1、第七章第七章 电力系统故障的基本知识电力系统故障的基本知识 及三相短路分析及三相短路分析本章内容本章内容 第一节第一节 电力系统故障的基本知识；电力系统故障的基本知识；第二节第二节 无限大容量电源无限大容量电源供电系统的三相供电系统的三相 短路分析；短路分析；第三节第三节 同步发电机同步发电机供电系统的三相短路供电系统的三相短路分分 析；析；第四节第四节 电力系统三相短路的实用计算。电力系统三相短路的实用计算。第一节第一节 电力系统故障的基本知识电力系统故障的基本知识一、故障的分类一、故障的分类电力系统短路故障1.三相对称短路2.单相接地短路 3.两相短路 4.两相接地短路 1.断一相故障2.
2、断两相故障电力系统断线故障又称横向故障又称纵向故障属不对称故障电力系统的故障简单故障复合故障电力系统中某一处发生短路和断相故障的情况两个以上简单故障的组合 电力系统电力系统正常运行情况以外正常运行情况以外的的相与相相与相之间或之间或相相与地与地之间的连接。之间的连接。横向故障横向故障理解理解：正常运行之内的正常运行之内的连接连接。在电力系统中，正常运行时，相与相或相与地在电力系统中，正常运行时，相与相或相与地之间的连接都要通过用电设备，如电动机、电之间的连接都要通过用电设备，如电动机、电灯等，不连接用电设备的地方应当是相互绝缘灯等，不连接用电设备的地方应当是相互绝缘的。的。二、短路故障二、短路
3、故障 短路种类短路种类 示意图示意图 代表符号代表符号三三 相相 短短 路路 f(3)两两 相相 短短 路路 接接 地地 f(1,1)两两 相相 短短 路路 f(2)单单 相相 短短 路路 f(1)不不对对称称短短路路对称对称短路短路1 1、短路的分类、短路的分类2 2、短路的原因、短路的原因 外部原因外部原因 雷击、风暴、动物 污染 人为误操作（如检修后，不拆地线就接电）内部原因内部原因 绝缘老化3 3、短路的危害、短路的危害 电流危害电流危害 机端短路电流：机端短路电流：额定电流的额定电流的10101515倍倍：发热发热：线路发热、短路点电弧发热烧毁设备：线路发热、短路点电弧发热烧毁设备
4、电动力电动力：导体变形，损坏设备：导体变形，损坏设备 电压危害电压危害 电压降低：电压降低：短路相短路点短路相短路点附近电压降低；附近电压降低；电压升高：电压升高：可能致可能致其他项其他项电压升高。电压升高。要求设备有足够的热稳定度要求设备有足够的动稳定度 稳定性危害稳定性危害 短路导致能量送出受限短路导致能量送出受限发电机的输入功发电机的输入功 率和输出功率不平衡率和输出功率不平衡时间较长，会造成时间较长，会造成 发电机失步发电机失步稳定破坏，引起大面积停电。稳定破坏，引起大面积停电。通讯危害通讯危害 不对称接地短路不对称接地短路不平衡电流不平衡电流不平衡不平衡 磁通磁通通信电路感应电动势通
5、信电路感应电动势通信干扰通信干扰4 4、短路的应对短路的应对 快速切除故障（继电保护设备）快速切除故障（继电保护设备）快速恢复线路供电（自动重合闸）快速恢复线路供电（自动重合闸）降低短路发生概率降低短路发生概率 （规程、制度）（规程、制度）及时清理污染，防止误操作等。及时清理污染，防止误操作等。5 5、短路计算的内容及意义、短路计算的内容及意义内容：内容：短路冲击电流短路冲击电流(短路后的最大电流瞬时值短路后的最大电流瞬时值)检验设备动稳定性检验设备动稳定性 最大有效值电流最大有效值电流（短路后电流的最大有效值）（短路后电流的最大有效值）检验断路器开断能力、热稳定性检验断路器开断能力、热稳定性
6、意义意义 电力系统设计基础电力系统设计基础 选择电气接线、电气设备和载流导体的依据选择电气接线、电气设备和载流导体的依据 配置继保装置并整定其参数的依据配置继保装置并整定其参数的依据 限制短路电流措施的依据限制短路电流措施的依据电力系统电力系统正常运行情况以外正常运行情况以外的同相之间断开连接的同相之间断开连接的故障。的故障。纵纵向故障向故障正常运行正常运行断线运行（非全相运行）断线运行（非全相运行）分析分析方法方法与短与短路分路分析相析相似！似！三、断线故障三、断线故障第二节第二节 无限大容量电源无限大容量电源供电系统供电系统的的三相短路三相短路分析；分析；一、短路的一般化理解一、短路的一般
