1、项目六项目六 船舶电网短路计算方法船舶电网短路计算方法 任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识 任务任务6.3 短路点选择短路点选择 任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算法船舶电力系统短路电流常用算法 任务任务6.5 船舶电力系统短路电流参考计算方法船舶电力系统短路电流参考计算方法任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 通常所说的船舶电力系统的短路，是指电机、电器和电缆的绝缘老化，通常所说的船舶电力系统的短路，是指电机、电器和电缆的绝缘老化，或受机械损伤，或带电部分发生异常接触等原因造成的短路。短路时或受机械损伤，或带电部分发
2、生异常接触等原因造成的短路。短路时故障点通过很大的电流，这是与正常状态下产生的过载完全不同的危故障点通过很大的电流，这是与正常状态下产生的过载完全不同的危险状态。电力系统在发生短路故障时，系统的总阻抗减小，各支路的险状态。电力系统在发生短路故障时，系统的总阻抗减小，各支路的电流也比正常情况下增大很多倍，而系统内各点的电压也将下降很多，电流也比正常情况下增大很多倍，而系统内各点的电压也将下降很多，在故障点附近更为严重。在故障点附近更为严重。当短路发生时，短路阻抗是由电弧的电阻和短路电流从一相至另一相当短路发生时，短路阻抗是由电弧的电阻和短路电流从一相至另一相或者从一相到地所经过的元件的阻抗所组成
3、的。想要计算这种阻抗是或者从一相到地所经过的元件的阻抗所组成的。想要计算这种阻抗是不可能的，因为电弧电阻是随电流的大小和电弧的长短变化的，而且不可能的，因为电弧电阻是随电流的大小和电弧的长短变化的，而且变化的范围很大，很难估计。但在某些情况下，该阻抗的数值可能很变化的范围很大，很难估计。但在某些情况下，该阻抗的数值可能很小，实际上可以忽略不计，这种短路称为小，实际上可以忽略不计，这种短路称为“金属性短路金属性短路”。在船舶电力系统实际运行中，短路故障是难以避免的，对于战斗的舰在船舶电力系统实际运行中，短路故障是难以避免的，对于战斗的舰艇尤其如此，因此短路电流计算是船舶电站设计的重要内容之一，很
4、艇尤其如此，因此短路电流计算是船舶电站设计的重要内容之一，很多国家的船舶规范明确提出，需要提交短路电流计算书。多国家的船舶规范明确提出，需要提交短路电流计算书。下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 船舶电力系统电网独立运行，功率储备不大、线路比较短、升压和降船舶电力系统电网独立运行，功率储备不大、线路比较短、升压和降压环节较少或没有，因而同等容量的船舶电力系统与陆上电力系统相压环节较少或没有，因而同等容量的船舶电力系统与陆上电力系统相比，短路电流偏大。究其原因，包括以下几个方面：比，短路电流偏大。究其原因，包括以下几个方面：（1）船舶电力系统电压等级较低，绝大多数负载开关都是直接
5、由发船舶电力系统电压等级较低，绝大多数负载开关都是直接由发电机供电，供电线路中缺少能有效抑制短路电流的变压器。电机供电，供电线路中缺少能有效抑制短路电流的变压器。（2）发电机与各配电板和各配电开关距离比较近，线路阻抗小，对发电机与各配电板和各配电开关距离比较近，线路阻抗小，对短路电流抑制能力较差。短路电流抑制能力较差。上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述（3）电网功率不大，相对发电机容量而言，某些电动机的容量比较电网功率不大，相对发电机容量而言，某些电动机的容量比较大，甚至接近于单台发电机的容量，为了追求良好的动态性能，在船大，甚至接近于单台发电机的容量，为了追求良好的动
6、态性能，在船用发电机的设计中，必须进一步强化阻尼绕组的作用，但这样做将使用发电机的设计中，必须进一步强化阻尼绕组的作用，但这样做将使发电机馈送短路电流的能力进一步增强。发电机馈送短路电流的能力进一步增强。在船舶电力网络设计中，设计师非常关注短路电流的大小以及开关设在船舶电力网络设计中，设计师非常关注短路电流的大小以及开关设备的分断能力。船舶科技进步日新月异，自动化程度也越来越高，所备的分断能力。船舶科技进步日新月异，自动化程度也越来越高，所使用的电气设备也越来越多，船舶电站的容量也随之不断增大，船舶使用的电气设备也越来越多，船舶电站的容量也随之不断增大，船舶电站容量与船舶吨位之比不断上升，某些
