发电厂电气部分与磁流体发电.ppt

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1、开始上课啦！2021/9/151概述General introduction 一一.发电厂和变电所的作用发电厂和变电所的作用Action of power plant and substationAction of power plant and substation二二.本门课主要内容本门课主要内容Main content of the text-booksMain content of the text-books三三.本门课的作用本门课的作用Action of the classAction of the class 四四.参考资料参考资料The reference booksThe r

2、eference books 2021/9/152一、电力系统的构成1.1.发电厂：生产电能，并通过升压站将发电厂：生产电能，并通过升压站将电能提高到一定高的电压等级。电能提高到一定高的电压等级。2.2.降压变电所：传输电能并改变电压降压变电所：传输电能并改变电压（降压），直至达到负荷所需要的电压。（降压），直至达到负荷所需要的电压。发电厂变压器2021/9/153二、本门课程的主要内容1.短路电流计算短路电流计算2.高压电气设备高压电气设备3.电气主接线电气主接线4.发电厂和变电所的自用电发电厂和变电所的自用电5.配电装置配电装置6.电气设备的选择电气设备的选择7.发电厂和变电所的控制与信号

3、发电厂和变电所的控制与信号2021/9/154三、本门课程的作用 在在完完成成电电路路、电电机机学学、电电力力系系统统分分析析课课程程学学习习的的基基础础上上，通通过过本本门门课课程程的的学学习习，使使学学生生了了解解和和掌掌握握发发电电厂厂变变电电所所电电气气部部分分的的组组成成；高高压压开开关关电电器器的的基基本本结结构构、工工作作原原理理及及其其选选择择；电电气气主主系系统统的的基基本本接接线线原原理理；高高压压配配电电装装置置的的基基本本结结构构形形式式；发发电电厂厂变变电电所所的的控控制制与与信信号号部部分分。该该课课程程是是本本专专业业重要的专业课之一。重要的专业课之一。2021/

4、9/155四、参考资料1 1、发电厂电气部分中国电力出版社、发电厂电气部分中国电力出版社 熊信银熊信银 2 2、发电厂电气部分中国电力出版社、发电厂电气部分中国电力出版社 姚春球姚春球 3 3、电力系统工程上海电力学院、电力系统工程上海电力学院 陆敏政陆敏政 4 4、电力工程设计手册、电力工程设计手册 西北电力设计院西北电力设计院2021/9/156第一章电力系统概述第一节电力系统的构成a.a.易于将其它形式的能转化为电能易于将其它形式的能转化为电能 b.b.便于远距离输送（输电线路、电缆）便于远距离输送（输电线路、电缆）c.c.电能集中，分配自由，能够满足各生产过程的工艺过程电能集中，分配自

5、由，能够满足各生产过程的工艺过程 d.d.速度快（速度快（3030万万km/skm/s），能量大，能做到约时停送电），能量大，能做到约时停送电 e.e.利用率高，清洁经济，便于自动化控制利用率高，清洁经济，便于自动化控制 电能优点2021/9/157 电力系统电力系统=发电厂发电厂+变电所变电所+输电线路输电线路+用户用户图图1-1 电力系统示意图电力系统示意图2021/9/158 动力系统动力系统=电力系统电力系统+动力装置动力装置 电力网电力网=变压变压+输电线路输电线路 图1-2从发电厂到用户的发、输、配电过程2021/9/159一、各种发电厂简介生产电能的工厂称为发电厂，按使用能源不同

6、可为 火电厂火电厂煤（煤（天然气、天然气、石油）石油）热能热能 电能电能燃烧燃烧化学能化学能机械能机械能水力发电厂水力发电厂 水（落差流量）水（落差流量）机械能机械能 电能电能 汽轮机汽轮机 水轮机水轮机 反应堆核裂变反应堆核裂变 机械能机械能 核电站核电站铀、钚铀、钚 热能热能 电能电能 汽轮机汽轮机 其它能源发电厂：风力、地热、太阳能、潮汐能发电厂等。其它能源发电厂：风力、地热、太阳能、潮汐能发电厂等。2021/9/1510火力发电厂的分类火力发电厂的分类 a、凝汽式发电厂（专供发电）凝汽式发电厂（专供发电）b、热电厂（发电兼供热）热电厂（发电兼供热）在发电的同时将一部在发电的同时将一部分