7、化理解电力系统抽象：电力系统抽象：GGG电网电网发电机发电机负荷负荷一、短路的一般化理解一、短路的一般化理解若系统任意某点若系统任意某点f 发生发生短路：短路：KZaZbZc 三相短路三相短路：f f点短路可看作在点短路可看作在f f点接一点接一特殊的特殊的用电设备：用电设备：0cbaZZZ 两相（两相（B B、C C相）短路相）短路：断开即，开关法负载采用星形不接地接K0acbZZZfGGGfKZaZbZcf f点短路可看作在点短路可看作在f f点接一特殊用电设备：点接一特殊用电设备：两相（两相（B B、C C相）短路接地相）短路接地：闭合即开关负载采用星形接地接法K,0acbZZZ 单相（
8、单相（A A相）短路：相）短路：闭合即开关负载采用星形接地接法K,0acbZZZ即：不同类型的短路，相当于在短路点接一各相即：不同类型的短路，相当于在短路点接一各相阻抗值不同，中心点接地方式不同的三相负载！阻抗值不同，中心点接地方式不同的三相负载！二、无限大容量电源二、无限大容量电源定义：定义：理想交流电源理想交流电源容量无限大：频率恒定容量无限大：频率恒定内阻抗内阻抗0 0：短路前后短路前后电源端口电压幅值电源端口电压幅值实际：实际：电力系统中的电源为同步发电机，并电力系统中的电源为同步发电机，并 非理想交流电源。真正的无限大容量非理想交流电源。真正的无限大容量 电源在现实中不存在。电源在现
9、实中不存在。意义：意义：对于无限大容量电源系统，发生短路过程中对于无限大容量电源系统，发生短路过程中，由于电源端口的电压和频率保持不变，因此，可忽略，由于电源端口的电压和频率保持不变，因此，可忽略电源内部的暂态过程。（理想化）电源内部的暂态过程。（理想化）fGGGf对短路而言，短路对短路而言，短路点以内的整个系统点以内的整个系统可以看作是一个等可以看作是一个等值电源（戴维南等值电源（戴维南等效）。效）。实际系统近似实际系统近似若：若：系统中电源很多，且短路系统中电源很多，且短路点距离各个电源的电气距离点距离各个电源的电气距离较较远远。相当于所有电源并联相当于所有电源并联向短路点供电。向短路点供
10、电。则：则：此时此时由短路所引起的送出由短路所引起的送出功率的变化量功率的变化量S S远小于总电源远小于总电源的容量的容量S S，则，则可近似认为该系统可近似认为该系统为无限大容量电源为无限大容量电源。三、无限大容量电源三相短路三、无限大容量电源三相短路暂态过程暂态过程分析分析（1 1）简单无限大电源供电系统）简单无限大电源供电系统)sin(tUuma)120sin(tUumb)240sin(tUumcai三相三相电源电源三相三相线路线路三相三相负载负载?实际短路情况可否等效为如此简单的情况？实际短路情况可否等效为如此简单的情况？无限大容量电源无限大容量电源供电有何特征？供电有何特征？fGGG
11、ff（2 2）短路前）短路前 后（稳态运行时）电流分析后（稳态运行时）电流分析前：前：)sin(tUuma)120sin(tUumb)240sin(tUumc)3(fia=？ib=？ic=？短路短路后后稳态电流稳态电流短路短路前前稳态电流稳态电流后：后：取其中一相分析：取其中一相分析：（2 2）短路前）短路前 后（稳态运行时）电流分析后（稳态运行时）电流分析)240sin()120sin()sin(tIitIitIimcmbma222)()(LLRRUImmRRLLtg)(1短路短路前前稳态：稳态：其中：其中：短路短路后后稳态：稳态：sin()sin(120)sin(240)akbkmcmmk
