《牽引供電系統(tǒng)》-第五章-短路的計算.ppt

本章主要內(nèi)容：1、三相對稱短路的分析計算；2、三相不對稱短路的分析計算；3、牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算。,3,第5章短路的計算,5.1三相對稱短路的分析計算,一、短路的基本概念1、短路的定義、類型及產(chǎn)生的一般原因(1)定義：不同電位導電部分之間的短接。其分為金屬性短路和非金屬性短路(有過渡電阻)。(2)類型：三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路等。單相接地最常見，三相短路最不常見。(3)產(chǎn)生原因：自然災害引起。因惡劣的工作環(huán)境而引起。因設(shè)備維護不善而引起。由于工作人員違章誤操作而引起。,5.1三相對稱短路的分析計算,2、短路的危害短路的熱效應和電動效應。短路時，將嚴重危及用戶電氣設(shè)備的正常運行，造成產(chǎn)品報廢及設(shè)備損壞。接地短路時，將引起不平衡電流。電力系統(tǒng)短路的最嚴重后果是引起系統(tǒng)解列。,5.1三相對稱短路的分析計算,3、短路計算的假設(shè)條件所有發(fā)電機電勢相角都相同，發(fā)電機間無交換電流。應用迭加原理。一般電氣元件的電阻略去不計。但是，當短路發(fā)生在電纜線路或低壓網(wǎng)絡時，由于總電阻與總電抗之比值大于1/3，則應計及電阻。當計算短路電流非周期分量的衰減時間常數(shù)時，應計及電阻的影響。用阻抗的絕對值進行計算。,5.1三相對稱短路的分析計算,接上頁電壓等級為330kV及以下輸電線路的電容略去不計。變壓器的激磁電流略去不計。電力系統(tǒng)是對稱的三相系統(tǒng)。短路點沒有任何阻抗。,5.1三相對稱短路的分析計算,二、標么值及其應用1、標么值(1)定義：(2)標么值的表示符號其表示符號通常是在表示該量文字符號的右下角加標注“”號。,5.1三相對稱短路的分析計算,(3)基準量的選擇原則及方法習慣將電壓和容量作為基準量，而和由下式導出:三相系統(tǒng)：單相系統(tǒng)：實用中，基準電壓就取短路計算元件所在電路的電網(wǎng)平均電壓(或稱短路計算電壓)，即。基準容量通常選取。,5.1三相對稱短路的分析計算,(4)阻抗標么值的換算實際值與標么值的互換若已知實際電抗，選取了基準電壓，基準容量為，則電抗標么值為：若已知標么電抗，選取了基準電壓，基準容量為，則實際電抗為：,5.1三相對稱短路的分析計算,選取不同基準值時，標么值的換算假定兩組基準量分別為、和、，則兩個對應的標么電抗和為:實用中，當取時，兩組基準值中，,則J進一步簡化為,5.1三相對稱短路的分析計算,2、供電系統(tǒng)元件的阻抗及其標么值(1)輸電線：(2)變壓器：(3)同步發(fā)電機：(4)電抗器：,5.1三相對稱短路的分析計算,三、三相短路的有關(guān)電氣量計算,i,u,初相角為0度或180度，此時非周期分量電流幅值最大。,5.1三相對稱短路的分析計算,1、短路電流周期分量有效值的計算無限大容量電源供電下，三相短路電流的周期分量電流幅值是不衰減的，都等于穩(wěn)態(tài)時的值：考慮到無限大容量電源的電壓恒定且內(nèi)阻抗為0，取短路點處電網(wǎng)平均電壓為，且(線相變換而得)，則短路電流周期分量有效值為,5.1三相對稱短路的分析計算,2、沖擊電流的計算短路電流可能出現(xiàn)的最大瞬時值，稱為最大短路沖擊電流，以ish表示其中，。當短路發(fā)生在一般高壓網(wǎng)絡中時,取，則當短路發(fā)生在單機容量為12MW以上的發(fā)電機母線和發(fā)電廠高壓母線上時，取，則,5.1三相對稱短路的分析計算,3、短路全電流最大有效值的計算短路電流可能出現(xiàn)的最大瞬時值，稱為短路沖擊電流有效值，以表示當短路發(fā)生在一般高壓網(wǎng)絡中時,取，則當短路發(fā)生在發(fā)電機母線時，取，則,5.1三相對稱短路的分析計算,4、三相短路功率的計算三相短路時，任意時刻t的短路功率定義為若以標么值表示，取，則得另外，,5.2三相不對稱短路的分析計算,一、對稱分量法及其應用牽引供電系統(tǒng)短路主要是不對稱短路?，F(xiàn)學習對稱分量法。1、對稱分量法的基本概念對于三相系統(tǒng)，任意一組不對稱的三相相量(電流、電壓等)都可以分解為具有下列特性的3組對稱分量.,5.2三相不對稱短路的分析計算,(1)各序分量的表達式為(分解公式)為旋轉(zhuǎn)算子，(2)每相相量是由正、負、零序3個分量組成(合成公式)：,5.2三相不對稱短路的分析計算,(3)三相對稱分量的相量恒有的關(guān)系正序分量：負序分量：零序分量,5.2三相不對稱短路的分析計算,2、序分量獨立性在三相參數(shù)相同的對稱線性電路中，通以某一序的對稱分量電流，只產(chǎn)生同一序分量的電壓降。反過來，若施以三相某一序的對稱分量電壓，也只產(chǎn)生同一序的對稱分量電流。這一特性稱為三相對稱電路的序分量獨立性。根據(jù)對稱電路的這一特性，就可以對正序、負序和零序分量進行計算，最后再作疊加。任一相序的對稱分量電壓和電流之間完全適合歐姆定律的關(guān)系,5.2三相不對稱短路的分析計算,二、序網(wǎng)絡的基本概念與構(gòu)成應用對稱分量法求解不對稱短路，需將不對稱系統(tǒng)分解為三組對稱系統(tǒng)，再分析求解。