7、作过功的蒸汽从汽轮机中抽出用管道输给附近需要热蒸分作过功的蒸汽从汽轮机中抽出用管道输给附近需要热蒸汽的用户。利用率高汽的用户。利用率高,热能利用率由热能利用率由40可提高到可提高到6070 c、燃气轮机发电厂燃气轮机发电厂 燃料（石油、天然气）燃燃料（石油、天然气）燃烧所产生的高温气体直接烧所产生的高温气体直接 冲动燃气轮机的转子旋转。建设冲动燃气轮机的转子旋转。建设工期短，开停机灵活方便，便于电网调度控制，宜于承担工期短，开停机灵活方便，便于电网调度控制，宜于承担高峰负荷而作为电力系统中的调峰电厂高峰负荷而作为电力系统中的调峰电厂2021/9/15112021/9/1512核电厂利用原子核裂

8、变产生的高热将水加热为水蒸气驱动汽轮机发电机发利用原子核裂变产生的高热将水加热为水蒸气驱动汽轮机发电机发电的电厂电的电厂a.承担系统基本负荷承担系统基本负荷b.设备利用小时数大于设备利用小时数大于6500小时小时c.污染降低污染降低d.造造价价高高但但消消耗耗燃燃料料少少，容容量量为为50万万kw的的大大电电厂厂，需需铀铀燃料燃料20吨吨/年。年。e.应应为为发发展展前前景景，但但有有放放射射性性污污染染，不不宜宜建建在在人人口口稠稠密密、地震活动地区地震活动地区特特点点2021/9/1513美国纽约的一家核电厂的外观美国纽约的一家核电厂的外观2021/9/1514水力发电厂水力发电厂利用自然

9、界江河水流的落差，通过筑坝等方式提高水位，利用自然界江河水流的落差，通过筑坝等方式提高水位，使水的位能释放驱动水轮机发电机组发电的电厂使水的位能释放驱动水轮机发电机组发电的电厂依据提高水位的方法不同，水电站可分为：依据提高水位的方法不同，水电站可分为：坝坝后后式式水水电电站站：是是在在河河流流上上建建筑筑一一座座很很高高的的拦拦河河坝坝，提提高高上上游游水水位位形形成成水水库库，使使坝坝的的上上下下游游形形成成落落差差，电电站建在堤坝的后面。三峡水电站属于这种类型。站建在堤坝的后面。三峡水电站属于这种类型。引水式水电站：引水式水电站：是在具有相当坡度的弯曲河段上游筑是在具有相当坡度的弯曲河段上

10、游筑一低坝，拦住河水，然后利用沟渠或隧道，将上游直一低坝，拦住河水，然后利用沟渠或隧道，将上游直接引至建在河段末端的水电站。接引至建在河段末端的水电站。2021/9/1515a.综合利用水资源项目，如发电、航运、综合利用水资源项目，如发电、航运、灌溉等。灌溉等。b.丰水期满载，枯水期承担尖峰负荷丰水期满载，枯水期承担尖峰负荷c.开停机方便灵活开停机方便灵活d.不需燃料，发电成本低不需燃料，发电成本低e.水工建筑工程量大，建设周期长水工建筑工程量大，建设周期长f.设备利用小时数低设备利用小时数低调峰电站调峰电站1500至至3000小时小时基荷基荷5000至至6000小时小时特点2021/9/15

11、16坝后式水电站坝后式水电站2021/9/1517开始上课啦！2021/9/1518二、电力网二、电力网连接发电厂和用户的中间环节，一般分成连接发电厂和用户的中间环节，一般分成输电网输电网和和配电网配电网两部分。两部分。输电网输电网变电所变电所220KV输电线路输电线路配电网配电网配电变压器配电变压器不接地直接接地2、过电压与绝缘水平、过电压与绝缘水平大接地相电压小接地线电压3、对通讯与信号系统的干扰程度、对通讯与信号系统的干扰程度大接地电流大、干扰大小接地电流小，干扰小（一）比较（一）比较2021/9/1547（二）、应用范围（二）、应用范围110kv及以上直接接地2060kvI10A中性点

12、经消弧线圈310kvI30A中性点经消弧线圈供电1kv及以下直接接地2021/9/1548第二章短路电流计算第二章短路电流计算第一节概述第一节概述一、短路的概念和短路的原因一、短路的概念和短路的原因 1、概念 所谓短路（shortcircuit），是指电力系统中一切未通过任何负荷的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。2、原因 电器绝缘损坏(主要原因)；运行人员误操作（如带负荷拉倒闸）；其他因素（暴风雪、地震等自然灾害和动物误碰等）。2021/9/1549带负荷拉倒闸2021/9/1550二二.短路的危害短路的危害u短路电流的热效应使设备急剧发热，可能导致设备过热损坏；