12、iItiItiIt222mmUIRL1kLtgR其中：其中：;mmkII（3 3）稳态）稳态稳态的暂态过程分析稳态的暂态过程分析前：前：短路短路后后稳态电流稳态电流短路短路前前稳态电流稳态电流后：后：取其中一相分析：取其中一相分析：;mmkII注意：注意：导致：导致：短路前后稳态短路前后稳态电流不连续电流不连续不可能不可能直接过渡，必然存在暂态过程。直接过渡，必然存在暂态过程。)sin(tUuma)120sin(tUumb)240sin(tUumc)3(fia=？ib=？ic=？（3 3）稳态）稳态稳态的暂态过程分析稳态的暂态过程分析前：前：后：后：取其中一相分析：取其中一相分析：结论：结论：
13、必然出现一个必然出现一个感应电流感应电流，以使得短路前，以使得短路前后电流保持连续。后电流保持连续。（？感应起始值多少，衰减时间常数？）（？感应起始值多少，衰减时间常数？）C直流分量直流分量交流分量交流分量短路后全电流短路后全电流I I 短路后电流的数学分析短路后电流的数学分析：因三相对称，取因三相对称，取A A相分析：相分析：利用微分方程定义瞬态：利用微分方程定义瞬态：ia=？dtd)sin(aamiLRitU该式描述了电流随时间的变化关系。该式描述了电流随时间的变化关系。求解该微分方程，可得：求解该微分方程，可得：全电流表达式全电流表达式：aTtkmaCetIi)sin(其中：其中：特解特
14、解：22)(LRUImm)(RLarctgk)sin(kmatIi通解通解：强制分量强制分量(交流分量交流分量)aTtaCei为衰减时间常数;RLTa自由分量自由分量(直流分量直流分量)未知量未知量短路前后电流不突变短路前后电流不突变 求解求解C C？)0()0(aaii依据依据：aTtkmaCetIi0)sin(0)0()sin(0)0(tIima可得：可得：含义：短路前电流含义：短路前电流强制分量的瞬时值强制分量的瞬时值和短路后和短路后电流强制分量的瞬时值电流强制分量的瞬时值之差之差00sin()sin()mmkCItIt 写出全电流形式写出全电流形式全电流表达式全电流表达式：）（0)si
15、n()sin()sin(teIItIiaTtkmmkma强制分量强制分量(交流分量交流分量)自由分量自由分量(直流分量直流分量)只与只与A相相差相相差240度度 三相全电流表达式三相全电流表达式全电流表达式全电流表达式：只与只与A相相差相相差120度度)0()240sin()240sin()240sin()120sin()120sin()120sin()sin()sin()sin(000000teIItIieIItIieIItIiaaaTtkmmkmcTtkmmkmbTtkmmkma TaTa的数量级的数量级210:的数量级aT314121/RXfRXRXRLTa由于：由于：直流分量大约直流分
16、量大约3535个波形周期即衰个波形周期即衰减至减至0.0.故：直流分量经过故：直流分量经过3 3*0.02=0.060.02=0.06秒左右即秒左右即衰减完毕。衰减完毕。II II 短路后电流的图形分析短路后电流的图形分析：以以A相为例：相为例：ia=？）（）（0)sin()sin()sin(0)sin(teIItIttIiaTtkmmkmma电路图：电路图：全电流表达式：全电流表达式：III III 短路冲击电流分析短路冲击电流分析 定义：定义：在在最严重短路情况最严重短路情况下的下的短路电流最大瞬时值短路电流最大瞬时值直流分量直流分量短路后全电流短路后全电流短路前全电流短路前全电流C交流分
17、量交流分量判断：判断：由上图可看出，由上图可看出，直流分量初始值越大，短路后的直流分量初始值越大，短路后的电流瞬时值越大电流瞬时值越大根据根据,直流分量初始值公式：直流分量初始值公式：|)sin()sin(|kmmIIC 产生条件：产生条件：mUmImImmIIk)sin(mI)sin(kmI|C可知，可知，|C|C|最大的条件：最大的条件：|90|00kmI短路前空载短路前空载由于由于XRXR，故，故 ,得：得：意味着：此时电压过零。意味着：此时电压过零。090k00也是，冲击电流也是，冲击电流产生的条件！产生的条件！产生条件：产生条件：若不满足该条件，尽管短路电流总会出现一个瞬时最若不满足
