短路电流的计算讲座.ppt

短路电流的计算,课题一 常用电气设备阻抗值的计算课题二 标么值的概念课题三 短路电流的计算方法与步骤课题四 短路电流的效应与动稳定校验,课题一 常用电气设备阻抗值的计算,一、变压器的等值电路和参数,双绕组变压器的等值电路电力系统计算中，双绕组变压器的近似等值电路常将励磁支路前移到电源侧在图中，一般将变压器二次绕组的电阻和漏抗折算到一次绕组侧，并和一次绕组的电阻和漏抗合并，用等值阻抗RT+jXT表示变压器的等值电路,双绕组变压器的参数变压器的参数是指等值电路中的RT，XT，GT，BT变比也是一个参数变压器的前4个参数可以从出厂铭牌上代表电气特性的四个数据计算得到这四个数据分别是：短路损耗ΔPS，短路电压VS%，空载损耗ΔP0，空载电流I0%RT和XT由短路试验得到；GT和BT由空载试验得到XT的计算变压器做短路试验时，将一侧绕组短接，在另一侧绕组施加电压，使短路绕组的电流达到额定值当变压器通过额定电流时，在电抗XT上产生的电压降的大小，可以用额定电压的百分数表示，即,,,式中，XT的单位为Ω，VN的单位为kV，SN的单位为MVA实质就是电抗XT在额定参数下的标么值变压器铭牌上给出的短路电压百分数VS%，是变压器通过额定电流时在阻抗上产生的电压降的百分数，即,对于大容量变压器，,>>,，故,例1：,为变压器额定线电压,,为变压器额定容量，,为变压器短路电压百分比，对于大容量变压器，,>>,，则计算变压器的电抗应为( A )。

Ａ),＝,(B),＝,(Ｃ),＝,(D),＝,答案分析：答案(B)短路电压百分比要除以100例2：试计算SFL1-20000/110型双绕组变压器归算到高压侧的电抗有名值(电阻忽略不计)，已知变压器的短路电压百分比,=10.5 解：由已知可得变压器的,＝20MVA，,=110kV，根据公式变压器电抗的计算公式,＝,，可得,＝,答：该变压器的电抗有名值为63.53Ω二、架空输电线的等值电路和参数,,输电线路的∏型等值电路,,，,式中，r0，x0，b0分别为单位长度的电阻、电抗和电纳三、电抗器电抗的计算,用来限制短路电流的电抗器，它的额定标么电抗是以额定电压和额定电流为基准值来表示的例3：一般电抗器铭牌上给定它的额定电压,、,和电抗百分比,，由此可求出电抗器的电抗是( C )A),＝,(B),＝,,(C),＝,,(D),＝,,答案分析：答案（A)未除100,例4：只要将等效电路中每个元件的电抗值按电路的串、并联法则相加减就可以计算出电源到短路点的总电抗值 √ ),课题二标么值的概念,一、标么制的概念,在一般的电路计算中，电压、电流、功率和阻抗的单位分别用V，A，W，Ω表示，这种用实际有名单位表示物理量的方法称为有名单位制。

在电力系统计算中，还广泛地采用标么制标么制是相对单位制的一种，在标么制中各物理量都用标么值表示标么值定义由下式给出,标么值是一个没有量纲的数值，对于同一个实际有名值，基准值选得不同，其标么值也不同因此，当说一个量的标么值时，必须同时说明它的基准值，否则，标么值的意义是不明确的例1：在进行短路计算时，若任一物理量都采用实际值与基准值的比值来进行计算，那么这种方法称之为( C )Ａ)欧姆法 (B)短路容量法 (Ｃ)标么值法 (Ｄ)对比法,二、基准值的选择,单相电路 在单相电路中，电压、电流、功率和阻抗之间有如下关系,,选择基准值(与有名值具有相同的方程式)，满足,,标么制中(各物理量的基本关系同有名制),,四个基准值为两个方程所约束，一般选出SpB和VpB，IB和ZB由(1)求得1),三相电路,三相电路中多采用线电压V、线电流I、三相功率S和一相等值阻抗Z选择基准值(与有名值具有相同的方程式)，满足,标么制中,结论：标么制中，三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，线电压和相电压的标么值相等，三相功率和单相功率的标么值相等选基准值时，习惯上只选定VB和SB,电流和阻抗的标么值为,采用标么值进行计算，所得结果最后还要换算为有名值，换算公式为,,例2：在三相电路中，下列基准值计算公式中正确的是 ( A、B )。

A),答案分析：(C)是单相电路中，基准电压、电流和阻抗之间的关系 (D)是单相电路中，基准电压、电流和功率之间的关系B),(C),,(D),三、不同基准值的标么值间的换算在电力系统的实际计算中，对于直接电气联系的网络，在制定标么值的等值电路时，各元件的参数必须按统一的基准值进行换算然而，从手册或产品说明书中查得的电机和电器的阻抗值，一般都是以各自的额定容量（或额定电流）和额定电压为基准的标么值（额定标么阻抗）由于各元件的额定值可能不同，因此，必须把不同基准值的标么阻抗换算成统一基准值的标么值换算步骤：(1)先把额定标么阻抗还原为有名值(2)选定统一的基准功率和基准电压(3)以此为基准，计算标么电抗值,对发电机和变压器标么电抗的换算,对电抗器标么电抗的换算,用来限制短路电流的电抗器，它的额定标么电抗是以额定电压和额定电流为基准值来表示的四、选平均额定电压作为各级基准电压,多级电压的电力系统,在多级电压的电力网中，基准功率是全网统一的，基准电压则按不同电压等级分别选定对图1，按第II，III段变压器计算，VB(III)=220kV，按第I，III段变压器计算，VB(III)=242kV，这种情况该取哪个数值呢？,为了解决上述困难，在工程计算中规定，各个电压等级都以其平均额定电压Vav作为基准电压。

