《牵引供电系统》-第五章-短路的计算.ppt

本章主要内容：1、三相对称短路的分析计算；2、三相不对称短路的分析计算；3、牵引供电系统短路的分析计算。,3,第5章短路的计算,5.1三相对称短路的分析计算,一、短路的基本概念1、短路的定义、类型及产生的一般原因(1)定义：不同电位导电部分之间的短接。其分为金属性短路和非金属性短路(有过渡电阻)。(2)类型：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路等。单相接地最常见，三相短路最不常见。(3)产生原因：自然灾害引起。因恶劣的工作环境而引起。因设备维护不善而引起。由于工作人员违章误操作而引起。,5.1三相对称短路的分析计算,2、短路的危害短路的热效应和电动效应。短路时，将严重危及用户电气设备的正常运行，造成产品报废及设备损坏。接地短路时，将引起不平衡电流。电力系统短路的最严重后果是引起系统解列。,5.1三相对称短路的分析计算,3、短路计算的假设条件所有发电机电势相角都相同，发电机间无交换电流。应用迭加原理。一般电气元件的电阻略去不计。但是，当短路发生在电缆线路或低压网络时，由于总电阻与总电抗之比值大于1/3，则应计及电阻。当计算短路电流非周期分量的衰减时间常数时，应计及电阻的影响。用阻抗的绝对值进行计算。,5.1三相对称短路的分析计算,接上页电压等级为330kV及以下输电线路的电容略去不计。变压器的激磁电流略去不计。电力系统是对称的三相系统。短路点没有任何阻抗。,5.1三相对称短路的分析计算,二、标么值及其应用1、标么值(1)定义：(2)标么值的表示符号其表示符号通常是在表示该量文字符号的右下角加标注“”号。,5.1三相对称短路的分析计算,(3)基准量的选择原则及方法习惯将电压和容量作为基准量，而和由下式导出:三相系统：单相系统：实用中，基准电压就取短路计算元件所在电路的电网平均电压(或称短路计算电压)，即。基准容量通常选取。,5.1三相对称短路的分析计算,(4)阻抗标么值的换算实际值与标么值的互换若已知实际电抗，选取了基准电压，基准容量为，则电抗标么值为：若已知标么电抗，选取了基准电压，基准容量为，则实际电抗为：,5.1三相对称短路的分析计算,选取不同基准值时，标么值的换算假定两组基准量分别为、和、，则两个对应的标么电抗和为:实用中，当取时，两组基准值中，,则J进一步简化为,5.1三相对称短路的分析计算,2、供电系统元件的阻抗及其标么值(1)输电线：(2)变压器：(3)同步发电机：(4)电抗器：,5.1三相对称短路的分析计算,三、三相短路的有关电气量计算,i,u,初相角为0度或180度，此时非周期分量电流幅值最大。,5.1三相对称短路的分析计算,1、短路电流周期分量有效值的计算无限大容量电源供电下，三相短路电流的周期分量电流幅值是不衰减的，都等于稳态时的值：考虑到无限大容量电源的电压恒定且内阻抗为0，取短路点处电网平均电压为，且(线相变换而得)，则短路电流周期分量有效值为,5.1三相对称短路的分析计算,2、冲击电流的计算短路电流可能出现的最大瞬时值，称为最大短路冲击电流，以ish表示其中，。当短路发生在一般高压网络中时,取，则当短路发生在单机容量为12MW以上的发电机母线和发电厂高压母线上时，取，则,5.1三相对称短路的分析计算,3、短路全电流最大有效值的计算短路电流可能出现的最大瞬时值，称为短路冲击电流有效值，以表示当短路发生在一般高压网络中时,取，则当短路发生在发电机母线时，取，则,5.1三相对称短路的分析计算,4、三相短路功率的计算三相短路时，任意时刻t的短路功率定义为若以标么值表示，取，则得另外，,5.2三相不对称短路的分析计算,一、对称分量法及其应用牵引供电系统短路主要是不对称短路。现学习对称分量法。1、对称分量法的基本概念对于三相系统，任意一组不对称的三相相量(电流、电压等)都可以分解为具有下列特性的3组对称分量.,5.2三相不对称短路的分析计算,(1)各序分量的表达式为(分解公式)为旋转算子，(2)每相相量是由正、负、零序3个分量组成(合成公式)：,5.2三相不对称短路的分析计算,(3)三相对称分量的相量恒有的关系正序分量：负序分量：零序分量,5.2三相不对称短路的分析计算,2、序分量独立性在三相参数相同的对称线性电路中，通以某一序的对称分量电流，只产生同一序分量的电压降。反过来，若施以三相某一序的对称分量电压，也只产生同一序的对称分量电流。