通常选定功率基准值Sd和电压基准值Ud，这时，电流和阻抗的基准值分别为：
为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；
为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；

短路电流及其计算(3)

其他原因是：①工作人员未遵守安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中；②鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间或者咬坏设备导线电缆的绝缘。
想一想
有时候低压断路器突然跳闸或熔断器突然熔断，这是由于什么原因造成的呢？
二、短路的后果（1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏。（2）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行。（3）短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大。（4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性。（5）单相短路，短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行。
例5－1 某企业供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器为SN10-10Ⅱ型。试试用标么制法计算
变电站高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。
解（1）确定基准值
（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值1）电力系统
查附录表16得Soc＝500 MV·A
（3）根据计算电路、各元件编号以及各元件电抗标么值绘出等效电路图。（4）根据电阻串、并联的方法将等效电路简化（短路计算点标记位置不变）。（5）根据计算公式分别计算各短路电流和短路容量。（6）列出短路电抗、电流短路和短路容量汇总表。
二、用标么制法计算三相短路电流的方法
1．标么值、基准值
2）架空线路由表5－1得Xo＝0.38 Ω／km 3）电力变压器（Yyn0接线）
由附录表得Uk％＝4.5
短路等效电路图
(3)求k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电
流和短路容量 1）总电抗标么值

电力系统三相短路电流的实用计算培训课件

x
及所指定的时刻t，查计算曲线（或对应的数
jsi
字表格）得出每台等值机组提供的短路电流标么值。 Iti
b、无限大功率电源向短路点提供的短路电流周期分量的标幺值:

1 xsk
其数值不衰减。
c、第i台等值机组提供的短路电流有名值
Iti Iti I Ni Iti
S Ni 3U av
(kA)
d、无限大功率电源提供的短路电流有名值
* **上述将电源进行分组的计算方法称为：
个别变化法
* **如果全系统的发电机向短路点供出短路电流的变化规律相同时，可把全系统中所有发电机看成一台等值发电机进行计算，称之为：
同一变化法
二、应用运算曲线法求任意时刻短路电流周期分量~~的~~有~~效~~值~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
(3)进行网络化简，求取转移电抗 xik 。
a、采用星—三角变换法消去所有中间节点，最后只余下电源节点和短路点；
b、每个电源与短路点之间直接相连的电抗就是 xik 。
c、化简过程中可进行电源分组合并，依据为： • 当发电机特性相近时，与短路点电气距离相似的发电机可以
合并； • 直接接于短路点的发电机应单独考虑； • 不同类型的机组不能合并； • 无限大功率的电源应单独计算。
(4)计算起始次暂态电流的标么值I”*和有名值I”。
I*
n i 1
1 Zik
I I* I B I*
SB (kA) 3U B
(5)计算短路冲击电流 iimp 。
Iimp Kimp 2 I (kA)
* **影响短路电流变化规律的主要因素有两个：
• 发电机的特性（类型、参数）； • 发电机距短路点的电气距离。

7-电力系统的短路计算

U m sin( t )
解微分方程得：
ik
Um Z
sin( t
k )
t
Ce Ta
t
I pm sin( t k ) Ce Ta
ip
inp
I pm
Um
R 2 (L)2
k
arctan
L
R
由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间的电流应与短路后一瞬间的电流相等。即
(
I
pm
2
)2
I pm (K sh
1)
2
2
1
I
2 p
(I
p
2 )2 (K sh 1)2 2 I p
1 2(K sh 1)2
当Ksh=1.9时，I sh 1.62 I p ; 当Ksh=1.8时，I sh 1.51I p 当Ksh=1.3时，I sh 1.09 I p
四、三相短路稳态电流
X
X
* N
X
N
X
* N
U
2 N
SN
X
* d
X Xd
X Sd
U
2 d
X
* N
U
2 N
SN
Sd
U
2 d
工程中，常选定功率基准值 Sd 和电压基准值 Ud ,另两个基准值通过计算得到：
Id
Sd 3Ud
Zd
Ud 3Id
➢ 基准功率可选择某一整数或最大容量设备的额定功率，基准电压可取网络各级额定电压或平均额定电压。
k
%
U U
k N
100
3I N X T UN
100
X
* NT

电力系统短路计算PPT课件

I
ka
.
I ka1
.
I ka2
.
I ka0
.
3I
ka1
. I kb 0
.
I kc 0
.
22
单相接地短路（续）
相分量计算
电压
.
U
ka
0
. U
kb
.
a2U
ka1
.
aU
.
ka 2 U
ka 0
.
I ka1[(a 2 a )Z 2 (a 2 1)Z 0 ]
.
.
.
.
U kc a U ka1 a 2 U ka2 U ka0
U.
ka1
.
E a1
.
I ka1 Z1
.
I ka1(Z 2
Z0 )
.
.
U ka2 I ka2 Z 2
.
.
U ka 0 I ka 0 Z 0
.
Z1Σ
.
I ka1
.
U ka1
Z2Σ
.
I ka 2
.
U ka 2
Z0Σ
.
I ka 0
.
U ka 0
复合序网
21
单相接地短路（续）
相分量计算
电流
.
Z2 2Z0
Z2 Z0
.
39
两相接地短路（续）
量值计算（abc)
U ka U ka1 U ka2 U ka0
3U ka1
3U ka 2
3U
ka
0
U kb U kc 0
.
40
相量图－－以 I k a 1 为参考相量，不计元件电阻

