第三章短路電流計算1預(yù)備知識小接地系統(tǒng)與大接地系統(tǒng)小接地系統(tǒng)與大接地系統(tǒng)v小接地系統(tǒng)小接地系統(tǒng)電源中性點與大地隔離或經(jīng)大電抗線圈連接。電源中性點與大地隔離或經(jīng)大電抗線圈連接。v大接地系統(tǒng)大接地系統(tǒng)電源中性點與大地直接金屬性連接。電源中性點與大地直接金屬性連接。常用于工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)常用于工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)常用于高壓輸電系統(tǒng)常用于高壓輸電系統(tǒng)接地裝置接地裝置 由接地連接線和接地體構(gòu)成由接地連接線和接地體構(gòu)成 接地電阻測量儀接地電阻測量儀 接地變壓器接地變壓器 為三相變壓器（或三相電抗器），常用來為無中性點的系統(tǒng)提供一個人工的、可帶負(fù)載的為三相變壓器（或三相電抗器），常用來為無中性點的系統(tǒng)提供一個人工的、可帶負(fù)載的中性點，供系統(tǒng)接地使用。中性點，供系統(tǒng)接地使用。其接地方式有：直接接地，與接地電抗器、電阻或消弧線圈組合接地。其接地方式有：直接接地，與接地電抗器、電阻或消弧線圈組合接地。接地變壓器可帶一個供連續(xù)使用的低電壓的二次繞組作為變電站輔助電源。接地變壓器可帶一個供連續(xù)使用的低電壓的二次繞組作為變電站輔助電源。接地變壓器內(nèi)部接地變壓器內(nèi)部預(yù)備知識接地變壓器外部接地變壓器外部消弧線圈消弧線圈消弧線圈是一個裝設(shè)于配電網(wǎng)中性點的可調(diào)電感線圈，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故消弧線圈是一個裝設(shè)于配電網(wǎng)中性點的可調(diào)電感線圈，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，消弧線圈的作用是提供一個電感電流，補償單相接地的電容電流，使電容障時，消弧線圈的作用是提供一個電感電流，補償單相接地的電容電流，使電容電流減小到規(guī)定值以下；同時，也使得故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低，電流減小到規(guī)定值以下；同時，也使得故障相接地電弧兩端的恢復(fù)電壓速度降低，達(dá)到自動熄滅電弧的目的。達(dá)到自動熄滅電弧的目的。消弧線圈的電抗或電流通過有載消弧線圈的電抗或電流通過有載(無載無載)分接開關(guān)調(diào)節(jié)。分接開關(guān)調(diào)節(jié)。預(yù)備知識 原理原理根據(jù)系統(tǒng)運行方式及發(fā)展情況，確定消弧線圈在過補償條件下的額定容量，即可確定在根據(jù)系統(tǒng)運行方式及發(fā)展情況，確定消弧線圈在過補償條件下的額定容量，即可確定在接地故障時可提供的電感電流。增設(shè)消弧線圈二次電容負(fù)荷繞組，同時在該消弧線圈的二次繞組上并聯(lián)接地故障時可提供的電感電流。增設(shè)消弧線圈二次電容負(fù)荷繞組，同時在該消弧線圈的二次繞組上并聯(lián)若干只（一般為四至五只）低壓電容器，通過控制器控制二次電容器投入的數(shù)量，來調(diào)節(jié)消弧線圈二次若干只（一般為四至五只）低壓電容器，通過控制器控制二次電容器投入的數(shù)量，來調(diào)節(jié)消弧線圈二次容抗的大小，從而改變消弧線圈一次側(cè)電感電流的大小。容抗的大小，從而改變消弧線圈一次側(cè)電感電流的大小。電力系統(tǒng)正常運行時，消弧線圈裝置工作在最大過補償狀態(tài)，保證電網(wǎng)中性點不高于電網(wǎng)額定相電電力系統(tǒng)正常運行時，消弧線圈裝置工作在最大過補償狀態(tài)，保證電網(wǎng)中性點不高于電網(wǎng)額定相電壓的壓的15%15%，控制器實時監(jiān)測電網(wǎng)線路的對地總?cè)菘梗瑥亩嬎愠鏊柩a償?shù)碾姼须娏髦?。