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1、Huazhong University of Science and Technology电力系统分析电力系统分析(I)石东源石东源dongyuanshimail.hust.edu 2012-20132012-2013学年度第一学期学年度第一学期学年度第一学期学年度第一学期p 读书识人读书识人p 独立思索独立思索p 明辨是非明辨是非电力系统三相短路计算主要是短路电流周期（基频）重量的计算。电力系统三相短路计算主要是短路电流周期（基频）重量的计算。本章主要内容本章主要内容计算内容包括：计算内容包括：（1）起始次暂态电流（短路电流周期重量的起始值）的好用计算；）起始次暂态电流（短路电流周期重量的起
2、始值）的好用计算；（2）短路冲击电流的计算（系统电势源和负荷供应的冲击电流）；）短路冲击电流的计算（系统电势源和负荷供应的冲击电流）；（3）短路发生后不同时刻短路电流周期重量的计算；）短路发生后不同时刻短路电流周期重量的计算；（1）利用节点阻抗矩阵；（）利用节点阻抗矩阵；（2）利用转移阻）利用转移阻抗的概念；（抗的概念；（3）近似计算方法）近似计算方法第六章第六章 电力系统三相短路电流的好用计算电力系统三相短路电流的好用计算基本原理基本原理和方法：和方法：6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计
3、算第六章第六章 电力系统三相短路电流的好用计算电力系统三相短路电流的好用计算 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用 6-4 短路电流周期重量的近似计算短路电流周期重量的近似计算p发发 电电 机：机：电势源支路电势源支路电流源支路（含同步调相机）电流源支路（含同步调相机）p输输 电电 线线 路：路：型等值电路，型等值电路，R，X，Bp变变 压压 器：器：GT-jBT，RT+jXT，kTp一一 般般 负负 荷：荷：恒定阻抗恒定阻抗,p电动机负荷：电动机负荷：电势源支路电势源支路电流源支路（同步电动机、感应电动机、电流源支路（同步电动机、感应电动机、以电动机为主的综合负荷，以电动
4、机为主的综合负荷，起始次暂态电流计算起始次暂态电流计算）1.电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立等值电路的制定等值电路的制定 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法p忽视发电机、变压器和线路的电阻忽视发电机、变压器和线路的电阻p忽视输电线路的电容、变压器的励磁支路忽视输电线路的电容、变压器的励磁支路p忽视负荷或近似处理忽视负荷或近似处理p忽视元件额定电压忽视元件额定电压Vrate与相应电压等级平均额定电压与相应电压等级平均额定电压Vav的差的差别，变压器标幺变比别，变压器标幺变比=1.0，消去志向变压器，消去志向变压器p各发电机电势同相各发电机电势同相p由于各
5、元件用电抗表示，结合以上的近似处理，短路电流的计由于各元件用电抗表示，结合以上的近似处理，短路电流的计算可以避开复数运算，简化为直流电路求解。算可以避开复数运算，简化为直流电路求解。1.电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立近似计算时的简化处理：近似计算时的简化处理：6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法1.电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法p例例 6-11.电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法（1）干脆利用例）干
6、脆利用例41的结果的结果YN不包含发电机的内阻抗不包含发电机的内阻抗修正其中的发电修正其中的发电机节点机节点1、5修正的操作只影响到节点修正的操作只影响到节点的自导纳，不影响互导纳的自导纳，不影响互导纳 p例例 6-1（2）近似处理）近似处理n电阻重量不考虑，各元件处理为纯虚数，便利计算。电阻重量不考虑，各元件处理为纯虚数，便利计算。n分布电容不计。和线路存在相连关系的节点自导纳均要重新分布电容不计。和线路存在相连关系的节点自导纳均要重新计算。计算。1.电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法p例例 6-2：例例28的开式网
7、络的短路电流计算（电缆末端短路）的开式网络的短路电流计算（电缆末端短路）（1）精确计算）精确计算n否则，存在志向变压器，否则，存在志向变压器，只有通过只有通过型等效电路型等效电路(p32)表示变压器支路，表示变压器支路，电路存在困难的串并联电路存在困难的串并联关系，求解困难。关系，求解困难。n依据相互依存的关系确依据相互依存的关系确定各级基准电压，消去定各级基准电压，消去志向变压器。各元件之志向变压器。各元件之间是简洁串联关系。间是简洁串联关系。10.51217.261.电力系统节点方程的建立电力系统节点方程的建立 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法p例例 6-2
