【正文】 滿足要?jiǎng)t求設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性合格。 變電所中的一切電氣設(shè)備都必須按照能夠承受 Fm 為條件來校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度的穩(wěn)定性。 1i2i2F1Fal當(dāng)兩導(dǎo)體中流過的電流互為反向時(shí) 139 hbm ?hbba?? 如導(dǎo)體的形狀不是圓形，如矩形時(shí)需要加 ks系數(shù)進(jìn)行修正。 因此，電氣設(shè)備必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以承受短路時(shí) 最大電動(dòng)力的作用，避免遭受嚴(yán)重的機(jī)械性損壞。 這兩種效應(yīng)可能損壞電器和載流導(dǎo)體及其絕緣。下面分析各種不對稱短路電流的計(jì)算方法。 由于三相 零序電流的大小和相位都相同，它們 必須經(jīng)過大地（或架空地線、電纜包皮等）才能 構(gòu)成通路，所以 與變壓器接線方式及中性點(diǎn)接地 的關(guān)系極大。 因?yàn)楦骶W(wǎng)絡(luò)是三相對稱的，所以可取其一相 等值電路進(jìn)行計(jì)算。 （ 2） 電纜的零序電抗 三芯電纜的零序電抗 ， 可近似用下式計(jì)算： 10 )~( XX ?（ 3） 變壓器的零序電抗 變壓器的零序電抗與繞組接法及變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)可以用零序等效網(wǎng)路計(jì)算求得 。 對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng) ， 零序電流沒有通路 ， 元 件的零序電抗可看成無窮大 。分別表示為 1X 2X 0X 1. 正序電抗 正序電抗即各個(gè)元件在三相正序?qū)ΨQ電壓工作 時(shí)的電抗值。 117 為了求出短路點(diǎn)處的短路電流，知道了短路點(diǎn)處的電壓，還需要知道短路點(diǎn)處的阻抗 通過以上分析，不對稱故障的電壓、電流可以分解為正序、負(fù)序、零序三相對稱的量來計(jì)算。 aEbEcEgX lX 一臺(tái)發(fā)電機(jī)接于空載 線路，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)阻 抗接地。 U U U U? ? ? ?（ ） （ 1） （ ） （ ）；( 0 ) j3 6 0e1???＝正序 負(fù)序 2a ( 2 ) b 2 a c 2 a 2U 。這樣的一組三相對稱相量 稱為 負(fù)序分量， 用 表示。 由各序網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立地求出各序電流，然后將它們 疊加起來，還原為三相不對稱電流 。 —— 短路電流沖擊系數(shù)（高壓電機(jī)取 ~ 低壓電機(jī)取 1） **. . . . .*..22=Msh M sh M N M sh M N MMsh M N MEi k I I K IXC K I????*ME*MXMshK ....3 c o sNMNMNMPIU ???—— 電動(dòng)機(jī)額定電流 C —— 短路電流沖擊倍數(shù) 105 系統(tǒng)短路，計(jì)入異步電動(dòng)機(jī)沖擊電流的影響后，短路電流沖擊值為 : sh sh G sh Mi i i? ?? 實(shí)際計(jì)算中，只有當(dāng)高壓電動(dòng)機(jī)單機(jī)或總?cè)萘看笥?1000kW； 低壓電動(dòng)機(jī)單機(jī)或總?cè)萘看笥?100kW，在靠近電動(dòng)機(jī)引出端附近發(fā)生三相短路時(shí)，才考慮電動(dòng)機(jī)對沖擊短路電流的影響。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) M連接在電路的 A點(diǎn)，由于短路時(shí)電動(dòng)機(jī)的端電壓驟然下降，致使電動(dòng)機(jī)定子繞 組的反電動(dòng)勢高于外施電壓，因而向短路點(diǎn)反饋電流。 當(dāng)系統(tǒng)突然發(fā)生三相短路時(shí)，電網(wǎng)電壓的急劇下降，當(dāng)運(yùn) 行電動(dòng)機(jī)距短路點(diǎn)較近時(shí)，其反電勢將大于外加電壓，電動(dòng)機(jī) 變?yōu)榘l(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，成為一個(gè)附加電源，向短路點(diǎn)饋送電流?；鶞?zhǔn)容量最好選為發(fā)電機(jī)額定容量之總和 ，基準(zhǔn)電壓仍選各元件所在線路的平均電壓 。 它不分汽輪機(jī)與水輪機(jī)，但仍分有、無電壓自動(dòng)調(diào)整器兩 種。 