7、大型船舶的电站总容量甚至电站容量与船舶吨位之比不断上升，某些大型船舶的电站总容量甚至达到数万千瓦。船舶电力网中的短路电流也随船舶电站的容量不断上达到数万千瓦。船舶电力网中的短路电流也随船舶电站的容量不断上升。很多比较大的船舶电力系统的短路电流已经超过了升。很多比较大的船舶电力系统的短路电流已经超过了 75 kA，甚至，甚至还有一些特殊船舶的短路电流己经超过了还有一些特殊船舶的短路电流己经超过了100 kA。当短路电流超过。当短路电流超过75 kA 后，船舶电力系统对于配电开关的分断能力要求已经相当高，后，船舶电力系统对于配电开关的分断能力要求已经相当高，设计师不得不寻找一些具有高分断能力的船用
8、开关进行配电设计；当设计师不得不寻找一些具有高分断能力的船用开关进行配电设计；当短路电流超过短路电流超过100 kA后，寻找高分断能力船用开关也变得相当困难。后，寻找高分断能力船用开关也变得相当困难。上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 这是由于船用开关的体积不可能太大，让自动开关可靠地分断很大的这是由于船用开关的体积不可能太大，让自动开关可靠地分断很大的短路电流必然需要更加复杂的机构，使开关尺寸和质量增大，价格升短路电流必然需要更加复杂的机构，使开关尺寸和质量增大，价格升高，大量使用高分断能力的自动开关的费用是相当可观的，而开关的高，大量使用高分断能力的自动开关的费用是
9、相当可观的，而开关的分断能力不可能无限地提高，短路电流过大时可能找不到合适的开关，分断能力不可能无限地提高，短路电流过大时可能找不到合适的开关，只能改变船舶电力网的结构，牺牲某些性能。只能改变船舶电力网的结构，牺牲某些性能。综上所述，船舶工业在不断发展，船舶的吨位也不断上升，随之而来综上所述，船舶工业在不断发展，船舶的吨位也不断上升，随之而来的不断增大的短路电流给船舶设计、使用带来很大的压力和影响。减的不断增大的短路电流给船舶设计、使用带来很大的压力和影响。减小船舶电力系统的短路电流成为目前船舶电气设计中必须面临的课题。小船舶电力系统的短路电流成为目前船舶电气设计中必须面临的课题。降低船舶短路
10、电流最简单的办法是使各电源不并联工作，或增加变压降低船舶短路电流最简单的办法是使各电源不并联工作，或增加变压器阻抗，这样可以增大短路电路的阻抗从而减小短路电流。具体地说，器阻抗，这样可以增大短路电路的阻抗从而减小短路电流。具体地说，有以下几种常用的方法：有以下几种常用的方法：上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述（1）提高船舶电力网的电压。提高船舶电力网的电压。功率不变的情况下，提高船舶电力网的电压可以有效地减小电流，进功率不变的情况下，提高船舶电力网的电压可以有效地减小电流，进而在短路故障时可以降低短路电流。升高船舶电力系统的电压等级还而在短路故障时可以降低短路电流。升高
11、船舶电力系统的电压等级还可以一定程度的提高发电机的容量，减少发电机数量。但是，随着电可以一定程度的提高发电机的容量，减少发电机数量。但是，随着电压的升高必须加强导电部分的绝缘和消弧措施，大多数船用设备都采压的升高必须加强导电部分的绝缘和消弧措施，大多数船用设备都采用标准电压，采用中、高压系统必须增设降压变压器，从而提高了成用标准电压，采用中、高压系统必须增设降压变压器，从而提高了成本，也给电力系统设计带来新的压力，所以目前这种方法在船舶上应本，也给电力系统设计带来新的压力，所以目前这种方法在船舶上应用并不广泛。用并不广泛。（2）在电力线路上使用串联感应电抗。在电力线路上使用串联感应电抗。这种方
12、法的原理是人为增加短路电路阻抗来降低、限制短路电流。其这种方法的原理是人为增加短路电路阻抗来降低、限制短路电流。其缺点是设备体积庞大，投资费用和操作费用高。通常为一个或少数几缺点是设备体积庞大，投资费用和操作费用高。通常为一个或少数几个断路器的经济性而加装电抗器来限制短路电流是不恰当的。因为加个断路器的经济性而加装电抗器来限制短路电流是不恰当的。因为加装电抗器所增加的投资往往比一个或少数几个断路器改用高短路分断装电抗器所增加的投资往往比一个或少数几个断路器改用高短路分断能力所耗的投资还要大。能力所耗的投资还要大。上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述（3）多电站分区供电。多