，控制器實時監(jiān)測電網(wǎng)線路的對地總?cè)菘?，從而計算出所需補償?shù)碾姼须娏髦?。調(diào)容式消弧線圈裝置裝置構(gòu)成圖調(diào)容式消弧線圈裝置裝置構(gòu)成圖第一節(jié) 概述一一 短路的種類短路的種類 三相短路三相短路 ，兩相短路，兩相短路 ，單相短路單相短路 和兩和兩相接地短路相接地短路 （僅大接地系統(tǒng)有）。（僅大接地系統(tǒng)有）。（a、b為小接地系統(tǒng)，為小接地系統(tǒng)，c、d為大接地系統(tǒng)為大接地系統(tǒng)）65%20%10%5%三相交流系統(tǒng)危害較大的短路類型主要有：三相交流系統(tǒng)危害較大的短路類型主要有：二二 短路的原因短路的原因（1）電力系統(tǒng)中電器設(shè)備載流導(dǎo)體的）電力系統(tǒng)中電器設(shè)備載流導(dǎo)體的絕緣損壞。絕緣損壞。造成絕緣損壞的原因主要有設(shè)備絕緣自然老化，操作過電壓，大氣造成絕緣損壞的原因主要有設(shè)備絕緣自然老化，操作過電壓，大氣過電壓，絕緣受到機械損傷等。過電壓，絕緣受到機械損傷等。（3）運行人員不遵守操作規(guī)程，如帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，檢修）運行人員不遵守操作規(guī)程，如帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，檢修后忘卻拆除地線合閘等后忘卻拆除地線合閘等非正常操作非正常操作(人員過失人員過失)。（4）鳥獸跨越在裸露導(dǎo)體上等）鳥獸跨越在裸露導(dǎo)體上等意外故障意外故障。第一節(jié) 概述元件損壞、氣象條件惡化元件損壞、氣象條件惡化 、人員過失、人員過失 、其他原因。、其他原因。（2）氣象條件惡化）氣象條件惡化步驟5 計算每個元件阻抗由圖3-12(b)變換成圖3-12(c)時，電抗和可用Y/變換的方法決定，公式如下：第三節(jié) 供電系統(tǒng)電氣元件參數(shù)計算消弧線圈的電抗或電流通過有載(無載)分接開關(guān)調(diào)節(jié)。三 用運算曲線計算短路電流方法（多臺發(fā)電機為短路點供電時）同步發(fā)電機發(fā)生三相突然短路1 同一變換法（綜合計算電抗法）為短路電流周期分量幅值，b、易于判斷電氣設(shè)備的特征和參數(shù)的優(yōu)劣一 無限大容量三相短路分析無限大容量系統(tǒng)短路參數(shù)未知問題：計算短路電流常采用標(biāo)么值計算，可簡化計算，便于比較分析。同步發(fā)電機發(fā)生三相突然短路對稱分量法的實質(zhì)：將發(fā)生不對稱短路(、)處出現(xiàn)的三相不對稱電壓分解成三組各自對稱的正序、負(fù)序和零序分量。（1）短路產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將導(dǎo)體絕緣破壞。四 有限容量電源供電系統(tǒng)三相短路分析三三 短路的危害短路的危害（1 1）短路產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將導(dǎo)體絕緣破壞。）短路產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將導(dǎo)體絕緣破壞。（2 2）短路產(chǎn)生巨大的電動力，使電氣設(shè)備受到機械破壞。）短路產(chǎn)生巨大的電動力，使電氣設(shè)備受到機械破壞。（3 3）短路使系統(tǒng)電壓降低，電流升高，電器設(shè)備正常工作受到破壞。）短路使系統(tǒng)電壓降低，電流升高，電器設(shè)備正常工作受到破壞。（4 4）短路造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，給人民生活帶來不便。短路造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，給人民生活帶來不便。（5 5）嚴(yán)重的短路將影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使同步發(fā)電機失步。）