計(jì)算曲線是按標(biāo)幺值繪制的，縱坐標(biāo)表示短路電流周期 分量標(biāo)幺值，橫坐標(biāo)表示以發(fā)電機(jī)額定容量總和為基準(zhǔn)的 短路回路標(biāo)幺電抗值，曲線以短路時(shí)間為參變量，以下式 表示 ),( ** tXfI kt ??無自動(dòng)電壓調(diào)整器的汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線 有自動(dòng)電壓調(diào)整器的汽輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線 有自動(dòng)電壓調(diào)整器的 水輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線 無自動(dòng)電壓調(diào)整器的 水輪發(fā)電機(jī)計(jì)算曲線 95 由于發(fā)電機(jī)類型不同（分為水輪機(jī)和汽輪機(jī)兩大類）， 以及是否具有自動(dòng)電壓調(diào)整器而造成變化規(guī)律的不同，有 四種不同的計(jì)算曲線。電力系統(tǒng)出口斷路器為 SNl0— 10 II型。 。 81 4. 短路電流計(jì)算 給出的已知條件： 電源短路容量或電源系統(tǒng)的電抗值；供電系統(tǒng) 圖；各元件參數(shù)；確定的短路點(diǎn)，電壓等級。 標(biāo)幺值計(jì)算短路電流時(shí)，又如何處理這一問題 ? * re1 0 1 2a v 1lSX X lU?78 標(biāo)幺值下不同電壓等級的各元件電抗如何計(jì)算？ 設(shè)短路發(fā)生在第三段線路的 k點(diǎn)。 原則上基準(zhǔn)值是可以任意選定，但為了便于計(jì)算， 通常是選擇基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓。基準(zhǔn) 值不同，得到的標(biāo)么值就不同。電力系統(tǒng)出口斷路器為 SNl0— 10 II型。A) （ 2） 求 k2點(diǎn)的短路電流和短路容量（ Uc2= kV） ① 計(jì)算短路電路中各元件的電抗及總電抗 電力系統(tǒng)電抗為 X1′=U 2ac2/Sk= 104 (Ω) 架空線路電抗為 : X2=X0l(Uac2/Uac1)2= 5 ()2= 103(Ω) 電纜線路電抗為 : X3′=X 0l(Uac2/Uac1)2= ()2= 105(Ω) 電力變壓器電抗為： X4≈U k% U2ac2/SN= 103(Ω) 注： SN=1000kVA=1MVA 繪 k2點(diǎn)的等效電路圖如上所示。 【 例 】 某供電系統(tǒng) 如圖示 。 歐姆法短路計(jì)算步驟 58 (3) 計(jì)算電路中各主要元件的阻抗，并將計(jì)算結(jié)果標(biāo) 于等效電路元件序號(hào)下面分母的位置。mm2) 20℃ 65℃ 80℃ 銅芯軟電纜 銅芯鎧裝電纜 鋁芯鎧裝電纜 53 32 55 各元件電抗的歸算 用有名值計(jì)算總短路電抗時(shí)， 假如回路中含有 變壓器，因變壓器兩邊的電壓不是同一個(gè)等級， 應(yīng) 將不同電壓等級下的電抗值，折算到短路點(diǎn)處的同 一電壓等級下，求出總電抗值。 由于這些特點(diǎn)，于是短路阻抗值習(xí)慣使用百分比數(shù)值。 G ~ RL? ?3k( 3 ) a v a v22 33?? ?kklk l k lUUIZRX48 1. 系統(tǒng)（電源）電抗 無限大容量系統(tǒng)的內(nèi)部電抗分為兩種情況： 一種是當(dāng)不知道系統(tǒng)（電源）的短路容量時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)電 抗為零； 另一種情況是如果知道系統(tǒng)（電源）母線上的短路容量 （即 出口斷路器的斷流容量 ） 及平均電壓時(shí)，則系統(tǒng)電抗 可由下式求得 ： 22a v a v a vs ( 3 ) ( 3 )av33? ? ?kkkU U UXSI I UsX49 2. 變壓器電抗 變壓器電抗由變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)的定義 可得知 : N T T N TkT 2N T N T3% 1 0 0 % 1 0 0 %? ? ?I Z SuZUU2NTTkNT% UZu S??2avT T kNT%? ? ? UX Z u S得變壓器阻抗 忽略電阻，得 22T T TX Z R??得變壓器電抗 2NTT N T 2NTURPS??式中 TX22T T T??Z X R 變壓器的短路阻抗百分比在數(shù)值上與變壓器短路電壓百分比相 等。 43 為求短路電流，在計(jì)算時(shí)規(guī)定兩個(gè)假設(shè)： ① 不管短路點(diǎn)發(fā)生在何處，在計(jì)算短路電流時(shí)均取該線路的平均電壓 Uar。 歐姆法是最基本的短路計(jì)算方法，適用于兩個(gè)及兩 個(gè)以下電壓等級的供電系統(tǒng)； 而標(biāo)幺制法適用于多個(gè)電壓等級的供電系統(tǒng)。 在次暫態(tài)過程中，發(fā)電機(jī)的電勢稱為次暫態(tài)電勢 ,其定 子的等效電抗稱為次暫態(tài)電抗 ， 這是短路計(jì)算中發(fā)電 機(jī)的重要參數(shù) 。 