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1、第三章 短路电流及其计算第1页，共27页，编辑于2022年，星期二1.1.无限大容量电力系统三相短路时的物理无限大容量电力系统三相短路时的物理过程及物理量过程及物理量3.3.短路电流的效应及短路校验条件短路电流的效应及短路校验条件l 重点重点：2.2.三相短路及两相和单相短路的计算三相短路及两相和单相短路的计算第2页，共27页，编辑于2022年，星期二3-1 3-1 短路的原因、后果及形式短路的原因、后果及形式l短路短路:是指系统正常运行情况以外的相与相之间或相是指系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。与地（或中性线）之间的连接。l产生短路故障的主要原因是：产生短路故
2、障的主要原因是：电力设备绝缘损坏。电力设备绝缘损坏。l引起绝缘损坏的原因：引起绝缘损坏的原因：各种形式的过电压（如雷击过电压或操作过电压）各种形式的过电压（如雷击过电压或操作过电压）引起的绝缘子、绝缘套管表面闪络；引起的绝缘子、绝缘套管表面闪络；绝缘材料恶化等原因引起绝缘介质击穿；绝缘材料恶化等原因引起绝缘介质击穿；恶劣的自然条件及鸟兽跨接裸露导体造成短路；恶劣的自然条件及鸟兽跨接裸露导体造成短路；运行人员的误操作等。运行人员的误操作等。第3页，共27页，编辑于2022年，星期二l短路故障分为：短路故障分为：单相接地短路发生的几率高达单相接地短路发生的几率高达65%左右。左右。不对称短路不对称
3、短路对称短路对称短路三相短路三相短路两相短路两相短路单相接地短路单相接地短路两相接地短路两相接地短路第4页，共27页，编辑于2022年，星期二短路的形式(虚线表示短路电流路径)第5页，共27页，编辑于2022年，星期二l短路的危害：短路的危害：短路还会引起电网中电压降低，结果可能使部短路还会引起电网中电压降低，结果可能使部分用户的供电受到破坏，用电设备不能正常工作分用户的供电受到破坏，用电设备不能正常工作。不对称短路所引起的不平衡电流，产生不平衡不对称短路所引起的不平衡电流，产生不平衡磁通，会在邻近的平行通信线路内感应出电动势，造成磁通，会在邻近的平行通信线路内感应出电动势，造成对通信系统的干
4、扰，威胁人身和设备安全。对通信系统的干扰，威胁人身和设备安全。短路回路中的电流大大增加。其热效应会引起短路回路中的电流大大增加。其热效应会引起导体或其绝缘的损坏；同时电动力效应也可能使导体变导体或其绝缘的损坏；同时电动力效应也可能使导体变形或损坏。形或损坏。第6页，共27页，编辑于2022年，星期二l采取的措施采取的措施采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备，通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备，保证无故障部分的安全运行。保证无故障部分的安全运行。架空线路普遍采用自动重合闸装置，发生短路时断路器迅架空
5、线路普遍采用自动重合闸装置，发生短路时断路器迅速跳闸，经一定时间（速跳闸，经一定时间（0.40.41s1s）断路器自动合闸。）断路器自动合闸。线路上的电抗器，通常也是为限制短路电流而装设线路上的电抗器，通常也是为限制短路电流而装设的。的。破坏系统的稳定性是短路可能造成的最严重后果。由于短路引起系统中功率分布的变化，发电机输出由于短路引起系统中功率分布的变化，发电机输出功率与输入功率不平衡，可能会引起并列运行的发电机功率与输入功率不平衡，可能会引起并列运行的发电机失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。失去同步，使系统瓦解，造成大面积停电。第7页，共27页，编辑于2022年，星期二l短路计算目的：