13、电站分区供电。船舶采用多电站分区供电的方法，将电力网分为相互独立的几个部分，船舶采用多电站分区供电的方法，将电力网分为相互独立的几个部分，每个部分由相应的发电机供电。虽然这种方法是切实有效的，但是同每个部分由相应的发电机供电。虽然这种方法是切实有效的，但是同时大大降低了电力网的可靠性，而且日常使用也相当不方便，必须增时大大降低了电力网的可靠性，而且日常使用也相当不方便，必须增加一些冗余线路和联锁设备。对于追求经济性和可靠性的船舶来说，加一些冗余线路和联锁设备。对于追求经济性和可靠性的船舶来说，这种方法也不可取。这种方法也不可取。（4）使用高阻抗发电机。使用高阻抗发电机。所谓高阻抗发电机就是指发
14、电机的直轴电抗、直轴瞬变电抗和直轴超所谓高阻抗发电机就是指发电机的直轴电抗、直轴瞬变电抗和直轴超瞬变电抗比较大，也就是发电机阻尼绕组的作用比较弱。这样的发电瞬变电抗比较大，也就是发电机阻尼绕组的作用比较弱。这样的发电机短路电流将显著降低，但同时也导致发电机的动态稳定性降低，抗机短路电流将显著降低，但同时也导致发电机的动态稳定性降低，抗突加或突减负载的能力下降。突加或突减负载的能力下降。上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 由于小型船舶电网的单个负载容量相对于电网的容量来说往往比较大，由于小型船舶电网的单个负载容量相对于电网的容量来说往往比较大，必须有较好的动态稳定性，而一
15、般的中大型船舶电网中，单个负载容必须有较好的动态稳定性，而一般的中大型船舶电网中，单个负载容量相对于电网的容量来说并不大，冲击负载对电网的影响已不再像小量相对于电网的容量来说并不大，冲击负载对电网的影响已不再像小电网那样突出，因此可以通过适当减弱阻尼绕组的作用来牺牲一些单电网那样突出，因此可以通过适当减弱阻尼绕组的作用来牺牲一些单台发电机的动态稳定性能，从而降低整个电网的短路电流。台发电机的动态稳定性能，从而降低整个电网的短路电流。此外，还有在电力线路上使用串联有常闭和并联有旁路开关的限流电此外，还有在电力线路上使用串联有常闭和并联有旁路开关的限流电阻和采用快速熔断的熔断器等方法，这里不再详述
16、。阻和采用快速熔断的熔断器等方法，这里不再详述。上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 由于船舶电力系统与陆上高压电力系统电压等级及环境条件不同，两由于船舶电力系统与陆上高压电力系统电压等级及环境条件不同，两者有很大差别，这决定了船舶电力系统的短路电流计算具有某些特点。者有很大差别，这决定了船舶电力系统的短路电流计算具有某些特点。船舶电站与陆上电站相比，前者可以看作是一个流动的电站，一般都船舶电站与陆上电站相比，前者可以看作是一个流动的电站，一般都以发电机作为主电源。电网内负载的种类很多，但其主要负载是感应以发电机作为主电源。电网内负载的种类很多，但其主要负载是感应电动机，
17、且在船舶电力系统中，电动机的容量与发电机容量可相比拟，电动机，且在船舶电力系统中，电动机的容量与发电机容量可相比拟，这与陆上电站大不相同。当船舶电力系统短路时，虽然电源不再供电这与陆上电站大不相同。当船舶电力系统短路时，虽然电源不再供电给感应电动机，但旋转机械没有立即停止，由于惯性的作用，感应电给感应电动机，但旋转机械没有立即停止，由于惯性的作用，感应电动机继续旋转，此时与转子导体交链的磁通不能立即消失，这就出现动机继续旋转，此时与转子导体交链的磁通不能立即消失，这就出现感应电动机产生感应电势向短路系统供电的情况。所以在计算短路电感应电动机产生感应电势向短路系统供电的情况。所以在计算短路电流时
18、，不能忽视感应电动机的影响，也可以说感应电动机也是短路电流时，不能忽视感应电动机的影响，也可以说感应电动机也是短路电流的供给源。流的供给源。船舶电力系统的另一特点是：与陆上高压系统相比，其电压低得很多，船舶电力系统的另一特点是：与陆上高压系统相比，其电压低得很多，故外电路的阻抗对短路电流影响很大。因此，在计算短路电流时，对故外电路的阻抗对短路电流影响很大。因此，在计算短路电流时，对外电路的阻抗应予以适当的重视。外电路的阻抗应予以适当的重视。上一页 下一页返回任务任务6.1 短路电流概述短路电流概述 在船舶电力系统设计时，精确地推算电网中各点的短路电流值大小，在船舶电力系统设计时，精确地推算电网
19、中各点的短路电流值大小，可以合理地选择配电方式和保护装置，以保证电力系统发生短路时，可以合理地选择配电方式和保护装置，以保证电力系统发生短路时，能快速有效地切断短路故障，使系统与短路故障点断开，防止故障处能快速有效地切断短路故障，使系统与短路故障点断开，防止故障处发生火灾和避免损坏设备，把短路破坏限制在最小的限度。对船舶电发生火灾和避免损坏设备，把短路破坏限制在最小的限度。对船舶电力系统设计而言，计算短路电流主要有两方面目的：一个是在船舶电力系统设计而言，计算短路电流主要有两方面目的：一个是在船舶电力系统设计初期，估算出短路电流，提供数据作为电气设备选型的重力系统设计初期，估算出短路电流，提供