13、u短路电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏；u短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作；u短路可能使电力系统的运行失去稳定；u不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。2021/9/1551三、短路的类型三、短路的类型2021/9/15522021/9/1553四、短路电流计算目的四、短路电流计算目的 u选择和校验各种电气设备，例如断路器、互感器、电抗器、母线等；u合理配置继电保护和自动装置；u作为选择和评价电气主接线方案的依据。2021/9/1554五、五、短路电流实用计算的基本假设条件短路电流实用计算的基本假设条件（1）系统

14、在正常运行时是三相对称的。（2）系统各元件的磁路不饱和，即各元件的电抗值与电流大小无关，所以在计算中可以应用叠加原理。（3）系统中所有元件只计入电抗，输电线路的电容及电力系统各元件的电阻，一般在高压电路计算中，都略去不计，但在计算短路电流的衰减时间常数时应计及电阻的作用。（4）短路为金属性短路，即不计短路点过渡电阻的影响。（5）变压器的励磁电流略去不计，相当于励磁阻抗回路断开，这样可以简化变压器的等值电路。（6）电力系统中所有发电机电势的相位在短路过程中都相同，频率与正常工作时相等，不考虑短路过程中发电机转子之间摇摆现象对短路电流的影响。2021/9/1555六、典型的短路电流波形曲线（一）无

15、穷大容量系统三相短路的暂态过程 （二）产生最大短路电流的条件（三）有限容量系统三相短路的暂态过程（四）三相短路的有关物理量 2021/9/1556（一）无穷大容量系统三相短路的暂态过程 2021/9/1557v无穷大容量系统的概念无穷大容量系统的概念 无穷大容量只是一个相对概念，指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时电源系统的阻抗远远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变，即电压的幅值和频率都恒定不变。无限大容量电源记作S=，电源的内阻抗Z0（X=0,R=0）。在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻在工程计算中，当电

16、源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗的抗的5%10%，或者电源系统的容量超过用户容量的，或者电源系统的容量超过用户容量的50倍时，可将其视为无穷大容量电源系统。倍时，可将其视为无穷大容量电源系统。无穷大容量系统三相短路的暂态过程2021/9/1558无穷大容量系统三相短路的暂态过程 短路前电路中的电流为：(2.1)式中：短路前电流的幅值 短路前回路的阻抗角 电源电压的初始相角，亦称合闸角；2021/9/15592021/9/1560短路后电路中的电流应满足：方程式（2.2）的解就是短路的全电流，它由两部分组成：第一部分是方程式（2.2）的特解，它代表短路电流的周期分量；第二部分是对应齐次方程的一般

17、解，它代表短路电流的非周期分量。(2.2)(2.2)无穷大容量系统三相短路的暂态过程2021/9/1561短路的全电流可以用下式表示 式中：短路电流周期分量的幅值，短路后回路的阻抗角，短路回路时间常数，C 积分常数，由初始条件决定，即短路电流非周期分量的初始值 。（2.32.3）无穷大容量系统三相短路的暂态过程2021/9/1562由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前瞬间（用下标0表示）的电流i0应该等于短路发生后瞬间（用下标0表示）的电流i0，将t0分别代入式（2.1）、式（2.3），可得 因此，短路的全电流为无穷大容量系统三相短路的暂态过程最大值：最大值：2021/9/15

18、63无穷大容量电源系统中发生三相短路时短路电流的波形如右图所示。无穷大容量系统三相短路的暂态过程2021/9/1564（四）三相短路的有关物理量 1.1.短路电流冲击值短路电流冲击值 短路电流冲击值（shock value），即在发生最大短路电流的条件下，短路发生后约半个周期出现短路电流最大可能的瞬时值，当电源为工频50 时，式中Ksh称为冲击系数，1 Ksh 2。u在高压供电系统中通常取Ksh=1.8；u低压供电系统中通常取Ksh=1.3。即t=0.01秒时出现短路电流冲击值2021/9/1565三相短路的有关物理量 2.2.短路电流次暂态值短路电流次暂态值 （暂态值短路电流暂态值短路电流）

19、短路电流次暂态值是指短路以后幅值最大的一个周期（即第一个周期）的短路电流周期分量的有效值。在无限大容量系统中，短路电流周期分量幅值保持不变，即2021/9/1566三相短路的有关物理量 3.3.短路电流稳态值短路电流稳态值 短路电流稳态值（steadystate value）是指短路进入稳态后短路电流的有效值。无穷大容量电源系统发生三相短路时，短路电流周期分量的幅值恒定不变，则2021/9/1567三相短路的有关物理量 4.4.短路冲击电流有效值短路冲击电流有效值 短路冲击电流有效值指的是短路后的第一个周期内短路全电流的有效值。为了简化计算，可假定非周期分量在短路后第一个周期内恒定不变，取该中