6、短路计算目的：选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气设备。备。合理的配置继电保护及自动装置，并正确整定合理的配置继电保护及自动装置，并正确整定其参数。其参数。选择最佳的主接线方案。选择最佳的主接线方案。第8页，共27页，编辑于2022年，星期二3-2 3-2 无限大容量电力系统三相短路时的物理过程无限大容量电力系统三相短路时的物理过程1、假设电源的容量为无限大，其电压和频率保持恒定，假设电源的容量为无限大，其电压和频率保持恒定，内阻抗为零。内阻抗为零。一一 无限大功率电源无限大功率电源2、无限大功率电源是个相对概念。无限大功率电源是个相对概念。系系统统容容量
7、量相相对对于于单单个个用用户户的的用用电电设设备备容容量量大大得得太太多多，以以致致于于馈馈电电给给用用户户的的线线路路上上无无论论负负荷荷如如何何变变动动甚甚至至发发生生短短路路时时，系系统统变变电电站站馈馈电电母母线线上上的的电电压压始始终终保保护护基基本本不不变。变。第9页，共27页，编辑于2022年，星期二二、无限大容量系统三相短路的物理过程二、无限大容量系统三相短路的物理过程 a)三相电路图 b)等效单相电路图无限大容量电力系统中发生三相短路 第10页，共27页，编辑于2022年，星期二由于短路阻抗与负载阻抗相比，后者是前者的几由于短路阻抗与负载阻抗相比，后者是前者的几十倍甚至上百倍
8、，由欧姆定律可短路电流将几十倍甚十倍甚至上百倍，由欧姆定律可短路电流将几十倍甚至上百倍于负载电流，但输电线路由于存在电抗，有至上百倍于负载电流，但输电线路由于存在电抗，有可能电抗远大于电阻，由楞茨定律可知电感元件中电可能电抗远大于电阻，由楞茨定律可知电感元件中电流不能突变，因而必然出现一个过渡过程，即短路暂流不能突变，因而必然出现一个过渡过程，即短路暂态过程。态过程。第11页，共27页，编辑于2022年，星期二无限大容量系统发生三相短路时的电压、电流变动曲线 第12页，共27页，编辑于2022年，星期二三、短路有关的电流量三、短路有关的电流量1、短路电流周期分量 由于系统短路时，其短路电抗远大
9、于短路电阻，可略去短路由于系统短路时，其短路电抗远大于短路电阻，可略去短路电阻，视短路电路为纯电感电路，若短路初瞬间（电阻，视短路电路为纯电感电路，若短路初瞬间（t=0时刻）的时刻）的电压电压U=0，电流滞后于电压，电流滞后于电压90900 0，此时电流的周期分量达最大，此时电流的周期分量达最大值。值。第13页，共27页，编辑于2022年，星期二2、短路电流非周期分量分量 由楞茨定律可知，由于电感的存在，致使电路电流不能由楞茨定律可知，由于电感的存在，致使电路电流不能突变，而在突然短路时在电感上出现一个自感电动热，产突变，而在突然短路时在电感上出现一个自感电动热，产生一个非周期变化的短路电流，
10、并指数形式衰减。生一个非周期变化的短路电流，并指数形式衰减。C C为待定积分常数，由电路的初始条件决定。为待定积分常数，由电路的初始条件决定。第14页，共27页，编辑于2022年，星期二3、短路全电流短路全电流4 4、短路冲击电流、短路冲击电流 Ish即最大的瞬时短路电流即最大的瞬时短路电流，出现在短出现在短咱后的半个周期。咱后的半个周期。冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定度。第15页，共27页，编辑于2022年，星期二高压三相短路时，一般取高压三相短路时，一般取 低压三相短路时，一般取低压三相短路时，一般取 5 5、短路稳态电流、短路稳态电流（无限大容量系统）（无限大容量系统）6