18、该条件，尽管短路电流总会出现一个瞬时最大值，但该值不是冲击电流。大值，但该值不是冲击电流。全电流全电流短路后半个周短路后半个周期：期：T/2短路前空载短路前空载电压过零点电压过零点 短路冲击电流发生的短路冲击电流发生的时间点时间点：|90|00kmI全电流表达式：全电流表达式：冲击电流的条件：冲击电流的条件：)(01.05.09000sTtIkm 短路冲击电流的数学描述：短路冲击电流的数学描述：）（0)sin()sin()sin(teIItIiaTtkmmkma把条件带入全电流表达式，可得冲击电流表达式：把条件带入全电流表达式，可得冲击电流表达式：mimpmTTmmstaimpIKIeeIIi
19、iaa)1(01.001.0)01.0(冲击电流表达式：冲击电流表达式：mimpmTTmmimpIKIeeIIiaa)1(01.001.0其中：其中：aTimpeK01.01称之为冲击系数称之为冲击系数可看出，该系数由可看出，该系数由TaTa决定，也就是与线路回路中决定，也就是与线路回路中的电抗与电阻的相对值大小有关。的电抗与电阻的相对值大小有关。在实际系统中：在实际系统中：impK 一般取一般取1.81.91.81.9，1 1）发电机低压母线短路）发电机低压母线短路2 2）发电厂高压母线后短路）发电厂高压母线后短路3 3）其他地点短路：）其他地点短路：9.1impK85.1impK80.1i
20、mpK短路冲击电流的作用：检验设备动稳定性短路冲击电流的作用：检验设备动稳定性IV IV 短路电流的最大有效值短路电流的最大有效值结论：由上图（冲击电流示意图）可看出，短路后第结论：由上图（冲击电流示意图）可看出，短路后第 一个周期内的电流有效值最大。因此，一个周期内的电流有效值最大。因此，短路电流的短路电流的最大有效值即为短路后第一个周期内的电流有效值最大有效值即为短路后第一个周期内的电流有效值全电流全电流短路后半个周期：短路后半个周期：T/2短路前空载短路前空载电压过零点电压过零点计算公式如下：计算公式如下：为周期分量有效值其中2/)1(212mimpimpIIKII短路电流最大有效值作用
21、：检验电气设备短路电流最大有效值作用：检验电气设备的断流能力。的断流能力。V V 例题分析例题分析 冲击电流和短路电流最大有效值的计算，参阅教材例冲击电流和短路电流最大有效值的计算，参阅教材例8-18-1 A A、B B、C C三相是否会同时发生冲击电流？三相是否会同时发生冲击电流？答：不会。答：不会。因为三相直流分量的初始值不会同时最大。因为三相直流分量的初始值不会同时最大。三相短路后，中心点如果接地，是否会有电流？三相短路后，中心点如果接地，是否会有电流？答：在中心点和地之间，任一时刻均没有对地电流。答：在中心点和地之间，任一时刻均没有对地电流。即任一时刻，三相全电流之和为即任一时刻，三相
22、全电流之和为0 0。三相短路后，三相短路后，A A、B B、C C三相直流分量之和是否为三相直流分量之和是否为0 0？答：在任一时刻均为答：在任一时刻均为0 0。因为系统三相对称，三相全电流因为系统三相对称，三相全电流之和为零，而其中周期分量之和也为零，故三相直流分量之和为零，而其中周期分量之和也为零，故三相直流分量之和也为之和也为0 0。第三节第三节 同步发电机端口突然三相同步发电机端口突然三相 短路分析短路分析A相全电流波形图相全电流波形图短路前全电流波形短路前全电流波形直流分量直流分量交流分量交流分量短路后全电流波形短路后全电流波形一、短路后的电流波形图及特征一、短路后的电流波形图及特征