20、心时刻t=0.01s的电流值计算。对于周期分量，无论是否为无穷大容量电源系统，在短路后第一个周期内都可认为是幅值恒定的正弦量。所以2021/9/1568三相短路的有关物理量 5.5.短路功率短路功率短路功率又称为短路容量，它等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积。在短路的实用计算中，常只用次暂态短路电流来计算短路功率，称为次暂态功率，即2021/9/1569（三）有限容量系统三相短路的暂态过程 有限容量电源系统（finitesystem）是相对于无穷大容量电源系统而言的。在分析无穷大容量电源系统的三相短路暂态过程时，忽略了短路时系统母线电压幅值的变化。当计及电源母

21、线电压变化时，短路电流周期分量的幅值也将随着电源母线电压的变化而变化。当电源容量比较小，或者短路点靠近电源时，短路引起的电源母线电压的变化就不能忽略。2021/9/1570有限容量系统三相短路的暂态过程 实际上，发电机大多装有自动调节励磁装置，也称为自动电压调整装置（autovoltageregulator，AVR）。当发电机外部短路时，发电机的端电压急剧下降，自动调节励磁装置动作，迅速增大励磁电流，以使发电机的端电压回升。但是由于自动调节励磁装置本身的反应时间以及发电机励磁绕组的电感作用，使它不能立即增大励磁电流，而是经过一段很短的时间才能起作用。因此短路电流周期分量的幅值是先衰减再上升逐渐

22、进入稳态，其变化曲线如下图（a）所示。2021/9/1571有限容量系统三相短路的暂态过程 2021/9/1572第二节第二节 电网的等值电路电网的等值电路一、电网中各元件的等值电路1.同步发电机等价为电势和电抗的串联电路正常运行时短路时（a）稳态运行时（b）短路初瞬发电机同步电抗百分数发电机次暂态电抗百分数发电机额定电压KV发电机额定容量MVA2021/9/15732.变压器（1）双绕组变压器等值电路电抗电阻电导电纳变压器额定电压KV变压器额定容量MVA变压器的短路损耗KW变压器的空载损耗KW变压器短路电压百分数变压器空载电流百分数2021/9/1574（2）三绕组变压器等值电路图）三绕组变

23、压器等值电路图三绕组变压器等值电路变压器厂家给出的短路损耗数据变压器厂家给出的短路电压数据2021/9/15753.电抗器电抗器的等值电路仅是一个电抗电抗器的电抗相对百分数电抗器的额定电压KV电抗器的额定电流KA2021/9/15764.输电线路每千米线路的电抗每千米线路的电阻每千米线路的电纳线路长度输电线路等值电路高压架空线路可近取电缆线路为架空线路的1/41/62021/9/15775.异步电动机异步电动机在正常运行时，相当于一个阻抗；在短路初瞬次暂态时段内，接在短路点附近（800KW,低压容量200KW）类似于发电机短路初瞬异步电动机等值电路异步电动机次电抗百分数电动机启动电流倍数56.

24、52021/9/1578二、采用有名值的电力网等值电路二、采用有名值的电力网等值电路电力网的等值电路均以单相图表示，各电气元件按接线顺序连接，由于电网中有变压器，所以各元件处于不同电压等级，在连接成等值电路时，变压器本身已经等价成阻抗和导纳，变换电压的作用不见了，因此，必须将各元件有名值参数“折算”到某一任意指定的电压等级。为简化计算，各电压等级采用平均电压进行计算1、各级电压的平均电压各输电线路首端电压可达1.1，而线路末端电压为，因而其平均电压约为1.05，各级电压的平均电压见下表2021/9/15792.阻抗和导纳的阻抗和导纳的“折算折算”方法方法将原处于电压级的阻抗和导纳“折算”到电压

25、级的计算方法折算后的阻抗和导纳(级)折算前的阻抗和导纳（级）2021/9/15803.电源电势的折算电源电势的折算无论原来电源电势是多少，都改为折算后电压级的平均电压即可。无论原来电源电势是多少，都改为折算后电压级的平均电压即可。即所任意选择的电压级的平均电压即所任意选择的电压级的平均电压例1.原始电力网如下图所示，画出其有名值等值电路解：1）先自行选取指定的电压等级，假定选取短路点处的电压为指定电压级即10KV的平均电压为10.5KV.2021/9/15812）计算电网中各元件的有名值，并将有名值折算到指定的电压等级）计算电网中各元件的有名值，并将有名值折算到指定的电压等级2021/9/15