表示各序?qū)ΨQ三相系統(tǒng)的網(wǎng)絡，分別稱為正序、負序和零序網(wǎng)絡。因為對稱分量系統(tǒng)是三相對稱的，因此序網(wǎng)絡可用單相圖表示。各序網(wǎng)絡中，習慣上總認為短路點為首端，記以k，地點為末端，記以N。短路點處各序電壓總是由首端指向末端。,5.2三相不對稱短路的分析計算,三、正序等效定則1、正序等效定則三種不對稱短路故障處的正序電流，都具有如下關(guān)系：任何不對稱短路的正序電流，與同網(wǎng)絡中在短路點每相加入一個附加電抗，而發(fā)生三相短路的電流相等。這個性質(zhì)稱為正序等效定則。,附加電抗,正序電抗,5.2三相不對稱短路的分析計算,各種短路的附加電抗和電流比例系數(shù),5.2三相不對稱短路的分析計算,2、電流比例系數(shù)電流比例系數(shù)，是指任何不對稱短路電流的絕對值與其正序分量電流的比值。即電流比例系數(shù)的值，由短路類型決定。,5.2三相不對稱短路的分析計算,3、正序等效定則的應用利用正序等效定則求解不對稱短路電流利用正序等效定則求解不對稱短路電流的算法為：Step1：在每相中加入(串入)附加電抗，以將不對稱短路簡化為對稱短路；Step2：按照對稱短路計算方法，求解對稱短路電流。Step3：將不對稱短路的正序電流乘以電流比例系數(shù)。所求結(jié)果就是不對稱短路電流。,5.2三相不對稱短路的分析計算,4、不對稱短路的實用計算方法當無限大容量系統(tǒng)供電的電網(wǎng)發(fā)生短路時，由于電源電勢()，則正序電流為短路電流為：無限大容量系統(tǒng)不對稱短路電流與對稱短路電流類似，周期分量是不衰減的，即在任何時刻下均相等，即,5.2三相不對稱短路的分析計算,續(xù)上頁在應用復合序網(wǎng)法分析不對稱短路時，基準相從原理上講是可以任意選取的，但如果基準相選擇不恰當，將無法構(gòu)成復合序網(wǎng)，并給分析帶來不便?；鶞氏噙x擇原則：總是選擇三相中的特殊相作為基準相.例如：在單相接地短路中，發(fā)生接地相作為基準相;兩相短路和兩相短路接地時，非故障相為基準相。,5.2三相不對稱短路的分析計算,4、短路電流的比較短路電流比較的本質(zhì)：找出同一點發(fā)生不同類型短路時的最大短路電流值。各種類型的接地短路均與零序參數(shù)有關(guān)，因此通過加入中性點接地電抗可限制接地短路電流。這樣，只需比較三相短路和兩相短路電流即可。三相短路電流為兩相短路電流為,5.2三相不對稱短路的分析計算,在系統(tǒng)中，電源無內(nèi)阻，即。因而有,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,牽引供電系統(tǒng)短路計算的說明包括牽引變電所短路分析和牽引網(wǎng)的短路分析。牽引網(wǎng)短路主要有：一臂接地短路、異相牽引母線短路和異相牽引母線短路接地。其中一臂接地短路發(fā)生機率最高.牽引網(wǎng)阻抗計算時，電阻不能忽略，且采用阻抗絕對值。牽引網(wǎng)不能向電力系統(tǒng)傳輸零序電流。即使主變壓器原邊中線上的零序電流保護裝置，完全是電力系統(tǒng)的零序保護，和電氣化鐵路無關(guān)。,一、牽引變電所中牽引母線短路的分析計算1、三相牽引變電所三相牽引變電所的主變壓器為標準組YNd11。其接線原理圖和等效電路見下圖。(正常工作時，屬于單相接地),5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,三相變電所接線原理圖,上圖中，、為從變壓器原邊火線端以前電力系統(tǒng)的綜合正序、負序電抗，為主變壓器的電抗.由牽引側(cè)出線端看，總的正序電抗、負序電抗應為:牽引母線短路前，系統(tǒng)是三相對稱的，故可采用上述公式求取短路電流。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,(1)一臂母線接地短路下圖中短路屬于三相系統(tǒng)的兩相短路接地。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,一臂母線接地短路,由于牽引側(cè)為聯(lián)接，無零序電流通道，相當于。針對計算短路電流而言，其復合序網(wǎng)與兩相短路的復合序網(wǎng)完全一致的。因而常將一臂牽引母線接地短路按兩相短路處理，且不會對短路電流計算的結(jié)果帶來影響。根據(jù)兩相短路的公式，得：,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,(2)異相牽引母線短路顯然該短路是三相系統(tǒng)的兩相短路，其短路電流計算公式與一臂母線接地短路完全相同，即短路電流的計算公式為,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,異相牽引母線短路,(3)異相牽引母線接地短路該短路屬于三相系統(tǒng)的三相短路，因此其短路電流為：,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,異相牽引母線接地短路,2、單相V/V牽引變電所單相V/V接線變壓器高壓側(cè)接電力系統(tǒng)，牽引側(cè)公共接地，另外兩端接至兩供電臂的牽引母線。