20、数据作为电气设备选型的重要依据，也给电网设计提供重要数据；另一方面是电力系统确定之后，要依据，也给电网设计提供重要数据；另一方面是电力系统确定之后，计算短路电流可以校验所选电力设备的热稳定性和电动力稳定性以及计算短路电流可以校验所选电力设备的热稳定性和电动力稳定性以及开关的通断能力。由此看来，合理地计算出船舶电力系统的短路电流开关的通断能力。由此看来，合理地计算出船舶电力系统的短路电流确实具有十分重大的意义。确实具有十分重大的意义。上一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识船舶电网运行可分为两个状态，即稳定工作状态和瞬态工作状态。当船舶电网运行可分为两个状态，即稳定工作
21、状态和瞬态工作状态。当电网中的负载保持恒定不变时，我们认为系统处于稳定状态，此时，电网中的负载保持恒定不变时，我们认为系统处于稳定状态，此时，电压、电流等值均保持不变，其值与负载阻抗有关。当电网总负载发电压、电流等值均保持不变，其值与负载阻抗有关。当电网总负载发生突变时，其他如电压、电流等值均随之而变化，当负载中含有感性生突变时，其他如电压、电流等值均随之而变化，当负载中含有感性负载和容性负载时，这些参数要经过一段时间之后才能达到新的稳定负载和容性负载时，这些参数要经过一段时间之后才能达到新的稳定值，这时系统便又处于新的稳定工作状态。系统从一个稳定状态过渡值，这时系统便又处于新的稳定工作状态。
22、系统从一个稳定状态过渡到另一个新的稳定工作状态的中间过程，称为过渡过程或瞬态过程。到另一个新的稳定工作状态的中间过程，称为过渡过程或瞬态过程。船舶电力系统发生短路时，同步发电机在瞬态时产生的过渡过程十分船舶电力系统发生短路时，同步发电机在瞬态时产生的过渡过程十分复杂，需给出一个研究问题的前提假设，确保能比较简单的对这个过复杂，需给出一个研究问题的前提假设，确保能比较简单的对这个过程进行研究，假设内容如下：为了对短路时的一些概念有一个比较明程进行研究，假设内容如下：为了对短路时的一些概念有一个比较明确的了解，我们假定发电机的功率非常大，以致在电网中发生短路电确的了解，我们假定发电机的功率非常大，
23、以致在电网中发生短路电流的时候，其端电压不变。流的时候，其端电压不变。下一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识假设船舶电站的负载主要是感性负载，则船舶电力系统可以看作简单假设船舶电站的负载主要是感性负载，则船舶电力系统可以看作简单的三相交流电路来研究。为了了解简单三相交流电路的瞬态过程的有的三相交流电路来研究。为了了解简单三相交流电路的瞬态过程的有关概念，假设电力系统三相交流电路是对称的，而且暂时不考虑发电关概念，假设电力系统三相交流电路是对称的，而且暂时不考虑发电机内部的瞬态过程。有了这个假设，则短路后的三相电路仍然可以看机内部的瞬态过程。有了这个假设，则短路后的三
24、相电路仍然可以看作是对称的。由于电力系统中三相交流电路的相电流可以视为对称的，作是对称的。由于电力系统中三相交流电路的相电流可以视为对称的，任意两相之间仅差任意两相之间仅差120相位角，所以其中一相的瞬态过程的电流、相位角，所以其中一相的瞬态过程的电流、电压的变化规律就可以说明三相交流的电流、电压的变化规律。研究电压的变化规律就可以说明三相交流的电流、电压的变化规律。研究从最简单的正弦交流从最简单的正弦交流R L电路开始，如电路开始，如图图6.1 所示。所示。由图由图6.1 可见，这是一个由电感、电阻和电动势组成的简单电路，其可见，这是一个由电感、电阻和电动势组成的简单电路，其瞬态过程可以用方
25、程式表示如下：瞬态过程可以用方程式表示如下：上一页 下一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识因为因为e(t)=2Esin(t+)，所以可以求出式（所以可以求出式（61）的通解，再根据）的通解，再根据初始条件初始条件t=0时，时，i(t)=0，可求得，可求得i(t)的特解为的特解为式中，式中，为短路瞬时的电压相位角；为短路瞬时的电压相位角；为短路电路的功率因数；为短路电路的功率因数；为短路瞬时的电流相位角。从式（为短路瞬时的电流相位角。从式（62）中我们可以看出，短路电流）中我们可以看出，短路电流由两部分组成，即周期分量和非周期分量。周期分量随时间而衰减，由两部分组成，