根据我国现行的电压等级，各级平均额定电压规定为3.15，6.3，10.5，15.75，37，115，230，345，525,特别说明：在短路电流计算中，在标么参数计算方面，在选取各级平均额定电压作为基准电压时，忽略各元件的额定电压和相应电压级平均额定电压的差别此时，对发电机和变压器标么电抗的换算可简化为,式中，考虑到,，Vav为平均额定电压例3：一台20MVA双绕组变压器，短路电压百分数 ，取基准容量SB＝100MVA，求其电抗的标么值(电阻忽略不计) 解：,答案分析：短路电压百分比实质就是变压器在额定容量，额定电压下的额定标么电抗换算到基准容量的标么值时，先将其换算为有名值，再换算至基准容量下的标么值由于选取平均额定电压作为基准电压，同时忽略变压器额定电压与平均额定电压的差别，因而标么值换算时只和基准容量、额定容量的比值有关答：阻抗的标么值是0.525五、标么制的特点(1)易于比较电力系统各元件的特性及参数例如：隐极同步发电 机，xd=xq=1.5~2.0；凸极同步发电机的xd =0.7~1.0110kV容量56000kVA~60000 kVA的三相双绕组变压器，短路电压的额定标么值都是0.105。

2) 采用标么制，可以简化计算例如：选取额定频率fN和相应的同步角速度ωN为基准值，当f=fN时，f*=ω*=1，有X*=L*3) 采用标么制，一定程度上简化计算工作只要基准值选择得当，许多物理量的标么值就处在某一定的范围内用有名值表示时有些数值不等的量，在标么制中其数值相等例如：对称三相系统中，线电压和相电压的标么值相等例4：在进行高压电力系统短路电流计算时，常采用( A )表示电气量，计算简单、方便A)标幺值 (B)百分值 (C)有名值 (D)瞬时值,答案分析：对复杂电力系统进行短路计算、潮流计算都是用标么值表示电气 量，进行计算的课题三短路电流的计算方法与步骤,一、短路的概念、类型及后果,短路是电力系统的严重故障短路:是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地的系统)发生通路的情况在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路 两相短路两相短路接地 单相接地短路三相短路为对称短路，其它类型的短路都是不对称短路三相短路发生的几率最少，约为5％，但后果较为严重表1 各种短路的示意图和代表的符号,一般规定：导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算 若发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统的单相、两相接地短路较三相短路严重时则应按严重情况计算,短路故障使短路点附近的支路中出现比正常值 大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间产生很大的机械应力，使导体和支架遭到破坏（电动力效应）。

2. 短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏（热效应）短路的后果：,3. 短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大系统中主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩和端电压的平方成正比，电压下降，转矩显著降低，转速下降，甚至停转，造成产品报废，设备损坏4. 当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂失去同步，造成大面积停电5. 发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，对高压电力线路附近的通讯线路造成影响二、短路计算的目的,（1）选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，如断路器、互感器、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度；计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度等2）为合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中的各种短路进行计算和分析3）在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，需要进行短路电流计算4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响，包含短路计算5）确定输电线路对通讯的干扰，必须进行短路计算。

三、短路电流的周期分量,三相短路为对称短路，金属性短路时，短路点处的电压为零简单三相电路短路,,,,短路前,,,,短路后短路后，每相阻抗变为R+jωL，电流要由短路前的数值逐渐变化到由R+jωL决定的新稳态值a相微分方程,短路的全电流，由两部分组成：周期分量和非周期分量,,,它与外加电源电势有相同的变化规律，也是恒幅值的正弦交流是短路电流周期分量的幅值,,是电路的阻抗角,称为非周期分量,它与外加电源无关，是按照指数规律衰减的直流Ta=L/R 是非周期分量衰减的时间常数是非周期分量的起始值，可由短路瞬间电 感中的电流不能突变的条件确定；,在电力系统中，短路电流周期分量的幅值在一般情况下是衰减的,发电机机端三相短路时，短路电流中不仅有基波（工频）成分的电流，还含有高次谐波（倍频）电流和非周期分量电流（由短路瞬间磁链守恒引起），但倍频电流和非周期分量电流在很短的时间内衰减为零故三相短路电流计算，主要关心的是周期分量电流有阻尼绕组电机空载突然三相短路电流波形,四、短路冲击电流,短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流当电路的参数已知时，短路电流周期分量的幅值是一定的，而短路电流的非周期分量则是按照指数规律单调衰减的直流，因此，非周期电流的初值越大，暂态过程中短路全电流的最大瞬时值也就越大。

恒定电势源电路的短路电流波形图,由图可见，短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期出现，此时的短路电流就是短路冲击电流冲击电流主要用来校验电气设备和载流导体的电动力稳定度kim称为冲击系数冲击电流经常用短路电流周期分量幅值的倍数来表示,五、短路容量（短路功率）的概念,短路功率（亦称短路容量），等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般采用平均额定电压）的乘积短路容量主要用来校验开关的切断能力把短路容量定义为短路电流和工作电压的乘积，是因为一方面开关要能切断这样大的电流，另一方面，在开关断流时其触头应经受住工作电压的作用在短路的实用计算中，常只用周期分量电流的初始有效值来计算短路功率由冲击电流和短路容量的计算公式可见:为了确定短路冲击电流和短路容量，都必须计算短路电流的周期分量实际上，大多数情况下短路电路计算的任务也只是计算短路电流的周期分量在给定电源电势时，短路电流周期分量的计算只是一个求解稳态正弦交流电路的问题。