8、：例例28的开式网络的短路电流计算（电缆末端短路）的开式网络的短路电流计算（电缆末端短路）（2）近似计算）近似计算n各级基准电压取平均额各级基准电压取平均额定电压，变压器变比近定电压，变压器变比近似为相邻两段平均额定似为相邻两段平均额定电压之比。同样没有志电压之比。同样没有志向变压器。向变压器。n在此基础上重新折算各在此基础上重新折算各元件在统一基准下的标元件在统一基准下的标幺值。计算短路电流。幺值。计算短路电流。和精确计算的结果特别和精确计算的结果特别近似。近似。10.51156.3i2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流利用节点阻抗矩阵计算短路电流基本原理基本原理 6-1 短路电流计算的基本原理
9、和方法短路电流计算的基本原理和方法G:有源节点集合有源节点集合正常重量正常重量故障重量故障重量此处的此处的“”不表示叠加。不表示叠加。2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流利用节点阻抗矩阵计算短路电流基本原理基本原理 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法i2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流利用节点阻抗矩阵计算短路电流忽视负荷电流忽视负荷电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法只需计算与只需计算与节点节点 f 对应的对应的阻抗矩阵元素阻抗矩阵元素2.利用节点阻抗矩阵计算短路电流利用节点阻抗矩阵计算短路电流计算流程图计算流程图 6-1 短路电流计算
10、的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法(1)电势源对短路点的转移阻抗的定义电势源对短路点的转移阻抗的定义星网变换星网变换3.利用电势源对短路点的利用电势源对短路点的转移阻抗转移阻抗计算短路电流计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法 目的目的:求各电源供应的短路电流求各电源供应的短路电流;依据电源电势干脆计算短路电流依据电源电势干脆计算短路电流(1)电势源对短路点的转移阻抗的定义电势源对短路点的转移阻抗的定义星网变换星网变换3.利用电势源对短路点的利用电势源对短路点的转移阻抗转移阻抗计算短路电流计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电
11、流计算的基本原理和方法 目的目的:求各电源供应的短路电流求各电源供应的短路电流;依据电源电势干脆计算短路电流依据电源电势干脆计算短路电流(2)利用节点阻抗矩阵求电势源对短路点的转移阻抗利用节点阻抗矩阵求电势源对短路点的转移阻抗3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法(3)经过渡阻抗接地的状况经过渡阻抗接地的状况3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法(4)电势源节点间的转移阻抗
12、电势源节点间的转移阻抗3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法(5)节点间的转移阻抗和互阻抗的比较节点间的转移阻抗和互阻抗的比较3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法(6)依据电流分布系数求转移阻抗依据电流分布系数求转移阻抗3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法n电
13、势源的符号为上负下正，将电流引入地，全部的电流对节点来说都是注入。电势源的符号为上负下正，将电流引入地，全部的电流对节点来说都是注入。n 对于一个无源网络，对于一个无源网络，If 将依据网络元件的串并联关系安排到各支路中，包括电将依据网络元件的串并联关系安排到各支路中，包括电源支路。源支路。n有电流分布系数：有电流分布系数：(6)依据电流分布系数求转移阻抗依据电流分布系数求转移阻抗3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法(7)电流分布系数的实际求法电流分布系数的实际求法3.利用电势源对