26、82注意：电源电势为10.5KV，与选定平均电压级相等，所以电源电势未变；变压器的导纳折算与阻抗折算时乘的系数是互为倒数的关系，变压器参数折算时额定电压的选取可任意选择高压侧或是低压侧的值，计算出的结果是相等的,如以变压器的电阻为例：2021/9/15833）由计算出的各元件有名值可以画出电网短路时的有名值等值电路在高压电网短路计算中，导纳值和电阻值与电抗值相比较小可略去不计，因此等值电路可进一步简化为：2021/9/1584各元件都处于一个电压级（10.5KV），可直接相加得到电源到短路点的总电抗三、采用标么值的电力网等值电路1、标么值的定义和基准值的确定标幺制是相对单位制的一种，在标幺制中

27、各物理量都用相对值表示，标幺值的定义如下：注：标幺值是一个没有单位的相对值，通常用带*的下标以示区别。2021/9/1585基准值的选取基准值的选取 各量基准值之间必须服从电路的欧姆定律和功率方程式。也就是说在三相电路中，电压、电流、功率和阻抗的基准值Ud、Id、Sd、Zd要满足下列关系：标幺制标幺制2021/9/1586一般选取电压和功率的基准值Sd和Ud，则电流和阻抗的基准值分别为：基准值的选取基准值的选取 为了方便计算，通常取为了方便计算，通常取100MVA为基准功率，取元件所为基准功率，取元件所在电压等级的平均额定电压为基准电压，因为在实用短路电在电压等级的平均额定电压为基准电压，因为

28、在实用短路电流计算中可以近似认为电气设备（除电抗器外）的额定电压流计算中可以近似认为电气设备（除电抗器外）的额定电压与所在电压等级的平均额定电压相等。与所在电压等级的平均额定电压相等。标幺制标幺制2021/9/15872、化标么值电力网等值电路的方法1）统一化成标么值：即将原始网络先用折算的方法化成有名值等值电路，再将有名值电路化为标么值电路。例2、如将例1的有名值等值电路化为标么值等值电路选取基准值：2021/9/1588计算电源电势标么值：计算各元件电抗标么值：标么值等值电路如下图：2021/9/1589若将标么值还原成有名值则：2）就地化成标么值）就地化成标么值这种方法不必先用折算方法化

29、为有名值等值电路，而是直接用各元件有名值阻抗除以本电压级的阻抗基准值有名值阻抗除以本电压级的阻抗基准值即可。例3、用就地化成标么方法将例1原始网络化为标么值等值电路解：选取基准值：因为各元件的本级电压的平均电压不一致，所以各元件的本级阻抗因为各元件的本级电压的平均电压不一致，所以各元件的本级阻抗基准值也不一致基准值也不一致2021/9/1590求出各元件电抗值并随即除以本级电抗基准值求出电源电势标么值2021/9/1591不同电压等级电抗标么值的关系在实际的电力系统中电压等级是不同的，他们之间通过变压器连接，在计算短路电流时，需要求出短路点到电源之间的总电抗。为此应该把不同电压等级的电抗都归算

30、到某一指定电压等级，化成该电压等级的电抗标么值。但是用标么值进行计算时有一个重要特点：即在取各电压级的平均电压作为该级基准电压的条件下，即在取各电压级的平均电压作为该级基准电压的条件下，求出的电抗标么值在不同的电压级是相等的。求出的电抗标么值在不同的电压级是相等的。假设电源为无限大容量系统。选定基准容量为，取各电压级的平均电压为各级基准电压，段的基准电压为；段的基准电压为；段的基准电压为 假定 段线路的电抗有名值为 。则电抗在 段的标么值为 则该线路电抗在 段的有名值为2021/9/1592该线路电抗在 段的标么值为：可知在第段的标么值与折合到第段的标么值相等。因此，在采用标么值进行计算时，无

31、论在哪个电压级发生短路，只要用电抗所在电压级的平均电压作为基准电压求出标么值就不必再折算了。此关系对电压、电流也同样适用。即任何一个以标么值表示的量，经变压器变化后数值不变。但应该值得注意的是：标么值相等并不等于实际的有名值也相等。四、电力网等值电路有关公式和数据常用电压级的各项基准值（）2021/9/1593有名值与标么值换算公式2021/9/15942021/9/1595第三节短路计算中的网络化简网络变换目的是简化短路电路，以求得电源至短路的等值总阻抗一、高压电网的网络化简1、网络变换：对高压电网，一般短路回路中XR，在短路计算中可以仅计入电抗。常用的网络等值变换见下表：2021/9/15