11、 6、短路容量、短路容量 等于短路电流有效值与短路点处的正常工作等于短路电流有效值与短路点处的正常工作电压（一般用平均电压电压（一般用平均电压Uav）的乘积。）的乘积。第16页，共27页，编辑于2022年，星期二3-3 3-3 无限大容量电力系统中短路电流的计算无限大容量电力系统中短路电流的计算一、采用欧姆法进行三相短路计算一、采用欧姆法进行三相短路计算 基本公式基本公式:计算方法：计算方法：欧姆法、标幺制法欧姆法、标幺制法 时时,可忽略去可忽略去 ；时时,可忽略去可忽略去 。计算高压短路时电阻较小，一般可忽略。计算高压短路时电阻较小，一般可忽略。第17页，共27页，编辑于2022年，星期二1
12、 1、电力系统的阻抗计算、电力系统的阻抗计算 电抗电抗电阻电阻2 2、电力变压器的阻抗计算、电力变压器的阻抗计算3 3、电力线路的阻抗计算、电力线路的阻抗计算可查下表或其它数据表可查下表或其它数据表第18页，共27页，编辑于2022年，星期二电力线路每相的单位长度电抗平均值电力线路每相的单位长度电抗平均值 线 路 电 压线路结构 35kV及以上610kV 220380V架空线路电缆线路 0.40 0.12 0.35 0.08 0.32 0.0664 4、阻抗换算（有变压器时）、阻抗换算（有变压器时）电路内各元件的阻抗都必须按照短路点电路内各元件的阻抗都必须按照短路点的短路计算电压统一换算，换算
13、的条件是元的短路计算电压统一换算，换算的条件是元件功率损耗不变。件功率损耗不变。第19页，共27页，编辑于2022年，星期二计算步骤计算步骤：1 1、绘制短路计算电路图，并确定短路计算点；、绘制短路计算电路图，并确定短路计算点；2 2、计算元件电抗，并绘制等效电路图；、计算元件电抗，并绘制等效电路图；3 3、给元件编号、给元件编号,并标于等效电路图；并标于等效电路图；4 4、根据短路点，进行网络化简，求短路点总阻抗、根据短路点，进行网络化简，求短路点总阻抗Z或或总电抗总电抗X；5 5、计算短路点的短路电流及其它参数。、计算短路点的短路电流及其它参数。第20页，共27页，编辑于2022年，星期二
14、二、采用标么制法进行三相短路的计算二、采用标么制法进行三相短路的计算1 1、标么值的定义及其基准、标么值的定义及其基准 标么值定义：标么值定义：标么值的优点：标么值的优点：标么值计算不必考虑相线关系，三相还是单相标么值计算不必考虑相线关系，三相还是单相，Y形形还是形还是形；标么值计算同时起到归算的作用。标么值计算同时起到归算的作用。第21页，共27页，编辑于2022年，星期二 采用标么值计算时，基准值的选取采用标么值计算时，基准值的选取先选取先选取SB、UB，然后再计算然后再计算I IB、Z ZB 。SB可选系统的总功率，也可取某变压器的额定值，可选系统的总功率，也可取某变压器的额定值，工程计
15、算时，往往选工程计算时，往往选SB=100MVA或或SB=1000MVA；UB=Uav ，如，如1 10KV电压侧，就取电压侧，就取UB10.5KV；计算计算第22页，共27页，编辑于2022年，星期二2 2、元件电抗标么值的计算、元件电抗标么值的计算 电力系统电力系统 电力变压器电力变压器 电力线路电力线路第23页，共27页，编辑于2022年，星期二计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：作出短路电路图作出短路电路图;计算各元件电抗标么值计算各元件电抗标么值;根据短路点作出等值电路图；根据短路点作出等值电路图；给元件编号，并标注于等值电路图；给元件编号，并标注于等值电路图；根据短路电流求取其它短路量，如根据短路电流求取其它短路量，如 。网络化简，求短路点的等值电抗网络化简，求短路点的等值电抗 ；由由 求出短路点的短路电流；求出短路点的短路电流；第24页，共27页，编辑于2022年，星期二第25页，共27页，编辑于2022年，星期二3-4 3-4 短路电流的效应和稳定度校验短路电流的效应和稳定度校验第26页，共27页，编辑于2022年，星期二第27页，共27页，编辑于2022年，星期二