嚴(yán)重的短路將影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使同步發(fā)電機失步。（6 6）單相短路產(chǎn)生不平衡磁場，對通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾。）單相短路產(chǎn)生不平衡磁場，對通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾。第一節(jié) 概述四四 短路電流計算的目的短路電流計算的目的（1 1）正確選擇和校驗各種電器設(shè)備。）正確選擇和校驗各種電器設(shè)備。（2 2）計算和整定保護短路的繼電保護裝置。）計算和整定保護短路的繼電保護裝置。（3 3）選擇限制短路電流的電器設(shè)備。）選擇限制短路電流的電器設(shè)備。（4 4）研究短路對用戶工作的影響。）研究短路對用戶工作的影響。第一節(jié) 概述五五 短路電流計算的主要參數(shù)短路電流計算的主要參數(shù)（1 1）次暫態(tài)短路電流（有效值）。次暫態(tài)短路電流（有效值）。（2 2）短路電流最大值（瞬時值）短路電流最大值（瞬時值）。（3 3）短路電流最大有效值（有效值）。短路電流最大有效值（有效值）。（4 4）短路電流穩(wěn)態(tài)值（有效值）。短路電流穩(wěn)態(tài)值（有效值）。第一節(jié) 概述第二節(jié) 三相短路過渡過程分析一一 無限大容量三相短路分析無限大容量三相短路分析負(fù)負(fù)載載M其中：其中：短路時刻（短路時刻（t=0）前，供電回路的電壓電流方程為：前，供電回路的電壓電流方程為：為電源電壓初相角為電源電壓初相角為電源電壓角頻率為電源電壓角頻率第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析一一 無限大容量三相短路分析無限大容量三相短路分析當(dāng)在當(dāng)在t=0時刻，發(fā)生短路時刻，發(fā)生短路圖圖3-33-3無限大系統(tǒng)三相短路電路圖無限大系統(tǒng)三相短路電路圖圖圖3-4 3-4 無限大系統(tǒng)三相短路單相等值電路圖無限大系統(tǒng)三相短路單相等值電路圖負(fù)負(fù)載載KK從短路時刻（從短路時刻（t=0）開始，短路回路的電壓方程為：開始，短路回路的電壓方程為：M為電源電壓初相角為電源電壓初相角為電源電壓角頻率為電源電壓角頻率為短路回路的阻抗角，為短路回路的阻抗角，一一 無限大容量三相短路分析無限大容量三相短路分析求解上述微分方程，得到：求解上述微分方程，得到：其中：其中：由于感性電路在短路瞬間電流不能突變由于感性電路在短路瞬間電流不能突變 ，由此特征求解，由此特征求解A值：值：得：得：為短路電流周期分量幅值，為短路電流周期分量幅值，第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析：非周期分量衰減時間常數(shù)，：非周期分量衰減時間常數(shù)，一一 無限大容量三相短路分析無限大容量三相短路分析將將A帶入帶入 的表達(dá)式，得到短路后短路電流隨時間變化的表達(dá)式：的表達(dá)式，得到短路后短路電流隨時間變化的表達(dá)式：第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析決定非周期分量按指數(shù)規(guī)律衰減的快慢決定非周期分量按指數(shù)規(guī)律衰減的快慢短路發(fā)生在高壓電網(wǎng)時：短路發(fā)生在高壓電網(wǎng)時：短路發(fā)生在發(fā)電機附近時：短路發(fā)生在發(fā)電機附近時：二二 產(chǎn)生最大短路電流的條件產(chǎn)生最大短路電流的條件（1 1）線路近似于純感性（）線路近似于純感性（，）（2 2）當(dāng)發(fā)生短路瞬間，電壓瞬時值過零（）當(dāng)發(fā)生短路瞬間，電壓瞬時值過零（）（3 3）如短路前，線路空載（）如短路前，線路空載（）第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析二二 產(chǎn)生最大短路電流的條件產(chǎn)生最大短路電流的條件滿足上述三個條件的短路，稱為無載線路合閘嚴(yán)重短路滿足上述三個條件的短路，稱為無載線路合閘嚴(yán)重短路三個短路相電流分別為三個短路相電流分別為只有電壓瞬時值過零的那一相才有最大短路電流產(chǎn)生。