32、962021/9/15972021/9/15982、对称关系法同电位的点可以连接，其间电抗器可去除二、低压电网的网络化简在1000V以下电网中，电阻R较大也需计入。1、当电路元件为串联时：总电抗：X=X1+X2+.总电阻：R=R1+R2+.2021/9/15992、当两个电路元件为并联时总电抗总电阻当R1/X1R2/X2时则可认为中间等电位而短接，直接化简为 总电抗总电阻2021/9/15100第四节三相短路的计算方法一、无穷大电源系统供给的短路电流1 1、无穷大容量系统的概念、无穷大容量系统的概念无穷大容量只是一个相对概念，指电源系统的容量相对于用户容量大得多，在发生三相短路时电源系统的阻抗

33、远远小于短路回路的总阻抗，以致无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变，即电压的幅值和频率都恒定不变。无限大容量电源记作S=，电源的内阻抗Z0（X=0,R=0）。在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路回路总阻抗的抗的5%10%，或者电源系统的容量超过用户容量的，或者电源系统的容量超过用户容量的50倍时，可将其视为无穷大容量电源系统。倍时，可将其视为无穷大容量电源系统。2021/9/151012、无穷大电源系统供出的三相短路电流计算方法1）直接用有名值计算（根据折算到短路点的等值电路）a.a.三相短路电流周期分量有效值三相

34、短路电流周期分量有效值 (短路点处次暂态短路电流值)无穷大容量电源系统发生三相短路时，电源母线电压不变，即短路电流周期分量幅值保持不变，则在高压供电系统中，若 ，就可略去电阻，则2021/9/15102b.b.短路电流冲击值短路电流冲击值 短路电流冲击值和短路冲击电流有效值c.c.三相短路功率三相短路功率 在高压断路器的选择中，有时需要校验其开断容量，为此需计算三相短路时的次暂态短路功率Sk2021/9/151032)用标么值计算由于无穷大系统电源电压保持不变，那么电源相电压的标么值为12021/9/15104二、有限容量电源系统三相短路电流的计算二、有限容量电源系统三相短路电流的计算 有限容

35、量电源系统发生三相短路后，其母线电压不再保持恒定，短路电流周期分量也随之发生变化，这样，其短路电流周期分量不能向无穷大系统那样简单求出。但如果已知短路后某一时刻发电机的电势，则短路电流周期分量相应时刻的有效值可按下式直接求取式中：Et短路后t时刻的发电机的电势；X短路回路总电抗。2021/9/15105有限容量电源系统三相短路电流的计算有限容量电源系统三相短路电流的计算1、运算曲线法概述在实际工程计算中，通常采用“运算曲线”来求解三相短路电流周期分量的有效值 式中：t待求短路电流的时间；X*ca短路回路的计算电抗,是以向短路点直接提供短路电流的发电机容量为基准功率求出的电抗标幺值。即只要计算出

36、某电源到短路点的计算电抗，就可以从曲线即只要计算出某电源到短路点的计算电抗，就可以从曲线中查得短路后任意时刻该电源供到短路点的短路电流（标中查得短路后任意时刻该电源供到短路点的短路电流（标么值）么值）2021/9/15106汽轮发电机的运算曲线汽轮发电机的运算曲线2021/9/15107有限容量电源系统三相短路电流的计算有限容量电源系统三相短路电流的计算注意：注意：a、某电源到短路点的计算电抗，是该电源到短路点的直连电抗（经网络化简后得到）标么值。这个标么值的基准电抗是以电源额定容量作为基准容量算出的，而不是用任意选定的100MVA作基准容量。b、运算曲线只做到3.45为止。当3.45时可认为

37、短路点太远，对发电机端电压没有影响，机端电压不变，类似无穷大电源供电，即2021/9/15108n短路电流的稳态值 一般认为短路以后经过4s短路即进入稳态，则可以取t4s时的周期分量有效值作为短路电流的稳态值。n短路电流次暂态值 短路电流次暂态值是短路以后第一个周期的短路电流周期分量的有效值，令t0s，运用运算曲线求出的周期分量有效值，即短路电流次暂态值。有限容量电源系统三相短路电流的计算有限容量电源系统三相短路电流的计算 短路电流各量的计算短路电流各量的计算 有限容量系统短路电流冲击值和三相短路功率的计算方法与无穷大容量系统相同。2021/9/151092、运算曲线法的步骤1）画出以标么值电

38、抗表示的等值电路图（取）画出以标么值电抗表示的等值电路图（取 100MVA,）,原始网络原始网络中所有的负荷均认为是断开的（直接接在短路点附近的大容量电动机除外）。中所有的负荷均认为是断开的（直接接在短路点附近的大容量电动机除外）。2）进行等值网络化简，最终要化成各个电源与短路点之间都是只经过一个电抗）进行等值网络化简，最终要化成各个电源与短路点之间都是只经过一个电抗相连。这个直连电抗就称为该电源对短路点的相连。这个直连电抗就称为该电源对短路点的“转移电抗转移电抗”3）将各）将各“转移电抗转移电抗”分别换算成以各自电源的电源总容量为基准容量的新标么分别换算成以各自电源的电源总容量为基准容量的新

