【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有關(guān)物理量 （一） 無(wú)窮大容量 系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 v 無(wú)窮大容量系統(tǒng)的概念 無(wú)窮大容量只是一個(gè)相對(duì)概念，指電源系統(tǒng)的容量相對(duì)于用戶(hù)容量大得多，在發(fā)生三相短路時(shí)電源系統(tǒng)的阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于短路回路的總阻抗，以致無(wú)論用戶(hù)負(fù)荷如何變化甚至發(fā)生短路，系統(tǒng)的母線電壓都能基本維持不變 ，即電壓的幅值和頻率都恒定不變。無(wú)限大容量電源記作 S = ∞ ，電源的內(nèi)阻抗 Z＝ 0（ X=0,R= 0 ）。 在工程計(jì)算中，當(dāng)電源系統(tǒng)的阻抗不大于短路回路總阻抗的 5%～ 10%，或者電源系統(tǒng)的容量超過(guò)用戶(hù)容量的 50倍時(shí)，可將其視為無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)。 無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 短路前電路中的電流為： ()式中： —— 短路前電流的幅值 —— 短路前回路的阻抗角 —— 電源電壓的初始相角，亦稱(chēng)合閘角；短路后電路中的電流應(yīng)滿(mǎn)足： 方程式（ ）的解就是短路的全電流，它由兩部分組成：第一部分是方程式（ ）的特解，它代表短路電流的周期分量；第二部分是對(duì)應(yīng)齊次方程的一般解，它代表短路電流的非周期分量。()無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 短路的全電流可以用下式表示 式中： —— 短路電流周期分量的幅值， —— 短路后回路的阻抗角， —— 短路回路時(shí)間常數(shù)， C —— 積分常數(shù)，由初始條件決定，即短路電流非周期分量的初始值 。 （ ）無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程由于電路中存在電感，而電感中的電流不能突變，則短路前瞬間（用下標(biāo) 0－表示）的電流 i0－ 應(yīng)該等于短路發(fā)生后瞬間（用下標(biāo) 0＋表示）的電流 i0＋ ，將 t＝ 0分別代入式（）、式（ ），可得 因此，短路的全電流為無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 最大值：無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)短路電流的波形如右圖所示。無(wú)窮大容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 （四）三相短路的有關(guān)物理量 1. 短路電流沖擊值 短路電流沖擊值（ shock value），即在發(fā)生最大短路電流的條件下，短路發(fā)生后約半個(gè)周期出現(xiàn)短路電流最大可能的瞬時(shí)值，當(dāng)電源為工頻 50 時(shí)，式中 Ksh稱(chēng)為沖擊系數(shù)， 1≤ Ksh ≤2 。u在高壓供電系統(tǒng)中通常取 Ksh =；u低壓供電系統(tǒng)中通常取 Ksh =。即 t=三相短路的有關(guān)物理量 2. 短路電流次暫態(tài)值 （ 暫態(tài)值短路電流 ）短路電流次暫態(tài)值是指短路以后幅值最大的一個(gè)周期（即第一個(gè)周期）的短路電流周期分量的有效值。在無(wú)限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量幅值保持不變，即三相短路的有關(guān)物理量 3. 短路電流穩(wěn)態(tài)值 短路電流穩(wěn)態(tài)值（ steady－ state value）是指短路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后短路電流的有效值。無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流周期分量的幅值恒定不變，則 三相短路的有關(guān)物理量 短路沖擊電流有效值指的是短路后的第一個(gè)周期內(nèi)短路全電流的有效值。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可假定非周期分量在短路后第一個(gè)周期內(nèi)恒定不變，取該中心時(shí)刻 t=。對(duì)于周期分量，無(wú)論是否為無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)，在短路后第一個(gè)周期內(nèi)都可認(rèn)為是幅值恒定的正弦量。所以三相短路的有關(guān)物理量 短路功率又稱(chēng)為短路容量，它等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積。