23、（1 1）定子基频电流波形：）定子基频电流波形：波形特征分析：波形特征分析：可分解为交流分量（强制分量）和直流分量（自可分解为交流分量（强制分量）和直流分量（自有分量）有分量）直流分量的初值为短路前交流分量的瞬时值和短直流分量的初值为短路前交流分量的瞬时值和短路后交流分量的瞬时值之差，即直流分量的出现路后交流分量的瞬时值之差，即直流分量的出现是为了保证电流不突变是为了保证电流不突变 交流分量的幅值随时间逐步衰减至恒定值。交流分量的幅值随时间逐步衰减至恒定值。衰减特征：开始衰减快，后来衰减慢，两个衰减衰减特征：开始衰减快，后来衰减慢，两个衰减 时间常数时间常数（2 2）转子电流波形：）转子电流波
24、形：特征：特征：有交流分量也有直流有交流分量也有直流分量分量 交流分量的幅值逐渐交流分量的幅值逐渐衰减，直至衰减，直至0 0：衰减时：衰减时间常数与定子直流分量间常数与定子直流分量时间常数相同。时间常数相同。直流分量的衰减过程直流分量的衰减过程与定子交流分量幅值的与定子交流分量幅值的衰减过程相同衰减过程相同二、同步发电机短路后内部物理过程二、同步发电机短路后内部物理过程（1 1）正常运行电磁过程分析：）正常运行电磁过程分析：fF0EI1F1qF1dF电枢磁动势的电枢磁动势的交轴交轴分量体现分量体现有功有功；直轴直轴分分量体现量体现无功无功电枢磁动势的电枢磁动势的交交轴分量变化轴分量变化不会不会
25、对励磁线圈磁通对励磁线圈磁通产生影响产生影响F合成磁场决定了合成磁场决定了发电机端口电压发电机端口电压？电压向量？电压向量（2 2）端口三相短路过程中的电磁过程分析：）端口三相短路过程中的电磁过程分析：fF0EI1F短路后短路后定子电流定子电流突然增大突然增大，且其，且其磁场主要为磁场主要为直轴直轴磁场磁场，因此导致，因此导致穿过转子线圈的穿过转子线圈的磁场突然增大磁场突然增大。I转子感应电流；转子感应电流；阻尼线圈感应电流阻尼线圈感应电流I I、定子电流波形、定子电流波形的解释：的解释：转子励磁和阻尼线圈感应电流：转子励磁和阻尼线圈感应电流：按一个时间按一个时间常数衰减常数衰减按另一个时按另
26、一个时间常数衰减间常数衰减sAFsCFsBF定子直流电流合成磁动定子直流电流合成磁动势势空间方向不变，空间方向不变，逐渐衰减逐渐衰减IIII、转子励磁电流波形的解释：、转子励磁电流波形的解释：sFsF（1 1）同步发电机稳态运行时的电压源模型：）同步发电机稳态运行时的电压源模型：dqUIjxUIjxEqqdd00UIjxEd0qdxx 三、同步发电机短路后的等值电路三、同步发电机短路后的等值电路稳态稳态电压源模型：电压源模型：ddxIjxUE内阻抗：电势：0电枢电压方程：电枢电压方程：fF0EI1F1qF1dFF若：若：有：有：fF0EI1FI短路时的电枢磁场反应：短路时的电枢磁场反应：q q
27、轴磁场突然减小轴磁场突然减小-转子转子加速加速 d d轴磁场突然加大轴磁场突然加大-转子转子感应电流、阻尼绕组感感应电流、阻尼绕组感应电流应电流-定子交流分量定子交流分量幅值衰减幅值衰减 定子各绕组中心轴磁场变定子各绕组中心轴磁场变化化-定子感应电流定子感应电流（2 2）短路时的电压源模型：）短路时的电压源模型：|0|adIadI|0|aqII.I.无阻尼绕组同步发电机无阻尼绕组同步发电机：fad|0|adIadIfaffada|0|fIfIfad|0|adIadIafaad|0|fIfI|0|表示短路前瞬时表示短路前瞬时,与（与（0-）相同）相同直轴磁路图直轴磁路图电枢等电枢等值线圈；值线圈
28、；此处下此处下标标a表表示电枢示电枢I.I.无阻尼绕组：无阻尼绕组：fad|0|adIadIafaad|0|fIfI交轴等值电路交轴等值电路)(ad0|adad0|add0|qIIjXIjxIjxEd端口到短端口到短路点电抗路点电抗电枢电压方程：电枢电压方程：ad0|adad0|add0|q)(IjXIIjxIjxEd短路电流短路电流简化：简化：adad0|ad0|aqIjXIjxIjxUdd由：由：0|add0|q0|aqIjxEU故：故：取：取：0|ad0|aq|0|IjxUEdq得：得：adad|0|IjXIjxEdq暂态电抗暂态电抗I.I.无阻尼绕组发电机：无阻尼绕组发电机：fad|0