14、短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法电流分布系数只同短路点位置、网络的结构和参数有关。电流分布系数只同短路点位置、网络的结构和参数有关。对于确定的短路点，网络中的电流分布是完全确定的。对于确定的短路点，网络中的电流分布是完全确定的。令故障支路的电流为令故障支路的电流为 1.0，依据网络元件的串并联关系，求故障电，依据网络元件的串并联关系，求故障电流在各支路的安排，电流的量值本身即等于电流分布系数。流在各支路的安排，电流的量值本身即等于电流分布系数。(8)求解短路电流和转移阻抗的求解短路电流和转移阻
15、抗的手算方法手算方法3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法l 电源支路合并电源支路合并，网络变换网络变换，把原网络化简为对故障端口的，把原网络化简为对故障端口的戴维南等效戴维南等效电路。电路。l 将故障端口短接，求短路电流。将故障端口短接，求短路电流。l 网络还原网络还原，利用电流，利用电流分布系数分布系数的概念求转移阻抗。的概念求转移阻抗。p网络化简方法网络化简方法 1 1：(8)求解短路电流和转移阻抗的求解短路电流和转移阻抗的手算方法手算方法3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短
16、路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法l 保留全部的电势源节点和短路点，利用星网变换消去一切的保留全部的电势源节点和短路点，利用星网变换消去一切的中间节点，形成以电势源节点和短路点为顶点的全网型电路。中间节点，形成以电势源节点和短路点为顶点的全网型电路。l 转移电抗干脆可得，短路电流为各支路电源比上相应的转移转移电抗干脆可得，短路电流为各支路电源比上相应的转移电抗后的叠加。电抗后的叠加。p网络化简方法网络化简方法 2 2：(8)求解短路电流和转移阻抗的手算方法求解短路电流和转移阻抗的手算方法3.利用电势源对短路点的转移阻
17、抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法p例例 6-4(8)求解短路电流和转移阻抗的手算方法求解短路电流和转移阻抗的手算方法3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方法p例例 6-4 解法一解法一(8)求解短路电流和转移阻抗的手算方法求解短路电流和转移阻抗的手算方法3.利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流利用电势源对短路点的转移阻抗计算短路电流 6-1 短路电流计算的基本原理和方法短路电流计算的基本原理和方
18、法p例例 6-4 解法二解法二算例：算例：f点发生三相短路时的短路计算点发生三相短路时的短路计算 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算（1 1）制定等值电路，确定计算条件；）制定等值电路，确定计算条件；v发发 电电 机：全部电势源同相位机：全部电势源同相位v输电线路：输电线路：R=0，X，B=0v变变 压压 器：器：GT+jBT=0，RT=0，jXT，kT1.01.好用计算的近似简化处理方法好用计算的近似简化处理方法 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算v简化计算：简化计算：E，jX,直流计算台直流计算台v用于短路
19、计算，满足工程要求用于短路计算，满足工程要求2.计算条件的建立计算条件的建立发电机和电动机电势源模型发电机和电动机电势源模型 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算 发电机模型发电机模型 同步调相机同步调相机 异步电动机异步电动机 综合负荷综合负荷算例：算例：f点发生三相短路时的短路计算点发生三相短路时的短路计算 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算1.1.制定等值电路，确定计算条件制定等值电路，确定计算条件2.2.选取基准值，计算等值电路标幺参数选取基准值，计算等值电路标幺参数3.3.计算计算f f点发生三相短路时
20、的点发生三相短路时的起始次暂态电流起始次暂态电流算例：算例：f点发生三相短路时的短路计算点发生三相短路时的短路计算 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算4.计算计算f点发生三相短路时的点发生三相短路时的短路冲击电流短路冲击电流 (1)验算负荷节点残余电压，推断负荷是否供应短路电流验算负荷节点残余电压，推断负荷是否供应短路电流 (2)选取冲击系数，计算冲击电流：选取冲击系数，计算冲击电流：算例：算例：f点发生三相短路时的短路计算点发生三相短路时的短路计算 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算异步电动机负荷异步电动机负