第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析二二 產(chǎn)生最大短路電流的條件產(chǎn)生最大短路電流的條件三相短路時最嚴(yán)重相的電流波形圖三相短路時最嚴(yán)重相的電流波形圖第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析1 1、次暫態(tài)短路電流周期分量有效值次暫態(tài)短路電流周期分量有效值第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析2 2、短路電流沖擊值短路電流沖擊值 短路沖擊電流是短路全電流的瞬時最短路沖擊電流是短路全電流的瞬時最大值，出現(xiàn)在短路后半個周期位置，即大值，出現(xiàn)在短路后半個周期位置，即t t=0.01=0.01秒時刻。秒時刻。因為因為第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析其中：其中：第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析3 3、短路電流沖擊有效值短路電流沖擊有效值 短路沖擊電流有效值是短路后第一個周期的短路全電流有效短路沖擊電流有效值是短路后第一個周期的短路全電流有效值。值。第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析4 4、短路電流穩(wěn)態(tài)值短路電流穩(wěn)態(tài)值 短路穩(wěn)態(tài)電流有效值是短路電流非周期分量衰減完后的短短路穩(wěn)態(tài)電流有效值是短路電流非周期分量衰減完后的短路電流有效值，用路電流有效值，用 表示。表示。在無限大容量系統(tǒng)中，在無限大容量系統(tǒng)中，在有限大容量系統(tǒng)中，在有限大容量系統(tǒng)中，第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析主要指同步發(fā)電機及其附近發(fā)生三相突然短路不能當(dāng)作不能當(dāng)作“無限大無限大”系統(tǒng)的情況系統(tǒng)的情況1 1）發(fā)電機端點或端點附近發(fā)生短路；）發(fā)電機端點或端點附近發(fā)生短路；2 2）短路點雖離發(fā)電機較遠(yuǎn)，但發(fā)電機容量有限。）短路點雖離發(fā)電機較遠(yuǎn)，但發(fā)電機容量有限。表象原因：表象原因：有限容量電源系統(tǒng)，是和無限大容量電源系統(tǒng)相對而有限容量電源系統(tǒng)，是和無限大容量電源系統(tǒng)相對而言的。在這種系統(tǒng)中發(fā)生短路時，或因電源容量較小，或是短言的。在這種系統(tǒng)中發(fā)生短路時，或因電源容量較小，或是短路點靠近電源，這時路點靠近電源，這時電源的母線電壓不能繼續(xù)維持恒定電源的母線電壓不能繼續(xù)維持恒定電源的母線電壓不能繼續(xù)維持恒定電源的母線電壓不能繼續(xù)維持恒定。四四 有限容量電源供電系統(tǒng)三相短路分析有限容量電源供電系統(tǒng)三相短路分析第二節(jié)第二節(jié) 三相短路過渡過程分析三相短路過渡過程分析四四 有限容量電源供電系統(tǒng)三相短路分析有限容量電源供電系統(tǒng)三相短路分析v本質(zhì)原因：本質(zhì)原因：在以上地點發(fā)生三相突然短路時，由于短路電流所造成的強烈在以上地點發(fā)生三相突然短路時，由于短路電流所造成的強烈去電樞磁性去電樞磁性反應(yīng)，使反應(yīng)，使發(fā)電機端口電動勢和內(nèi)部電抗在短路的暫態(tài)過程中發(fā)生變化，相應(yīng)的短路