电力系统短路电流计算及标幺值算法.docx

1、电力系统短路电流计算及标幺值算法第七章 短路电流计算Short Circuit Current Calculation7-1 概述 General Description一、短路的原因、类型及后果The cause, type and sequence of short circuit1、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。2、短路的原因： 元件损坏如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路 . 气象条件恶化如雷击造成的闪络放电或避雷器动作； 大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等 . 违规操作如运行人员带负荷拉刀闸；

2、线路或设备检修后未拆除接地线就加电压 . 其他原因如挖沟损伤电缆 , 鸟兽跨接在裸露的载流部分等 .3、三相系统中短路的类型： 基本形式 : k ( 3) 三相短路； k ( 2) 两相短路；k (1) 单相接地短路； k (1,1) 两相接地短路； 对称短路：短路后，各相电流、电压仍对称 , 如三相短路；不对称短路：短路后，各相电流、电压不对称 ;如两相短路、单相短路和两相接地短路 .注 : 单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少 , 但后果较严重。4、短路的危害后果随着短路类型、 发生地点和持续时间的不同， 短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电， 也可能威胁整个系统的安全运行。 短路的危

3、险后果一般有以下几个方面。（ 1）电动力效应短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏。（ 2）发热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。（ 3）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃及周围设备 .（ 4）电压大幅下降，对用户影响很大 .（ 5）如果短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，则可能使并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定，造成大片停电。这是短路故障的最严重后果。（ 6）不对称短路会对附近的通讯系统产生影响。二、计算短路电流的目的及有关化简The purpose and some s

4、implification of short circuit Calculation 1、短路计算的目的a、选择电气设备的依据； b 、继电保护的设计和整定； c 、电气主接线方案的确定；d 、进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响；2、短路计算的简化假设a、不考虑发电机间的摇摆现象， 认为所有发电机电势的相位都相同；b、不考虑磁路饱和，认为短路回路各元件的电抗为常数；c、不考虑发电机转子的不对称性， 用 X d 和 Eq 来代表。认为 I f I d ,即认为短路前发电机是空载的；d、不考虑线路对地电容、 变压器的励磁支路和高压电网中的电阻，认为等值电路中只有各元件的电抗。7-2

5、 标么值计算方法与短路电流计算步骤Per-unit system and the process of short-circuit current calculation 一、 标么制的概念 conception of per-unit system1、标么制 per-unit system：将电压、电流、功率、阻抗等物理量不用其有名值表示，而用标么值表示。2、标么值： per-unit value实际有名值（任意单位 ）标么值基准值 (与有名值同单位）例如 : 某发电机的端电压用有名值表示为U G10.5kV , 如果用标么值 表 示 , 就 必 须 先 选 定 基 准 值 . 若 选 基

6、准 值 U B 10.5kV , 则U G10.51U G10.5U B;若取基准值 U B若取基准值 U B可见 : 标么值是一个没有量纲的数值不同 , 其标么值也就不同 .10kV , 则 U G1.05 ;1kV , 则 U G10.5 ., 对于同一个有名值 , 基准值选得因此 : 说明一个量的标么值时，必须同时说明它的基准值；否则，标么值的意义不明确！3、采用标么制的优点： the advantage of per-unit system （1）易于比较电力系统中各元件的特性和参数；（2）易于判断电气设备的特征和参数的优劣；（3）可以使计算量大大简化。二、 基准值的选取 the se

7、lection of reference value1、 各量的基准值之间应服从：功率方程： S3UI欧姆定律： U3IZ通常选定SB,UBI BSBZ BU B2SB则：3UB ，2、三相对称系统中，不管是X BY接线还是 接线，任何一点的线电压（或线电流）的标么值与该点的相电压（或相电流）的标么值相等，且三相总功率的标么值与每相的功率标么值相等。故：采用标么制时，对称三相电路完全可以用单相电路计算。3、 说明：通常取 SB 100MVA,U B U av （U av 1.05U N ）三、不同基准值的标么值之间的换算conversion among per-unit values base

8、d on different reference values1、 原则：换算前后的物理量的有名值保持不变。步骤：（1）将以原有基准值计算出的标么值还原成有名值（ 2）计算新基准值下的标么值2、 发电机、变压器已知： SN ,U N以及X N求： SB,U B下的X BXXN XNU N2则： 有名值：X NSNX BXX NU N2SBX BSNU B2标么值：3、 电抗器X XNXNU NX N有名值：3I N标么值：X BXU NSBX BX NU B23I N四、有变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标么值的计算Per-unit value calculation in a net

9、work which has different voltage class connected by transformers.1、 先取某一电压级为基本电压级，并取基本电压级的基准电压U B ，将其他电压级下的电抗有名值归算到基本电压级下：KU (基准侧）X ( n)(K1 K2) 2 XU （待归算侧）其中：则： 归算到基本电压级的某个线段的电抗标么值应为：X ( n)* BX (n)X (K1 K2)22)2SBX BU B2(K1 KXU B2SB2、有变压器联系的网络标么值计算的简化条件： UBU av ，用 U av 计算变比，并用 U av 代替元件的 U N则： 发电机电抗

10、X d 的标么值变压器 U k % 的标么值线路中电抗的标么值电抗器 X r % 的标么值其中对线路、电抗器的计算中，电压X d BX dNSBSNXTU K %SBX T BXB100SNX WLBXWLSBU B2X r BX r %U NSB1003I NU B2U B 为元件所在电压等级的平均额定证明：取短路点所在电压等级为基本电压级，并取 U B UX1*B (K1 K2 K3)2 X1*(N)U N2SB则：SNU B2( U 2 avU 3avU 4av ) 2X1*(N )U 12avSBU 1avU 2avU 3avSNU 4av2X1*( N)SBSNXX2* B( U 3

11、avU 4 av )2X 2*( N)U 22SBX 2*( N)SBU K %SBU 2avU 3avSNU 42SN100SNU 3avU 4 av2SBSB3* B( U 2avU 3av)X 3U 42avX 3U 22av则：归算到任一电压级下的电抗标么值相等。五、短路电流计算步骤 process of short-circuit current calculation 1确定计算条件，画计算电路图1 ）计算条件：系统运行方式，短路地点、短路类型和短路后采取的措施。2 ）运行方式：系统中投入的发电、输电、变电、用电设备的多少以及它们之间的连接情况。根据计算目的确定系统运行方式，画相应

12、的计算电路图。选电气设备：选择正常运行方式画计算图；短路点取使被选择设备通过的短路电流最大的点。继电保护整定：比较不同运行方式，取最严重的。2画等值电路，计算参数；分别画各段路点对应的等值电路。标号与计算图中的应一致。3网络化简，分别求出短路点至各等值电源点之间的总电抗。. 星角变换公式角星变换公式X1nX12 X31X12X1nX 2nX1 nX 2 nX 12X 13X 23X 3nX 2 nX12 X 32X 23X 2nX 3nX 2nX3 nX 12X 13X 23X1nX 3 nX32 X31X 31X 3nX1nX 3 nX1 nX12X13X 23X 2n. 等值电源归算（1）同类型且至短路点的电气距离大致相等的电源可归并；（2）至短路点距离较远的同类型或不同类型的电源可归并；（3）直接连于短路点上的同类型发电机可归并；7-3 供配电系统三相短路电流计算Three-phase short-circuit current calculation in power supply and distribution system