21、荷冲击系数选取原则冲击系数选取原则综合负荷综合负荷 200kW500kW 500kW1000kW 1000kW算例：算例：f点发生三相短路时的短路计算点发生三相短路时的短路计算 6-2 起始次暂态电流和冲击电流的好用计算起始次暂态电流和冲击电流的好用计算同步发电机、同步调相机、同步电动机同步发电机、同步调相机、同步电动机冲击系数选取原则冲击系数选取原则机端短路机端短路 发电厂高压母线发电厂高压母线 其它地点其它地点1.计算曲线的概念计算曲线的概念短路后指定时刻短路电流周期重量短路后指定时刻短路电流周期重量 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用2.计算曲线的制作计算曲线的制作
22、 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用(1)发电机额定满载运行；发电机额定满载运行；(2)50%负荷接于发电厂高负荷接于发电厂高 压母线；压母线；(3)负荷接受恒定阻抗；负荷接受恒定阻抗；(4)发电机强励顶值为额定运行状态下的励磁电压的发电机强励顶值为额定运行状态下的励磁电压的1.8倍倍(5)取额定功率从取额定功率从12MW200MW共共18种型号汽轮发电机计种型号汽轮发电机计算算 ，取算术平均值；，取算术平均值；(6)取额定功率从取额定功率从12.5MW225MW共共17种型号汽轮发电机计种型号汽轮发电机计算算 ，取算术平均值，取算术平均值3.计算曲线的应用计算曲线的应用
23、 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用星网变换星网变换1)系统全部发电机表示为等值电势源，绘制等值电路；系统全部发电机表示为等值电势源，绘制等值电路；2)星网变换，各电势源节点与短路点之间构成星形电路；星网变换，各电势源节点与短路点之间构成星形电路；3)对星形网络的每个发电机电势源支路应用计算曲线；对星形网络的每个发电机电势源支路应用计算曲线；3.计算曲线的应用计算曲线的应用计算步骤计算步骤 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用1)绘制等值电路绘制等值电路n 选取基准功率选取基准功率 和基准电压和基准电压n发电机表示为等值电势源支路，并发电机表示为等值电
24、势源支路，并作适当简化合并；作适当简化合并；n 略去网络各元件电阻、输电线路电容和变压器励磁支路；略去网络各元件电阻、输电线路电容和变压器励磁支路；n无限大功率电源内阻抗为零；无限大功率电源内阻抗为零；n略去负荷；略去负荷；3.计算曲线的应用计算曲线的应用计算步骤计算步骤 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用2)星网变换星网变换n计算等值发电机对短路点的转移阻计算等值发电机对短路点的转移阻抗抗 ；n计算无限大功率电源对短路点的转计算无限大功率电源对短路点的转移阻抗移阻抗 ；3)对每个发电机支路应用计算曲线对每个发电机支路应用计算曲线n各发电机对短路点的计算电抗：各发电机对短
25、路点的计算电抗：3.计算曲线的应用计算曲线的应用计算步骤计算步骤 6-3 短路电流计算曲线及其应用短路电流计算曲线及其应用3)对每个发电机支路应用计算曲线对每个发电机支路应用计算曲线由由 查计算曲线得到相应的查计算曲线得到相应的 ；无限大功率电源供应短路电流：无限大功率电源供应短路电流：4)计算短路电流出名值计算短路电流出名值第第i台等值发电机供应的短路电流：台等值发电机供应的短路电流：无限大功率电源供应短路电流：无限大功率电源供应短路电流：1.近似简化处理方法近似简化处理方法 6-4 短路电流周期重量的近似计算短路电流周期重量的近似计算n系统电势源恒定：短路电流周期重量幅值不衰减系统电势源恒
26、定：短路电流周期重量幅值不衰减n忽视负荷的影响：忽视负荷的影响：ES*=1.0n选取选取 SB，VB=Vav2.依据短路容量估算未知系统内电抗依据短路容量估算未知系统内电抗XS 6-4 短路电流周期重量的近似计算短路电流周期重量的近似计算本章小结本章小结Huazhong University of Science and Technologyn短路计算中各元件的模型及简化；短路计算中各元件的模型及简化；n利用利用 Z 阵计算短路电流的方法和计算流程；阵计算短路电流的方法和计算流程；n节点间转移阻抗的概念；节点间转移阻抗的概念；n起始次暂态电流的概念和计算；起始次暂态电流的概念和计算；n短路冲击电流的计算，负荷供应冲击电流与否的校验短路冲击电流的计算，负荷供应冲击电流与否的校验和冲击系数的确定；和冲击系数的确定；n利用短路容量估算未知系统电抗。利用短路容量估算未知系统电抗。习习 题题Ex 6-5(f2)，6-9，6-11Huazhong University of Science and TechnologyHuazhong University of Science and TechnologyTo Be Continued