26、即周期分量和非周期分量。周期分量随时间而衰减，周期分量与非周期分量的合成电流就是非对称短路电流。在计算短路周期分量与非周期分量的合成电流就是非对称短路电流。在计算短路电流的时候，一般分别计算短路电流的周期分量（即交流分量）和非电流的时候，一般分别计算短路电流的周期分量（即交流分量）和非周期分量（即直流分量），再将两者合成得到总的短路电流。周期分量（即直流分量），再将两者合成得到总的短路电流。一般在计算船舶电力系统中某一点的短路电流时，把该点的短路电流一般在计算船舶电力系统中某一点的短路电流时，把该点的短路电流分为两部分：同步发电机馈送的短路电流和电动机作为发电机运行时分为两部分：同步发电机馈送
27、的短路电流和电动机作为发电机运行时馈送的短路电流。对短路点的最大短路电流影响较大的还是同步发电馈送的短路电流。对短路点的最大短路电流影响较大的还是同步发电机馈送的短路电流。机馈送的短路电流。上一页 下一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识1.交流发电机提供的短路电流交流发电机提供的短路电流发电机是船舶电力系统中短路电流的主要供给源，发电机定子、转子发电机是船舶电力系统中短路电流的主要供给源，发电机定子、转子的饱和以及整流器的非线性等诸多原因使发电机的短路电流计算变得的饱和以及整流器的非线性等诸多原因使发电机的短路电流计算变得十分复杂，无法简单地给出准确的解析式，常用的
28、计算式都是经过某十分复杂，无法简单地给出准确的解析式，常用的计算式都是经过某些假设的近似解析计算。根据有关的试验数据，在发电机发生线间短些假设的近似解析计算。根据有关的试验数据，在发电机发生线间短路时，其冲击短路电流比三相短路时冲击短路电流小路时，其冲击短路电流比三相短路时冲击短路电流小10%15%，线，线间稳态短路电流近似为三相稳态短路电流的间稳态短路电流近似为三相稳态短路电流的90%110%。发电机中。发电机中性点接地时单相接地短路电流可以近似地认为等于三相短路电流。可性点接地时单相接地短路电流可以近似地认为等于三相短路电流。可见，当计算发电机的短路电流只为了选择合适的保护装置时，仅求得见
29、，当计算发电机的短路电流只为了选择合适的保护装置时，仅求得三相短路电流就足够了。因此，我们将重点研究三相短路的有关问题。三相短路电流就足够了。因此，我们将重点研究三相短路的有关问题。上一页 下一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识在发电机出线端发生三相突然短路时，在短路的瞬间，直流补偿瞬态在发电机出线端发生三相突然短路时，在短路的瞬间，直流补偿瞬态电流限制磁场的急剧变化，仅漏抗限制短路电流，超瞬态电流非常大。电流限制磁场的急剧变化，仅漏抗限制短路电流，超瞬态电流非常大。随着直流补偿电流的衰减，短路电流逐渐减小，最后变成稳态短路电随着直流补偿电流的衰减，短路电流逐渐减小
30、，最后变成稳态短路电流。由于发电机的电枢电阻比漏抗小得多，所以计算阻抗时，一般忽流。由于发电机的电枢电阻比漏抗小得多，所以计算阻抗时，一般忽略电枢电阻，仅考虑表示直流补偿电流衰减程度的电枢时间常数。发略电枢电阻，仅考虑表示直流补偿电流衰减程度的电枢时间常数。发电机在负载情况下发生短路与空载情况下发生短路其短路电流大小是电机在负载情况下发生短路与空载情况下发生短路其短路电流大小是不一样的，因为在负载状态下发生短路时，负载电流不一样的，因为在负载状态下发生短路时，负载电流 I L的存在使励的存在使励磁电流变大，比空载时大出来的这部分励磁电流磁电流变大，比空载时大出来的这部分励磁电流 I d用来补偿
31、短路用来补偿短路时电枢内产生的电枢反应电压降和漏电抗压降时电枢内产生的电枢反应电压降和漏电抗压降IL i Xd，换种说法就是，换种说法就是，多出来的这部分励磁电流多出来的这部分励磁电流 I d 产生内部感应电动势产生内部感应电动势 E d 而补偿了内阻而补偿了内阻抗抗 Z d 产生的电压降。十分明显，产生的电压降。十分明显，E d 在负载时是不存在的，仅在短在负载时是不存在的，仅在短路时起作用，所以负载时的励磁电流为路时起作用，所以负载时的励磁电流为(I d0+I d)，导致负载时感应，导致负载时感应的相电压比空载时大。的相电压比空载时大。上一页 下一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识