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,單相V/V變電所接線原理圖,(1)一臂牽引母線接地短路由于牽引側(cè)無零序電流，因而牽引側(cè)接地與否對短路電流數(shù)值無影響，即求短路電流時不考慮接地。為方便計算短路電流，將發(fā)生短路臂的電抗XT平分，分別串在短路臂和接地相，并將短路點由k點移到點。由于另一臂未短路，無電流通過，加大或減小對其特性無任何影響，可將其減至。經(jīng)過以上假設(shè)，就人為地構(gòu)成了一個對短路電流而言等效的對稱三相系統(tǒng)。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,變換后的電路圖,等效電路圖,(2)異相牽引母線短路由于接地相中無電流流過，增或減一個電抗并無影響，若在該相上假想接入一個電抗，也成為三相對稱電路。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,變換后的電路圖,(3)異相牽引母線接地短路這個短路無法化成對稱電路的簡單短路，要將原短路點處的邊界條件轉(zhuǎn)換為變電所高壓側(cè)的邊界條件，然后用對稱分量法求解。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,接線圖,等效電路圖,變換后的電路圖,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,根據(jù)邊界條件并應用對稱分量法，得,因此，最嚴重故障相的短路電流為：,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,若，則短路電流的絕對值為：,3、三相-兩相牽引變電所（Scott）三相-兩相變壓器的特性相同，且得到的各種結(jié)論也相同。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,當只考慮系統(tǒng)電抗且只討論牽引母線短路時，上式可簡化為,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,(1)一臂牽引母線接地短路假設(shè)相母線接地短路，其邊界條件為,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,代入上式，并解得,短路電流的絕對值為,(2)異相牽引母線短路異相牽引母線短路時的邊界條件為,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,短路電流為,短路電流的絕對值為,(3)異相牽引母線接地短路異相牽引母線接地短路時的邊界條件為,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,短路電流為,短路電流的絕對值為,由于零序電流為0，對稱的原邊三相電流為,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,由于Scott變壓器等效三相星形電抗是單相電抗的一半，因而從那一側(cè)看，其短路電壓百分比都相等。單相電抗在牽引側(cè)的有名值為,每相電抗,系統(tǒng)電抗,牽引變壓器在ABC系統(tǒng)中的電抗,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,牽引變電所牽引側(cè)短路電流計算公式匯總,二、牽引網(wǎng)短路類型及計算方法牽引網(wǎng)發(fā)生短路的幾率較高，常見的是一臂牽引網(wǎng)接地短路，少量的是雙線牽引網(wǎng)短路接地。牽引網(wǎng)短路時，每相牽引網(wǎng)的阻抗可以化為一個等效短路阻抗。單相和三相兩相牽引變電所供電。方法：用牽引供電系統(tǒng)的總阻抗()代替短路電流計算公式中的變壓器電抗。三相牽引變電所供電。方法：把變壓器電抗看成電力系統(tǒng)的附加部分，以牽引網(wǎng)阻抗代替單相變壓器阻抗，應用單相變電所的短路電流算式，就可得到三相變電所的牽引網(wǎng)短路電流計算公式。,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,5.3牽引供電系統(tǒng)短路的分析計算,牽引網(wǎng)短路電流計算公式,是每條線路牽引網(wǎng)的阻抗。,1、什么叫短路？短路故障產(chǎn)生的原因有哪些？2、短路的危害有哪些？3、短路的形式有哪些？牽引供電系統(tǒng)中哪種短路形式的幾率最大？哪些短路的危害最為嚴重？4、什么叫無限大容量系統(tǒng)？它有什么特點？5、什么是短路沖擊電流？6、什么叫短路電流的電動效應？應該采用哪一個短路電流來計算？,課后作業(yè),7、什么叫正序等效定則？8、某牽引變電所采用Vv接線，電力系統(tǒng)的電抗=0.689(Sd=100MVA)，兩臺單相變壓器各為20MVA，Uk%=10.5。試求牽引母線接地短路和異相牽引母線短路時的電流值。,課后作業(yè),