在短路的實(shí)用計(jì)算中，常只用次暫態(tài)短路電流來(lái)計(jì)算短路功率，稱(chēng)為次暫態(tài)功率，即 （三） 有限容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 有限容量電源系統(tǒng)（ finitesystem）是相對(duì)于無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)而言的。在分析無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)的三相短路暫態(tài)過(guò)程時(shí)，忽略了短路時(shí)系統(tǒng)母線電壓幅值的變化。當(dāng)計(jì)及電源母線電壓變化時(shí)，短路電流周期分量的幅值也將隨著電源母線電壓的變化而變化。當(dāng) 電源容量比較小 ，或者 短路點(diǎn)靠近電源 時(shí)，短路引起的電源母線電壓的變化就不能忽略。有限容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 實(shí)際上，發(fā)電機(jī)大多裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，也稱(chēng)為自動(dòng)電壓調(diào)整裝置（ auto－ voltage regulator， AVR）。當(dāng)發(fā)電機(jī)外部短路時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓急劇下降，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置動(dòng)作，迅速增大勵(lì)磁電流，以使發(fā)電機(jī)的端電壓回升。但是由于自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置本身的反應(yīng)時(shí)間以及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的電感作用，使它不能立即增大勵(lì)磁電流，而是經(jīng)過(guò)一段很短的時(shí)間才能起作用。因此短路電流周期分量的幅值是先衰減再上升逐漸進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，其變化曲線如下圖（ a）所示。 有限容量系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過(guò)程 第二節(jié) 電網(wǎng)的等值電路一、電網(wǎng)中各元件的等值電路1. 同步發(fā)電機(jī) 等價(jià)為電勢(shì)和電抗的 串聯(lián)電路正常運(yùn)行時(shí)短路時(shí)（ a）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) （ b）短路初瞬發(fā)電機(jī)同步電抗百分?jǐn)?shù)發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗百分?jǐn)?shù)發(fā)電機(jī)額定電壓 KV發(fā)電機(jī)額定容量 MVA（ 1）雙繞組變壓器等值電路電抗電阻電導(dǎo)電納變壓器額定電壓 KV變壓器額定容量 MVA變壓器的短路損耗 KW變壓器的空載損耗 KW變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)（ 2）三繞組變壓器等值電路圖三繞組變壓器等值電路變壓器廠家給出的短路損耗數(shù)據(jù)變壓器廠家給出的短路電壓數(shù)據(jù)電抗器的等值電路僅是一個(gè)電抗電抗器的電抗相對(duì)百分?jǐn)?shù)電抗器的額定電壓 KV電抗器的額定電流 KA每千米線路的電抗每千米線路的電阻每千米線路的電納線路長(zhǎng)度輸電線路等值電路高壓架空線路可近取 電纜線路為架空線路的1/4~1/6異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)阻抗；在短路初瞬次暫態(tài)時(shí)段內(nèi)，接在短路點(diǎn)附近（ 5m）的異步電動(dòng)機(jī)（高壓容量 800KW,低壓容量 200KW）類(lèi)似于發(fā)電機(jī)短路初瞬異步電動(dòng)機(jī)等值電路異步電動(dòng)機(jī)次電抗百分?jǐn)?shù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流倍數(shù) 5～ 二、采用有名值的電力網(wǎng)等值電路電力網(wǎng)的等值電路均以單相圖表示，各電氣元件按接線順序連接，由于電網(wǎng)中有變壓器，所以各元件處于不同電壓等級(jí)，在連接成等值電路時(shí)，變壓器本身已經(jīng)等價(jià)成阻抗和導(dǎo)納，變換電壓的作用不見(jiàn)了，因此，必須將各元件有名值參數(shù) “折算 ”到某一任意指定的電壓等級(jí)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，各電壓等級(jí)采用平均電壓進(jìn)行計(jì)算各級(jí)電壓的平均電壓各輸電線路首端電壓可達(dá) ，而線路末端電壓為 ，因而其平均電壓約為 ，各級(jí)電壓的平均電壓見(jiàn)下表 “折算 ”方法將原處于電壓級(jí) 的阻抗和導(dǎo)納 “折算 ”到電壓級(jí) 的計(jì)算方法折算后的阻抗和導(dǎo)納 (級(jí) )折算前的阻抗和導(dǎo)納（ 級(jí)）無(wú)論原來(lái)電源電勢(shì)是多少，都改為折算后電壓級(jí)的平均電壓即可。