这一特性称为三相对称电路的序分量独立性。根据对称电路的这一特性，就可以对正序、负序和零序分量进行计算，最后再作叠加。任一相序的对称分量电压和电流之间完全适合欧姆定律的关系,5.2三相不对称短路的分析计算,二、序网络的基本概念与构成应用对称分量法求解不对称短路，需将不对称系统分解为三组对称系统，再分析求解。表示各序对称三相系统的网络，分别称为正序、负序和零序网络。因为对称分量系统是三相对称的，因此序网络可用单相图表示。各序网络中，习惯上总认为短路点为首端，记以k，地点为末端，记以N。短路点处各序电压总是由首端指向末端。,5.2三相不对称短路的分析计算,三、正序等效定则1、正序等效定则三种不对称短路故障处的正序电流，都具有如下关系：任何不对称短路的正序电流，与同网络中在短路点每相加入一个附加电抗，而发生三相短路的电流相等。这个性质称为正序等效定则。,附加电抗,正序电抗,5.2三相不对称短路的分析计算,各种短路的附加电抗和电流比例系数,5.2三相不对称短路的分析计算,2、电流比例系数电流比例系数，是指任何不对称短路电流的绝对值与其正序分量电流的比值。即电流比例系数的值，由短路类型决定。,5.2三相不对称短路的分析计算,3、正序等效定则的应用利用正序等效定则求解不对称短路电流利用正序等效定则求解不对称短路电流的算法为：Step1：在每相中加入(串入)附加电抗，以将不对称短路简化为对称短路；Step2：按照对称短路计算方法，求解对称短路电流。Step3：将不对称短路的正序电流乘以电流比例系数。所求结果就是不对称短路电流。,5.2三相不对称短路的分析计算,4、不对称短路的实用计算方法当无限大容量系统供电的电网发生短路时，由于电源电势()，则正序电流为短路电流为：无限大容量系统不对称短路电流与对称短路电流类似，周期分量是不衰减的，即在任何时刻下均相等，即,5.2三相不对称短路的分析计算,续上页在应用复合序网法分析不对称短路时，基准相从原理上讲是可以任意选取的，但如果基准相选择不恰当，将无法构成复合序网，并给分析带来不便。基准相选择原则：总是选择三相中的特殊相作为基准相.例如：在单相接地短路中，发生接地相作为基准相;两相短路和两相短路接地时，非故障相为基准相。,5.2三相不对称短路的分析计算,4、短路电流的比较短路电流比较的本质：找出同一点发生不同类型短路时的最大短路电流值。各种类型的接地短路均与零序参数有关，因此通过加入中性点接地电抗可限制接地短路电流。这样，只需比较三相短路和两相短路电流即可。三相短路电流为两相短路电流为,5.2三相不对称短路的分析计算,在系统中，电源无内阻，即。因而有,5.3牵引供电系统短路的分析计算,牵引供电系统短路计算的说明包括牵引变电所短路分析和牵引网的短路分析。牵引网短路主要有：一臂接地短路、异相牵引母线短路和异相牵引母线短路接地。其中一臂接地短路发生机率最高.牵引网阻抗计算时，电阻不能忽略，且采用阻抗绝对值。牵引网不能向电力系统传输零序电流。即使主变压器原边中线上的零序电流保护装置，完全是电力系统的零序保护，和电气化铁路无关。,一、牵引变电所中牵引母线短路的分析计算1、三相牵引变电所三相牵引变电所的主变压器为标准组YNd11。其接线原理图和等效电路见下图。(正常工作时，属于单相接地),5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,三相变电所接线原理图,上图中，、为从变压器原边火线端以前电力系统的综合正序、负序电抗，为主变压器的电抗.由牵引侧出线端看，总的正序电抗、负序电抗应为:牵引母线短路前，系统是三相对称的，故可采用上述公式求取短路电流。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,(1)一臂母线接地短路下图中短路属于三相系统的两相短路接地。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,一臂母线接地短路,由于牵引侧为联接，无零序电流通道，相当于。针对计算短路电流而言，其复合序网与两相短路的复合序网完全一致的。因而常将一臂牵引母线接地短路按两相短路处理，且不会对短路电流计算的结果带来影响。