32、短路电流计算基础知识2.电动机提供的电流电动机提供的电流当船舶电力系统发生短路时，不仅发电机是短路电流的供给源，正在当船舶电力系统发生短路时，不仅发电机是短路电流的供给源，正在运行中的电动机也是短路电流很大的供给源。因为在短路发生瞬间，运行中的电动机也是短路电流很大的供给源。因为在短路发生瞬间，电动机由于惯性的作用仍然保持转动，同时和转子导体相交链的磁通电动机由于惯性的作用仍然保持转动，同时和转子导体相交链的磁通也没有立即消失，这样转子在内部做切割磁力线运动，将产生三相电也没有立即消失，这样转子在内部做切割磁力线运动，将产生三相电势。我们可以认为是由于三相电势的存在而向短路系统供电。利用已势。
33、我们可以认为是由于三相电势的存在而向短路系统供电。利用已有的公式来描述感应电动机馈送的短路电流的大小和特性是十分复杂有的公式来描述感应电动机馈送的短路电流的大小和特性是十分复杂的，在长期的工程试验和理论研究后，国际上已经产生了很多实用的的，在长期的工程试验和理论研究后，国际上已经产生了很多实用的计算公式，当然这些公式都是一定程度的近似计算，目前采用的计算计算公式，当然这些公式都是一定程度的近似计算，目前采用的计算公式大都是将馈电线阻抗作为简单串联电路，这种计算不够精确，必公式大都是将馈电线阻抗作为简单串联电路，这种计算不够精确，必然导致一定误差。然导致一定误差。上一页 下一页返回任务任务6.2
34、 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识常用的传统的计算船舶交流电力系统中感应电动机的短路电流的计算常用的传统的计算船舶交流电力系统中感应电动机的短路电流的计算方法有三种：方法有三种：（1）根据感应电动机额定电流计算短路电流。根据感应电动机额定电流计算短路电流。IEC 算法计算电动机部分短路电流就用这种算法，详细内容待后面介算法计算电动机部分短路电流就用这种算法，详细内容待后面介绍。绍。（2）根据感应电动机阻抗计算短路电流。根据感应电动机阻抗计算短路电流。这种计算方法的要点是：先求出感应电动机的堵转阻抗和馈电线阻抗这种计算方法的要点是：先求出感应电动机的堵转阻抗和馈电线阻抗的合成值，然后利用
35、该阻抗计算短路电流。因此，在已知电动机阻抗的合成值，然后利用该阻抗计算短路电流。因此，在已知电动机阻抗的条件下，采用这种方法比较简单，且该方法把短路后的条件下，采用这种方法比较简单，且该方法把短路后1/2 周期内的周期内的短路电流看作是不衰减的。堵转阻抗可以用感应电动机堵转试验得到短路电流看作是不衰减的。堵转阻抗可以用感应电动机堵转试验得到的漏抗和绕组电阻求得。的漏抗和绕组电阻求得。上一页 下一页返回任务任务6.2 短路电流计算基础知识短路电流计算基础知识（3）考虑短路电流衰减的计算公式。考虑短路电流衰减的计算公式。短路电流的周期分量和非周期分量都是随时间衰减的，该算法就是在短路电流的周期分量
36、和非周期分量都是随时间衰减的，该算法就是在计算电动机馈送的短路电流时也考虑其周期分量和非周期分量的衰减，计算电动机馈送的短路电流时也考虑其周期分量和非周期分量的衰减，公式如下：公式如下：上一页返回任务任务6.3 短路点选择短路点选择1.就近原则就近原则在在图图6.2 中中 F 1、F 5 点处主汇流排附近发生的短路是首先要关心的问点处主汇流排附近发生的短路是首先要关心的问题，故把短路点选择在题，故把短路点选择在F 1 和和 F 5 两点，而非两点，而非 F 1和和 F 5 两点处。短两点处。短路点选择路点选择 F 1 点是因为此时流经开关点是因为此时流经开关CB1处的是其他两台发电机提供处的是
37、其他两台发电机提供的电流，反之，如选择的电流，反之，如选择F 1 点则不能对短路电流产生的影响做出有意点则不能对短路电流产生的影响做出有意义的分析。因为要选择尽可能靠近义的分析。因为要选择尽可能靠近G1 发电机的短路点，所以常被称发电机的短路点，所以常被称为就近原则。为就近原则。下一页返回任务任务6.3 短路点选择短路点选择2.最大原则最大原则短路故障对电力系统所产生的损害可能是很大的，必须做最坏的打算。短路故障对电力系统所产生的损害可能是很大的，必须做最坏的打算。比如比如图图6.2 中中 F 2、F 6 点，当考虑由主汇流排引出线路上的电气设备点，当考虑由主汇流排引出线路上的电气设备发生短路
38、时，应选择距汇流排最近的点处设置短路点，这是因为此处发生短路时，应选择距汇流排最近的点处设置短路点，这是因为此处电阻最小，故电流最大，对系统及设备可能造成的冲击也最大。电阻最小，故电流最大，对系统及设备可能造成的冲击也最大。3.优先原则优先原则各用电设备也是最值得关注的地方之一。用电设备，特别是在特殊工各用电设备也是最值得关注的地方之一。用电设备，特别是在特殊工况下，如战斗工况下的正常使用显得尤为重要。将用电设备附近作为况下，如战斗工况下的正常使用显得尤为重要。将用电设备附近作为短路点是不容忽视的选择，如图短路点是不容忽视的选择，如图6.2 中中 F 4、F 8点，不但要更大限度点，不但要更大