即所任意選擇的電壓級(jí)的平均電壓例 ，畫(huà)出其有名值等值電路解： 1）先自行選取指定的電壓等級(jí)，假定選取短路點(diǎn)處的電壓為指定電壓級(jí)即 10KV的平均電壓為 .2）計(jì)算電網(wǎng)中各元件的有名值，并將有名值折算到指定的電壓等級(jí)注意：電源電勢(shì)為 ，與選定平均電壓級(jí)相等，所以電源電勢(shì)未變；變壓器的導(dǎo)納折算與阻抗折算時(shí)乘的系數(shù)是互為倒數(shù)的關(guān)系，變壓器參數(shù)折算時(shí)額定電壓的選取可任意選擇高壓側(cè)或是低壓側(cè)的值，計(jì)算出的結(jié)果是相等的 ,如以變壓器的電阻為例：3）由計(jì)算出的各元件有名值可以畫(huà)出電網(wǎng)短路時(shí)的有名值等值電路在高壓電網(wǎng)短路計(jì)算中，導(dǎo)納值和電阻值與電抗值相比較小可略去不計(jì)，因此等值電路可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：各元件都處于一個(gè)電壓級(jí)（ ），可直接相加得到電源到短路點(diǎn)的總電抗三、采用標(biāo)么值的電力網(wǎng)等值電路標(biāo)么值的定義和基準(zhǔn)值的確定標(biāo)幺制是相對(duì)單位制的一種，在標(biāo)幺制中各物理量都用相對(duì)值表示，標(biāo)幺值的定義如下：注：標(biāo)幺值是一個(gè)沒(méi)有單位的相對(duì)值，通常用帶 *的下標(biāo)以示區(qū)別 。 基準(zhǔn)值的選取 各量基準(zhǔn)值之間必須服從電路的歐姆定律和功率方程式。也就是說(shuō)在三相電路中，電壓、電流、功率和阻抗的基準(zhǔn)值 Ud、 Id 、 Sd 、 Zd要滿(mǎn)足下列關(guān)系：標(biāo)幺制一般選取電壓和功率的基準(zhǔn)值 Sd和 Ud，則電流和阻抗的基準(zhǔn)值分別為： 基準(zhǔn)值的選取 為了方便計(jì)算，通常取 100MVA為基準(zhǔn)功率，取元件所在電壓等級(jí)的平均額定電壓為基準(zhǔn)電壓，因?yàn)樵趯?shí)用短路電流計(jì)算中可以近似認(rèn)為電氣設(shè)備（除電抗器外）的額定電壓與所在電壓等級(jí)的平均額定電壓相等。 標(biāo)幺制化標(biāo)么值電力網(wǎng)等值電路的方法1）統(tǒng)一化成標(biāo)么值：即將原始網(wǎng)絡(luò)先用折算的方法化成有名值等值電路，再將有名值電路化為標(biāo)么值電路。例 如將例 1的有名值等值電路化為標(biāo)么值等值電路選取基準(zhǔn)值：計(jì)算電源電勢(shì)標(biāo)么值：計(jì)算各元件電抗標(biāo)么值：標(biāo)么值等值電路如下圖：若將標(biāo)么值還原成有名值則：2）就地化成標(biāo)么值這種方法不必先用折算方法化為有名值等值電路，而是直接用各元件 有名值阻抗除以本電壓級(jí)的阻抗基準(zhǔn)值 即可 。例 用就地化成標(biāo)么方法將例 1原始網(wǎng)絡(luò)化為標(biāo)么值等值電路解：選取基準(zhǔn)值：因?yàn)楦髟谋炯?jí)電壓的平均電壓不一致，所以各元件的本級(jí)阻抗基準(zhǔn)值也不一致求出各元件電抗值并隨即除以本級(jí)電抗基準(zhǔn)值求出電源電勢(shì)標(biāo)么值不同電壓等級(jí)電抗標(biāo)么值的關(guān)系在實(shí)際的電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)是不同的，他們之間通過(guò)變壓器連接，在計(jì)算短路電流時(shí)，需要求出短路點(diǎn)到電源之間的總電抗。為此應(yīng)該把不同電壓等級(jí)的電抗都?xì)w算到某一指定電壓等級(jí)，化成該電壓等級(jí)的電抗標(biāo)么值。但是用標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算時(shí)有一個(gè)重要特點(diǎn)： 即在取各電壓級(jí)的平均電壓作為該級(jí)基準(zhǔn)電壓的條件下，求出的電抗標(biāo)么值在不同的電壓級(jí)是相等的。假設(shè)電源為無(wú)限大容量系統(tǒng)。選定基準(zhǔn)容量為 ，取各電壓級(jí)的平均電壓為各級(jí)基準(zhǔn)電壓， 段的基準(zhǔn)電壓為 ； 段的基準(zhǔn)電壓為 ； 段的基準(zhǔn)電壓為 假定 段線路的電抗有名值為 。則電抗在 段的 標(biāo) 么 值為 則該線路電抗在 段的有名值為 該線路電抗在 段的標(biāo)么值為： 可知 在第 段的標(biāo)么值 與折合到第 段的標(biāo)么值 相等。因此，在采用標(biāo)么值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，無(wú)論在哪個(gè)電壓級(jí)發(fā)生短路，只要用電抗所在電壓級(jí)的平均電壓作為基準(zhǔn)電壓求出標(biāo)么值就不必再折算了。此關(guān)系對(duì)電壓、電流也同樣適用。即任何一個(gè)以標(biāo)么值表示的量，經(jīng)變壓器變化后數(shù)值不變。但應(yīng)該值得注意的是： 標(biāo)么值相等并不等于實(shí)際的有名值也相等。四