根据两相短路的公式，得：,5.3牵引供电系统短路的分析计算,(2)异相牵引母线短路显然该短路是三相系统的两相短路，其短路电流计算公式与一臂母线接地短路完全相同，即短路电流的计算公式为,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,异相牵引母线短路,(3)异相牵引母线接地短路该短路属于三相系统的三相短路，因此其短路电流为：,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,异相牵引母线接地短路,2、单相V/V牵引变电所单相V/V接线变压器高压侧接电力系统，牵引侧公共接地，另外两端接至两供电臂的牵引母线。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,单相V/V变电所接线原理图,(1)一臂牵引母线接地短路由于牵引侧无零序电流，因而牵引侧接地与否对短路电流数值无影响，即求短路电流时不考虑接地。为方便计算短路电流，将发生短路臂的电抗XT平分，分别串在短路臂和接地相，并将短路点由k点移到点。由于另一臂未短路，无电流通过，加大或减小对其特性无任何影响，可将其减至。经过以上假设，就人为地构成了一个对短路电流而言等效的对称三相系统。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,变换后的电路图,等效电路图,(2)异相牵引母线短路由于接地相中无电流流过，增或减一个电抗并无影响，若在该相上假想接入一个电抗，也成为三相对称电路。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,变换后的电路图,(3)异相牵引母线接地短路这个短路无法化成对称电路的简单短路，要将原短路点处的边界条件转换为变电所高压侧的边界条件，然后用对称分量法求解。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,接线图,等效电路图,变换后的电路图,5.3牵引供电系统短路的分析计算,根据边界条件并应用对称分量法，得,因此，最严重故障相的短路电流为：,5.3牵引供电系统短路的分析计算,若，则短路电流的绝对值为：,3、三相-两相牵引变电所（Scott）三相-两相变压器的特性相同，且得到的各种结论也相同。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,当只考虑系统电抗且只讨论牵引母线短路时，上式可简化为,5.3牵引供电系统短路的分析计算,(1)一臂牵引母线接地短路假设相母线接地短路，其边界条件为,5.3牵引供电系统短路的分析计算,代入上式，并解得,短路电流的绝对值为,(2)异相牵引母线短路异相牵引母线短路时的边界条件为,5.3牵引供电系统短路的分析计算,短路电流为,短路电流的绝对值为,(3)异相牵引母线接地短路异相牵引母线接地短路时的边界条件为,5.3牵引供电系统短路的分析计算,短路电流为,短路电流的绝对值为,由于零序电流为0，对称的原边三相电流为,5.3牵引供电系统短路的分析计算,由于Scott变压器等效三相星形电抗是单相电抗的一半，因而从那一侧看，其短路电压百分比都相等。单相电抗在牵引侧的有名值为,每相电抗,系统电抗,牵引变压器在ABC系统中的电抗,5.3牵引供电系统短路的分析计算,牵引变电所牵引侧短路电流计算公式汇总,二、牵引网短路类型及计算方法牵引网发生短路的几率较高，常见的是一臂牵引网接地短路，少量的是双线牵引网短路接地。牵引网短路时，每相牵引网的阻抗可以化为一个等效短路阻抗。单相和三相两相牵引变电所供电。方法：用牵引供电系统的总阻抗()代替短路电流计算公式中的变压器电抗。三相牵引变电所供电。方法：把变压器电抗看成电力系统的附加部分，以牵引网阻抗代替单相变压器阻抗，应用单相变电所的短路电流算式，就可得到三相变电所的牵引网短路电流计算公式。,5.3牵引供电系统短路的分析计算,5.3牵引供电系统短路的分析计算,牵引网短路电流计算公式,是每条线路牵引网的阻抗。,1、什么叫短路？短路故障产生的原因有哪些？2、短路的危害有哪些？3、短路的形式有哪些？牵引供电系统中哪种短路形式的几率最大？哪些短路的危害最为严重？4、什么叫无限大容量系统？它有什么特点？5、什么是短路冲击电流？6、什么叫短路电流的电动效应？应该采用哪一个短路电流来计算？,课后作业,7、什么叫正序等效定则？8、某牵引变电所采用Vv接线，电力系统的电抗=0.689(Sd=100MVA)，两台单相变压器各为20MVA，Uk%=10.5。试求牵引母线接地短路和异相牵引母线短路时的电流值。,课后作业,