39、限度地计算出短路电流，而且要估计出其对其他用电设备的影响。地计算出短路电流，而且要估计出其对其他用电设备的影响。短路点选择时要综合考虑各方面因素，合理选择短路点对于电力系统短路点选择时要综合考虑各方面因素，合理选择短路点对于电力系统相关参数的获取及电气设备的校验都有很大帮助。相关参数的获取及电气设备的校验都有很大帮助。上一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法 6.4.1 各种常用方法比较各种常用方法比较短路电流计算结果的准确性直接影响到开关的选型和继电保护仿真结短路电流计算结果的准确性直接影响到开关的选型和继电保护仿真结果的合理性等。因为船舶电力系统的
40、短路电流计算方法有很多种，不果的合理性等。因为船舶电力系统的短路电流计算方法有很多种，不同算法的计算目的不同，因此存在着计算方法的选择和使用的问题。同算法的计算目的不同，因此存在着计算方法的选择和使用的问题。目前常用的故障电流计算方法包括目前常用的故障电流计算方法包括IEC 计算法、美国海军标准计算法、计算法、美国海军标准计算法、劳氏船级社简易计算法、日本电气协同研究会精密计算法、等效发电劳氏船级社简易计算法、日本电气协同研究会精密计算法、等效发电机计算法、阻抗百分比计算法、图解计算法、国内比较广泛采用的国机计算法、阻抗百分比计算法、图解计算法、国内比较广泛采用的国标（标（GB 3321198
41、2）计算法和国军标（）计算法和国军标（GJB 1731986）计算法）计算法等。这些计算方法可以用来计算船舶电力系统中各处的短路电流，其等。这些计算方法可以用来计算船舶电力系统中各处的短路电流，其计算目的主要是为了获得短路电流的有效值和峰值数据，不要求计算计算目的主要是为了获得短路电流的有效值和峰值数据，不要求计算短路电流的波形曲线，每种计算方法都做了一些忽略次要因素的假设，短路电流的波形曲线，每种计算方法都做了一些忽略次要因素的假设，计算结果也不尽相同。计算结果也不尽相同。表表6.1、表表6.2 所示为短路电流计算方法比较。所示为短路电流计算方法比较。下一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短
42、路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法除以上计算方法外也有学者在讨论船舶电力系统同步发电机参数与短除以上计算方法外也有学者在讨论船舶电力系统同步发电机参数与短路电流的关系时，为了避免过大的误差，直接分析单台发电机接线端路电流的关系时，为了避免过大的误差，直接分析单台发电机接线端的三相突然短路。这是因为，在船舶电力系统发生短路时，发电机的的三相突然短路。这是因为，在船舶电力系统发生短路时，发电机的参数和电力网的结构对短路点的最大短路电流起决定作用。计算船舶参数和电力网的结构对短路点的最大短路电流起决定作用。计算船舶电力系统任意短路点时，发电机馈送的短路电流的大小与发电机接线电力系统任意短路点
43、时，发电机馈送的短路电流的大小与发电机接线端的短路电流的大小关系紧密，两者的区别仅在于前者还包含了电力端的短路电流的大小关系紧密，两者的区别仅在于前者还包含了电力系统线路阻抗的影响，两者的变化规律基本相同。分析单台发电机接系统线路阻抗的影响，两者的变化规律基本相同。分析单台发电机接线端的三相突然短路具有代表性。线端的三相突然短路具有代表性。下面具体介绍应用较多的下面具体介绍应用较多的IEC 方法和方法和GJB 1731986 算法。算法。上一页 下一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法 6.4.2 IEC 法法在在IEC 第第363 号出版物中，详细说
44、明了计算船舶电力系统短路电流的号出版物中，详细说明了计算船舶电力系统短路电流的方法，该出版物规定：对于交流系统的最大短路电流的计算，在故障方法，该出版物规定：对于交流系统的最大短路电流的计算，在故障点极为接近主配电板汇流排的情况下，短路阻抗一般可以假定与接入点极为接近主配电板汇流排的情况下，短路阻抗一般可以假定与接入系统的运行电机的电抗相同，而将其电阻忽略不计。但是，当计算短系统的运行电机的电抗相同，而将其电阻忽略不计。但是，当计算短路功率因数时，必须计入故障影响所及的电路的电阻。也就是说，必路功率因数时，必须计入故障影响所及的电路的电阻。也就是说，必须计入电机以及串接的任何电路元件的电阻。须