29、|adIadIafaad|0|fIfI交轴等值电路交轴等值电路0|ad0|aq|0|ddqxIjxUE内阻抗：电势：发电机发电机暂态暂态等值模型：等值模型：由于暂态电流只有直轴分量：由于暂态电流只有直轴分量：故短路电流：故短路电流：adaII|0|aadqIjXIjxE实际中，取：实际中，取：0|a0|a|0|IjxUEd故，发电机暂态等值模型：故，发电机暂态等值模型：|0|;dxE内阻抗：暂态电抗：电势：暂态电势：交轴暂态交轴暂态电动势电动势虚拟电虚拟电动势动势II.II.有阻尼绕组发电机：有阻尼绕组发电机：fad|0|adIadIfaffada|0|fIfIfad|0|adIadIafaa
30、d|0|fIfI|0|表示短路前瞬时表示短路前瞬时,与（与（0-）相同）相同直轴磁路图直轴磁路图rIfad|0|adIadIafaad 0|ad 0|aq|0|ddqxIjxUE内阻抗：电势：发电机发电机次暂态次暂态等值模型：等值模型：实际中，取：实际中，取：0|a 0|a|0|IjxUEd故，发电机暂态等值模型：故，发电机暂态等值模型：交轴等值电路交轴等值电路|0|;dxE内阻抗：次暂态电抗：电势：次暂态电势：（3 3）同步电抗、暂态电抗和次暂态电抗关系：）同步电抗、暂态电抗和次暂态电抗关系：ddddxxxx2.0（4 4）短路前、后的发电机等值模型：）短路前、后的发电机等值模型：短路前：短
31、路前：稳态稳态电压源模型：电压源模型：ddxIjxUE内阻抗：电势：aa短路后：短路后：次暂态次暂态电压源模型：电压源模型：)a(0)a(0 ddxIjxUE内阻抗：电势：？次暂态电势是由什么决定的？同一励磁电势次暂态电势是由什么决定的？同一励磁电势E下，下，不同运行状态不同运行状态I下下的次暂态电势相同么？的次暂态电势相同么？?稳态计算时，可否用次暂态模型？稳态计算时，可否用次暂态模型？（1 1）计算内容）计算内容短路冲击电流：短路冲击电流：短路冲击电流有效值：短路冲击电流有效值：01.0 )01.0(mimpTmmtaimpIKeIIiia2)1(212impmimpKII结论：结论：对同
32、步发电机，只需计算基频对同步发电机，只需计算基频交流分量交流分量第第 一个周波（一个周波（初始值初始值）的有效值）的有效值 。对应最严重对应最严重情况情况四、同步发电机系统短路计算四、同步发电机系统短路计算 I因此，一般所说的短路电流计算，就是指因此，一般所说的短路电流计算，就是指短路电流交流分量的初始有效值短路电流交流分量的初始有效值 的计算的计算 I起始次暂态起始次暂态电流电流 （2 2）计算原理）计算原理)3(fIa=？Ib=？Ic=？以如下图所示的简单系统来分析以如下图所示的简单系统来分析 的计算原理的计算原理三相三相同步同步发电发电机机三相三相线路线路三相三相负载负载 I 因三相对称
33、，因三相对称，可取可取A A相分析：相分析：cbaIII 短路前发电机的模型短路前发电机的模型发电机的发电机的稳态稳态电压源模型：电压源模型：ddxIjxUE内阻抗：电势：aa稳态运行时的电流向量表达式：稳态运行时的电流向量表达式：)()(aLjRLjRjxEId稳态运行时的电流有效值计算式：稳态运行时的电流有效值计算式：22a)()(dxLLRREIB、C两相的电流有效值计算式：两相的电流有效值计算式：22acb)()(dxLLRREIII其中：其中：短路后初始时刻的发电机模型短路后初始时刻的发电机模型发电机的发电机的次暂态次暂态电压源模型：电压源模型：)a(0)a(0 ddxIjxUE内阻
34、抗：电势：)a(0U短路前瞬间发电机的端口电压向量)a(0I短路前瞬间发电机的端口电流向量 E次暂态电势 dx次暂态电抗，约等于已知量，已知量，可计算可计算 E该模型该模型只能只能描述描述发电机发电机短路初始短路初始时刻，时刻，发电机处发电机处于次暂态过程于次暂态过程时时的元件性质。的元件性质。ddxx2.0 原理可参原理可参见电机学见电机学具有短路前后不突变的性质具有短路前后不突变的性质短路初始时刻的电流基频交流分量的向量表达式：短路初始时刻的电流基频交流分量的向量表达式：根据上图，当用根据上图，当用次暂态电压源模型次暂态电压源模型表示发电机后：表示发电机后：2 2 )(dacbxLREII