znizni jcidT?)~(???dT)~(???dT40 激磁繞組感應(yīng)電流衰減的較慢，因?yàn)槠涞刃щ姼休^大， 其時(shí)間常數(shù)稱為暫態(tài)時(shí)間常數(shù) 。有自動(dòng)電壓調(diào)整器的發(fā) 電機(jī)短路電流變化曲線如圖： 一般稱阻尼繞組感應(yīng)電流 的衰減過程為次暫態(tài)過程。 有限大容量電源供電系統(tǒng)短路電流 暫態(tài)過程分析 37 但是，根據(jù)磁鏈不能突變原則，在突然短路的瞬間，轉(zhuǎn) 子上的激磁繞組和阻尼繞組都將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，從而產(chǎn)生 感應(yīng)電流 和 ，它們分別產(chǎn)生與電樞反應(yīng)磁通相反 的附加磁通 和 ，以維持定子與轉(zhuǎn)子繞組間的磁鏈 不變。 短路電流周期分量有效值： pkI I I? ??沖擊電流的有效值： 沖擊電流瞬時(shí)值： shIshi短路全電流電流： ki沖擊系數(shù)： shk短路電流非周期分量瞬時(shí)值： api短路電流周期分量（又稱為穩(wěn)態(tài)短路電流）瞬時(shí)值： pi短路容量： kS三相短路電流的有關(guān)參數(shù) 36 當(dāng)電源容量較小時(shí)，或者短路點(diǎn)距電源較近時(shí)，其短 路電流的非周期分量衰減，同時(shí)它的周期分量也衰減 。 sh sh p pi 2 k I = 4I?32 3. 短路全電流的最大有效值 短路電流在某一時(shí)刻的有效值是以時(shí)間為中心的一個(gè)周期 內(nèi) T 短路全電流的均方根值。 在電源電壓及短路點(diǎn)不變的情況下，要使短路全電流達(dá)到最大值，必須具備以下三個(gè)條件： shi2. 短路電流的沖擊值 m 0I ?00 ?? ?時(shí)即 t??? ? 901klklkl RLtg ??有2）因高壓電網(wǎng)中感抗大 大于電阻 3）短路發(fā)生于相電壓 瞬時(shí)值過零時(shí)初相角 klkl RL ???1）短路前為空載 將上述條件代入 短路全電流的瞬時(shí)表達(dá)式： pm pmpm pm psi n( ) e21 e 2kkTshTsh shi I 2 f II k I k I???? ? ? ???? ? ?????＝＝為周期分量有效值 pI1e fTshk??＝p m m p ms in ( ) s in ( ) s in ( ) ektTk k l k liI ω t α φ I α φ I α φ???? ? ? ? ? ? ??? 為沖擊系數(shù)，表示沖擊電流與短路電流周期分 量幅值的倍數(shù)，其值取決于短路回路時(shí)間常數(shù) 的大小。 m p ms in ( ) s in ( ) ektTa p k liI α φ I α φ???? ? ? ???28 在最嚴(yán)重短路情況下，三相短路電流的最大瞬時(shí)值為 沖擊電流 ish。因其無源，故衰減很快，在 2%，在工程上就認(rèn)為衰減結(jié)束。根據(jù)楞次定律，短路電流不能突變。 此時(shí)暫態(tài)過程即告結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)入短路的穩(wěn)定狀態(tài)。 在經(jīng)歷（ 3－ 5） Tfi后，非 周期分量 衰減至零， 此時(shí)電路只含短路電流周期分量，進(jìn)入短路的穩(wěn)定狀態(tài)。 定性分析： 三相短路，阻抗突變，發(fā)生暫態(tài)過渡過程， k點(diǎn)右側(cè)，沒有電源，電流衰減到零， k點(diǎn)左側(cè)有電源， L↓,I↑, 但因?yàn)槭歉行载?fù)荷， I不突變，出現(xiàn)了周期分量。在衰減過程中，回路磁場 中所儲(chǔ)藏的能量將全部轉(zhuǎn)化成熱能。由于這是對稱性故障，三相的故障相同，取其一相分析。 無限大容量系統(tǒng)： US=常數(shù)， XS=0, SS=∞ 實(shí)際上，真正的無限大容量電源系統(tǒng)是不存在的。 所謂無限大容量系統(tǒng) ， 是指當(dāng)電力系統(tǒng)的電源距短路點(diǎn) 的電氣距離較遠(yuǎn)時(shí)，由短路而引起的電源輸出功率的變化 ΔS=√(ΔP2+ΔQ2)遠(yuǎn)小于電源的容量 S，即 S≥ΔS，所以可 設(shè) S→∞ 。因 此，研究短路的暫態(tài)過程具有重要意義。 我們的供電系統(tǒng)呈感性 ， 而感性負(fù)載的電流不能 突變 ， 因此在短路的瞬間線路中的電流不突變 。 供電系統(tǒng)中的電流在短路發(fā)生時(shí)也要增大，經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)定值。 ③ 確定主接線方案、運(yùn)行方式及限流措施 等。 ④電壓降低 ： 很大的短路電流在線路上造成很大的電壓降，影響用電設(shè)備的使用。強(qiáng) 大的