45、计入电机以及串接的任何电路元件的电阻。1.发电机短路电流发电机短路电流发电机空载短路时，次瞬态短路电流为发电机空载短路时，次瞬态短路电流为上一页 下一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法式中，式中，X d 为发电机纵轴超瞬态电抗；为发电机纵轴超瞬态电抗；U n为发电机额定相电压。为发电机额定相电压。当发电机在负载状态下短路时，其超瞬态短路电流当发电机在负载状态下短路时，其超瞬态短路电流 I cg 可以由可以由 I cg0 乘以适当的系数求得。乘以适当的系数求得。该系数取决于电机的特性，在没有确切的资料情况下，可取该系数取决于电机的特性，在没有确切的资料
46、情况下，可取1.1。短。短路电流的周期分量有效值为路电流的周期分量有效值为式中，式中，T d 为发电机非周期分量衰减时间常数。为发电机非周期分量衰减时间常数。在在IEC 第第363 号出版物中假定发电机短路电流的最大值出现在短路后号出版物中假定发电机短路电流的最大值出现在短路后1/2 周期时，所用公式为周期时，所用公式为上一页 下一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法2.电动机的短路电流电动机的短路电流对电动机的短路电流，规定：在短路时把所有运行的电动机看作一台对电动机的短路电流，规定：在短路时把所有运行的电动机看作一台等效电动机，其额定功率为可能同时
47、运行的电动机额定功率之和，根等效电动机，其额定功率为可能同时运行的电动机额定功率之和，根据等效电动机额定电流之和进行计算。根据等效电动机的额定输出乘据等效电动机额定电流之和进行计算。根据等效电动机的额定输出乘以一定的系数求得短路电流。计算公式如下以一定的系数求得短路电流。计算公式如下式中，式中，I mac为等效电动机短路电流交流分量有效值；为等效电动机短路电流交流分量有效值；i mp 为等效电为等效电动机短路电流非对称最大峰值。动机短路电流非对称最大峰值。上一页 下一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法3.总的短路电流总的短路电流总的短路电流等于各发电
48、机和电动机馈送的短路电流的代数和。总的短路电流等于各发电机和电动机馈送的短路电流的代数和。本计算法特征分析：本计算法特征分析：（1）发电机和电动机的各短路电流的代数和作为总短路电流。）发电机和电动机的各短路电流的代数和作为总短路电流。（2）考虑按次瞬态时间常数衰减。）考虑按次瞬态时间常数衰减。（3）在负载状态，仅考虑发电机对称交流短路电流增加）在负载状态，仅考虑发电机对称交流短路电流增加10%，而最，而最大峰值不考虑增加相应分量。大峰值不考虑增加相应分量。（4）在计算电动机提供的短路电流时，汇流排短路和馈电线端短路）在计算电动机提供的短路电流时，汇流排短路和馈电线端短路计算方法完全相同，都是将
49、可能同时运行的电动机的额定电流之和乘计算方法完全相同，都是将可能同时运行的电动机的额定电流之和乘以一个系数求得。因此，在馈电线端短路计算时，由于计算方法中忽以一个系数求得。因此，在馈电线端短路计算时，由于计算方法中忽略了电动机短路电流直流分量的大幅度衰减，所以此时计算值将比实略了电动机短路电流直流分量的大幅度衰减，所以此时计算值将比实际短路电流值大，但其计算较简便。际短路电流值大，但其计算较简便。上一页 下一页返回任务任务6.4 船舶电力系统短路电流常用算船舶电力系统短路电流常用算法法（5）由于将汇流排至馈电线故障点之间的阻抗考虑为分别与各发电）由于将汇流排至馈电线故障点之间的阻抗考虑为分别与
50、各发电机串联进行计算，所以计算求得的短路电流值将比实际值大。机串联进行计算，所以计算求得的短路电流值将比实际值大。（6）根据馈电线阻抗修正了时间常数，所以近似于实际衰减。）根据馈电线阻抗修正了时间常数，所以近似于实际衰减。6.4.3 GJB 1731986 算法算法我国海军目前使用的是我国海军目前使用的是1986 年颁布实行的年颁布实行的中国国家军用标准方法中国国家军用标准方法（GJB 1731986），也是一种短路电流的近似算法。该方法计算），也是一种短路电流的近似算法。该方法计算过程中为求计算简便而采取较多近似，其算法处理上主要考虑了以下过程中为求计算简便而采取较多近似，其算法处理上主要考