35、I短路初始时刻的电流基频交流分量的有效值计算式：短路初始时刻的电流基频交流分量的有效值计算式：)(LjRjxEIda总结：总结：要计算短路初始时刻的电流基频交流分量的有要计算短路初始时刻的电流基频交流分量的有效值效值，首先：首先：把发电机用次暂态电压源模型表示；把发电机用次暂态电压源模型表示；然后：然后：即可利用稳态计算的方法计算出即可利用稳态计算的方法计算出 I I 因三相对称，因三相对称，可取可取A A相分析：相分析：cbaIII 短路后达到稳态时短路后达到稳态时的发电机的模型的发电机的模型发电机的发电机的稳态稳态电压源模型：电压源模型：ddxIjxUE内阻抗：电势：aa （3 3）短路后
36、基频交流分量稳态值的计算）短路后基频交流分量稳态值的计算短路后达到稳态运行时的电流向量表达式：短路后达到稳态运行时的电流向量表达式：)(aLjRjxEId稳态运行时的电流有效值计算式：稳态运行时的电流有效值计算式：22a)(dxLREIB、C两相的电流有效值计算式：两相的电流有效值计算式：22acb)(dxLREIII由于由于故短路初始电故短路初始电流要大于稳态流要大于稳态短路电流。短路电流。ddxx2.0 第四节第四节 三相短路的实用计算三相短路的实用计算一、概述一、概述实用计算实用计算：三相短路计算的内容三相短路计算的内容：短路电流交流分量的初始有效值短路电流交流分量的初始有效值 的计算的
37、计算 也即：次暂态电流的计算。也即：次暂态电流的计算。I计算的原理计算的原理：把发电机用次暂态电压源模型表示，然后采把发电机用次暂态电压源模型表示，然后采用稳态交流系统的计算方法计算电流即可。用稳态交流系统的计算方法计算电流即可。近似简化一些计算条件近似简化一些计算条件采用实用化的计算方法采用实用化的计算方法计算条件的近似简化计算条件的近似简化电源：电源：理想同步发电机理想同步发电机负荷：负荷：忽略忽略综合性负荷：因短路后电压下降，负荷电流综合性负荷：因短路后电压下降，负荷电流远小于短路电流，远小于短路电流，但须考虑但须考虑短路点附近短路点附近的大型电动机（因反馈电流）的大型电动机（因反馈电流
38、）计算条件的近似简化计算条件的近似简化短路点：短路点：忽略电弧电阻，假设直接接地忽略电弧电阻，假设直接接地电网：电网：可可忽略忽略线路对地电容和变压器励磁回路（即除发线路对地电容和变压器励磁回路（即除发电机和大型电动机外没有对地支路）。电机和大型电动机外没有对地支路）。计算高压网时可计算高压网时可忽略忽略电阻。电阻。参数计算可参数计算可采用平均额定电压采用平均额定电压变比为平均额定电压之比变比为平均额定电压之比短路计算通常短路计算通常采用标幺值计采用标幺值计算，该假设非算，该假设非常有利于网络常有利于网络参数的计算。参数的计算。二、实用化的计算方法二、实用化的计算方法(1)以如下简单电力系统分
39、析叠加法以如下简单电力系统分析叠加法 短路前状态：稳态短路前状态：稳态负载负载稳态模型稳态模型戴维南等效戴维南等效+叠加法叠加法 三相短路初始时刻：次暂态过程三相短路初始时刻：次暂态过程用次暂态用次暂态模型取代模型取代稳态模型稳态模型待求短路待求短路电流电流)(0 fbLTdxxxjEI fbI 初始次暂态电流的求解初始次暂态电流的求解直接求解法：直接求解法：fbfab,II短路点电流：短路点电流：a-b短路电流：短路电流：a点短路电压：点短路电压：)(ab,LTfaxxIU叠加原理求解法：叠加原理求解法：图图1短路等值网络短路等值网络图图2等价短路等值网络等价短路等值网络分分解解图图3正常情