39、标么值，即为各电源到短路点的值，即为各电源到短路点的“计算电抗计算电抗”4）用各）用各“计算电抗计算电抗”在在“运算曲线运算曲线”上查出各电源供给短路点的短路电流周期上查出各电源供给短路点的短路电流周期分量任何时刻的标么值（这些周期分量标么值不可以直接相加，因它们的基准值分量任何时刻的标么值（这些周期分量标么值不可以直接相加，因它们的基准值不同）不同）5）将各电源供给的短路电流标么值乘以各自的电流基准值（分别以各自的电源）将各电源供给的短路电流标么值乘以各自的电流基准值（分别以各自的电源总容量和短路点平均电压为基准值算出），就得到短路点处由各电源供给的短路总容量和短路点平均电压为基准值算出），

40、就得到短路点处由各电源供给的短路电流周期分量有名值。电流周期分量有名值。6）将各电源点供出的短路电流有名值此时直接相加就得到短路点总的三相短路）将各电源点供出的短路电流有名值此时直接相加就得到短路点总的三相短路电流有名值。电流有名值。7）同样可求出三相短路冲击电流的有名值。）同样可求出三相短路冲击电流的有名值。2021/9/15110例4、求下图K点三相短路时短路点的短路电流2021/9/15111解1、网络化简1）画等值电路图，各电抗按顺序编号取100MVA，本例中分别为115KV和10.5KV2021/9/151122）将3、4、5号电抗组成的三角形网络化成由10、11、12号电抗组成的星

41、形网络，将6、7、8号电抗组成的三角形网络化成由13、14、15号电抗组成的星形网络，如下图所示2021/9/151133)将1、2、10号串联电抗合并为16号电抗，将12、13号串联电抗合并为17号电抗，将9、14号串联电抗合并为18号电抗。2021/9/151144)将16、17、11号电抗构成的星形化为由19、20、21号电抗构成的三角形。因21号电抗是连接两个电源的支路，与短路点电流无关，故略去不画。2021/9/151155)4支路星形网形求出各电源对短路点的转移电抗2021/9/151166）将转移电抗化为各电源到短路点的计算电抗由于由于 代表无穷大电源系统，系统容量为无穷大不能求

42、代表无穷大电源系统，系统容量为无穷大不能求它的计算电抗，所以直接用转移电抗它的计算电抗，所以直接用转移电抗 进行计算。进行计算。7)计算各电源供给短路点的短路电流。有限容量电源根据计算电抗查运算曲线，求出各个时有限容量电源根据计算电抗查运算曲线，求出各个时刻的短路电流标么值，进而求出其有名值；无穷大电刻的短路电流标么值，进而求出其有名值；无穷大电源因周期分量幅值不变可根据其转移电抗利用公式直源因周期分量幅值不变可根据其转移电抗利用公式直接计算。接计算。2021/9/15117电源供给短路点的短路电流：求以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值。查附录12的0S曲线，对应查附

43、录12的0.2S曲线，对应查附录12的4S曲线，对应2021/9/15118电源供给短路点的短路电流：求以电源容量为基准容量，以短路点平均电压为基准电压的电流基准值。查附录12的0S曲线，对应查附录12的0.2S曲线，对应查附录12的4S曲线，对应2021/9/15119电源供给短路点的短路电流：短路点总的三相短路电流：短路点的短路容量：短路点三相短路冲击电流：取2021/9/15120开始上课啦！2021/9/15121三、短路电流计算中的问题三、短路电流计算中的问题1、电源的合并问题当多个电源同时对某一供配电系统供电时，称该系统为多电源供电系统，其电源组成有以下三种情况：1）多个电源均来自

44、无穷大容量系统；2）多个电源均来自有限容量系统；3）部分电源来自无穷大容量系统，另一部分电源来自有限容量系统。2021/9/15122影响短路电流变化规律的主要因素有两个：一是发电机的特性（指类型和参数等）；二是对短路点的电气距离。一般情况下，来自无穷大容量供电系统的电源可以合并成一个无穷大容量系统；与短路点的电气距离相差不大的同类型发电机可以合并成一台等值发电机；但直接接于短路点的发电机应予以单独考虑。在这种情况下进行短路电流计算时，可以将电源按类型分组，并把短路电流变化规律相同的电源合并成一个电源。2021/9/15123合并规则等值电源的容量等于各电源的容量之和，等值电抗等于各支路电抗的