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如选定各量的基准值满足下列关系：
S d 3U d I d
(7-4)
U d 3 Z d I d
将式(7-3)与(7-4)相除后得：
S* U*
U *I* Z*I*
(7-5)
式(7-5)表明，在标幺制中，三相电路计算公式与单相电
路的计算公式完全相同。
12
工程计算中，通常选定功率基准值Sd和电压基准值Ud，这时，电流和阻抗的基准值分别为：
的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算； III. 系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。
8
第二节标幺制
❖一、标幺值 ❖二、基准值的选择 ❖三、不同基准值的标幺值间的换算 ❖四、变压器联系的多级电压网络中标幺值的计算 ❖五、使用标幺制的优点
4
短路的后果：
➢电气设备发热急剧增加，时间较长时设备过热而损坏甚至烧毁； ➢电气设备的导体间产生的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏； ➢系统电压的大幅度下降，负荷中异步电动机转矩下降而减速或停转，产品报废甚至设备损坏； ➢系统中功率分布的突然变化，并列运行的电厂失同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严重的后果； ➢在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路时会产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。
9
一、标幺值
所谓标幺制，就是把各个物理量用标幺值来表示的一种运算方法。其中标幺值可定义为物理量的实际值( 有名值)与所选定的基准值间的比值，即
标幺值基实准与际值任实值意际单值位同单位
(7-1)
由于相比的两个值具有相同的单位，因而标幺值没有单位。
10
对于阻抗、电压、电流和功率等物理量，如选定 Zd、Ud、Id、Sd为各量的基准值，则其标幺值分别为
Z* Z/Zd (R jX)/Zd R* jX*
U* U/Ud I* I /Id
(7-2)
S* S/Sd (P jQ)/Sd P* jQ*
式中，下标注“*”者为标幺值；下标注“d”者为基准值，无下标者为有名值。
11
二、基准值的选择
在电力系统计算中，主要涉及对称三相电路，计算时习惯上采用线电压、线电流、三相功率和一相等值阻抗，这四个物理量应服从功率方程式和电路的欧姆定律。
1
学习提示
▪ 1 注意各类短路电流的基本概念 ▪ 2 注意短路电流的计算条件和应用条件 ▪ 3 注意比较短路电流计算的各种基本思路
和方法。
2
第一节电力系统的短路故障
短路：电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。
❖一、短路的原因及其后果 ❖二、短路的类型 ❖三、短路计算的目的和简化假设
XT(d)*
Uk%UN2 100 SN
Sd Ud2
(7-10)
17
电力系统中常采用电抗器以限制短路电流。电抗器
通常给出其额定电压UN、额定电流IN及电抗百分值XR% ，电抗百分值与其标幺值之间的关系为：
为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；
为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据；
为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。
7
❖ 简化假设
I. 负荷用恒定电抗表示或略去不计； II. 认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件
Sd
3 U d
Z (R*
jX
*
)
U S
2 d
d
(7-8)
S S*Sd
14
S* U*I*
U*
Z
*
I
*
(7-5)
I*
I Id
3Ud I Sd
(7-7)
Z*
R j Zd
XR*
j
X*
Sd Ud2
R
j Sd Ud2
X
U U *U d
I I*Id I*
Sd3 U d Z3一、短路的原因及其后果
短路的原因
电气设备及载流导体因绝缘老化，或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；
架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等；
电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短路；
运行人员违反安全操作规程而误操作，如带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。
5
二、短路的类型
对称短路 —— 三相短路
k(3)
三相电流和电压仍是对称的
不对称短路：
两相短路：
k(2)
单相接地短路：
k(1)
k(1, 1)
两相短路接地：
相间短路与接地短路：
相间短路：三相短路、两相短路接地短路：单相接地短路、两相短路接地
6
三、短路计算的目的和简化假设
❖ 计算短路电流的主要目的
(R*
jX
*
)
U S
2 d
d
(7-8)
S S*Sd
15
三、不同基准值的标幺值间的换算
先将各自以额定值作基准值的标幺值还原为有名值，例
如，对于电抗，按式(7-8)得：
X()
X(N)*
UN2 SN
在选定了电压和功率的基准值Ud和Sd后，则以此为基准
的电抗标幺值为：
Xd*X()U Sd d2X(N)*U SN N 2 U Sd d2
第七章电力系统的短路计算
❖第一节电力系统的短路故障
❖第二节标么制 ❖第三节无限大功率电源供电网络的三相短路 ❖第四节网络简化与转移电抗的计算 ❖第五节有限容量系统供电网络三相短路电流的实用计算❖第六节电力系统各元件的负序与零序参数 ❖第七节电力系统各序网络的建立 ❖第八节电力系统不对称短路的计算
(7-9)
发电机铭牌上一般给出额定电压UN，额定功率SN及以 UN、SN为基准值的电抗标幺值X(N)*。
16
变压器通常给出UN、SN及短路电压Uk的百分值 Uk%，以UN和SN为基准值的变压器电抗标幺值即为：
XT ( N )*
Uk % 100
这样，在统一基准值下变压器阻抗的标幺值即可依式(7-9)求得：
Id
Sd 3U d
Zd
Ud 3Id
U
2 d
S d
其标幺值则分别为：
I I* Id
3Ud I Sd
Z*
R j Zd
XR*
j
X*
Sd Ud2
R
j Sd Ud2
X
(7-6)
(7-7)
13
应用标幺值计算，最后还需将所得结果换算成有名值，其换算公式为：
U U *U d
I I*Id I*