40、况正常情况等值网络等值网络图图4故障分量故障分量等值网络等值网络+短路点短路点电流：电流：LLTdbZxxxjUIII|)(0)0()fb()fb(fb故障分量正常情况短路点电流：短路点电流：)(|)(0 0)0()fb()fb(fbLTdLLTdbxxxjEZxxxjUIII故障分量正常情况与与“直接求解法直接求解法”完全相同完全相同结论：结论：把短路点看做是电动势为该点空载电压，内阻抗把短路点看做是电动势为该点空载电压，内阻抗是该点输入阻抗的电压源的端口，短路电流即为该电是该点输入阻抗的电压源的端口，短路电流即为该电压源外部短路时的电流。（戴维南等效）压源外部短路时的电流。（戴维南等效）短
41、路点的短路点的输入阻抗输入阻抗非短路点电流：非短路点电流：a-b短路电流：短路电流：)()(|)()()()(|)()()(0 0 0 )0(0 )fb()ab()ab()ab(abLTdLLTdLLLTdLLLTdLLTdLLTdLLLTdbLLTdLLTdLxxxjEZxxxjZZxxxjZZxxxjEZxxxjEZxxxjZZxxxjUZxxxjEZxxxjZIIIII故障分量正常情况故障分量正常情况与与“直接求解法直接求解法”完全相同完全相同非短路点电压：非短路点电压：a点短路后电压：点短路后电压：)(bf)a()a(fa,LTxxIUUU故障分量正常情况与与“直接求解法直接求解法”完
42、全相同完全相同（2）一般化电力系统的叠加法原理）一般化电力系统的叠加法原理=+正常运行网络正常运行网络故障网络故障网络短路点输入阻抗短路点空载电压故障分量正常情况0)fb()fb(fbIII短路点电流：短路点电流：即把短路点看做是即把短路点看做是“空载电压为电动势，输空载电压为电动势，输入阻抗为电源内阻抗入阻抗为电源内阻抗”的电压源端口的电压源端口（2）一般化电力系统的叠加法原理）一般化电力系统的叠加法原理=+正常运行网络正常运行网络故障网络故障网络)f()f(f)f()f(f故障分量正常情况故障分量正常情况UUUIII非短路点电流、电压：非短路点电流、电压：（3）计算机计算短路的原理）计算机
43、计算短路的原理=+正常运行网络正常运行网络故障网络故障网络计算方法：计算方法：短路点电流；短路点电流；戴维南等效方法！戴维南等效方法！潮流计算计算出短路点开路电压；节点导纳矩潮流计算计算出短路点开路电压；节点导纳矩阵求逆计算出短路点输入阻抗；阵求逆计算出短路点输入阻抗；非短路点电流、电压：非短路点电流、电压：叠加法！叠加法！潮流计算计算出正常运行网络的运行参量；潮流计算计算出正常运行网络的运行参量；采用故障网络计算出故障网络的运行参量；采用故障网络计算出故障网络的运行参量；二者叠加！二者叠加！什么是短路？短路与正常接负荷运行有何什么是短路？短路与正常接负荷运行有何不同？不同？短路的类型短路的类
44、型 短路的原因短路的原因 短路的危害短路的危害 应对短路的措施应对短路的措施 为何要进行短路计算，为何要进行短路计算，本章内容小结本章内容小结 短路电流有何特征？短路电流有何特征？周期分量、非周期分量周期分量、非周期分量 无限大功率电源和同步发电机短路后无限大功率电源和同步发电机短路后的短路电流有何不同？的短路电流有何不同？短路计算的内容是什么？短路计算的内容是什么？：冲击电流、冲击电流有效值：冲击电流、冲击电流有效值 ：起始次暂态电流：起始次暂态电流(与冲击电流、冲击与冲击电流、冲击电流的有效值、非周期分量、周期分量有电流的有效值、非周期分量、周期分量有何关系？何关系？)如何计算起始次暂态电流，计算原理？如何计算起始次暂态电流，计算原理？计算机计算起始次暂态电流的原理计算机计算起始次暂态电流的原理 冲击电流冲击电流何时，什么条件下会产生冲击电流何时，什么条件下会产生冲击电流 看懂教材例看懂教材例8-18-1、例、例8-28-2、例、例8-38-3（最好做一次）（最好做一次）,例例8-48-4 习题习题8-18-12,8-158-18-12,8-15，8-168-16，8-208-20（掌握概念）（掌握概念）习题：习题：