45、并联。一般两个电源可以合并的条件为：两个电源的容量两个电源到短路点的电抗2021/9/151242、短路电流冲击系数、短路电流冲击系数 的取值的取值当短路发生在发电机出口处时，1.9：当短路发生在高压电网的其他各点时，1.8：在1000KVA及以下变压器低压侧0.4KV短路时，1.3：在发电厂升压变压器高压侧短路时，1.85 在电网的不同地点短路，冲击系数的取值不同：与短路回路参数有关（），也可以由教材图221查得在计算多电源网络中某点短路时，在计算多电源网络中某点短路时，要分别求出各电源各自供给要分别求出各电源各自供给的冲击短路电流，最后再求其和的冲击短路电流，最后再求其和。因为各自的冲击系

46、数不相同。因为各自的冲击系数不相同。2021/9/151253、对电网中负荷的处理（1）一般综合负荷。发生短路时，可将负荷从网络中断开不参与短路电流计算。主要因为一般综合负荷的短路电流因电压下降而大为主要因为一般综合负荷的短路电流因电压下降而大为减小，与短路电流相比，可忽略不计。减小，与短路电流相比，可忽略不计。（2）异步电动机 异步电动机是供电系统中最主要的负荷之一。当供电系统发生短路时，短路点的电压为零，而接在短路点附近的电动机的转速又不能立即降至零，其反电势大于机端残压，此时电动机就会像发电机一样，向短路点馈送电流。当电动机容量较大时，这一反馈电流数值较大，不能忽略。2021/9/151

47、26另外，由于该反馈电流使电动机迅速制动，其值也快速衰减，所以只需考虑对短路电流冲击值的影响。在短路电流实用计算中，当短路点发生在高压电动机附近，电动机容量（高压800KW;低压200KW），并且是三相短路时，才计及电动机对短路电流冲击值的影响。如图所示如图所示2021/9/15127电动机发出的反馈次暂态短路电流和短路冲击电流可按下式计算：式中，KshM为电动机的短路电流冲击系数，低压电动机取1.0，高压电机取1.41.6；为电动机的次暂态电势标幺值；为电动机的次暂态电抗标幺值；INM为电动机额定电流。ish.=is+is.M考考虑电动机的影响后，短路点的冲机的影响后，短路点的冲击短路短路电

48、流流为 2021/9/151283、系统的等值电抗的估算、系统的等值电抗的估算 电力系统的电抗标幺值 无限大容量系统 XS=0已知系统电抗有名值XS已知系统的短路容量SK已知系统出口断路器的短路容量SOC2021/9/151294、短路时母线残压的计算电网中发生三相短路时，短路点的电压降为0，短路点附近的电压也大为降低。为分析短路时电力系统的运行状态或继电保护整定计算的要求，常需要计算系统中某点在短路时的电压，称为剩余电压或残压。短路稳态时，如某一点的母线至短路点的电抗为X，则该母线的剩余电压为：用标么值计算时：2021/9/15130例例25 如如图图223所所示示电电网网，计计算算在在点点

49、发发生生三三相相短短路路时时的的短路电流。有关数据已标于图中。短路电流。有关数据已标于图中。2021/9/15131解：画出等值电路，解：画出等值电路，见图见图224。取。取 2021/9/15132(1)K1点短路的短路电流。网络化简为图225，负荷支路断开不必画出。2021/9/15133火电厂总容量：再用星形变三角形变换进一步化简为图226，得出各电源的转移电抗：2021/9/15134求各支路求各支路计计算算电电抗：抗：水水电电厂：厂：火火电电厂：厂：求各支路供求各支路供给给的短路的短路电电流：流：水水电电厂供厂供给给：火火电电厂供厂供给给：系系统统供供给给：求求总总的短路的短路电电流

50、和冲流和冲击击短路短路电电流：流：2021/9/15135实际实际上系上系统统在在K1点的短路容量要小于断路器点的短路容量要小于断路器额额定断流容定断流容量量4000MVA。所以系。所以系统电统电抗抗标标么么值应值应大于前面大于前面计计算得算得出的出的0.025，这样实际这样实际的短路的短路总电总电流和冲流和冲击击短路短路电电流也流也比上面得出的比上面得出的值值要小些要小些.可可见见，这样这样计计算的短路算的短路电电流偏流偏大些大些，选择设备时选择设备时更安全。更安全。2021/9/15136(1)K2点短路的短路点短路的短路电电流利用上面的流利用上面的结结果，可画出果，可画出K2点短路点短路