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5分快38 电力系统不对称短路的分析与计算
发布时间:5分快38 电力系统不对称短路的分析与计算

  电力系统不对称短路的分析与计算短路种类 示意图 代表符号 对称短路补充——中性点接地方式 (1)中性点定义 指星形接线的变压器或发电机的中性点。 (2)中性点接地方式 中性点与大地之间的电气连接方式。 (3)接地方式的重要性 中性点接地方式关系到绝缘水平,供电可靠 性,通信干扰,接地保护方式、电压等级、 系统稳定等诸多问题。 采用中性点不接地方式(包括经消弧线圈接地)补充——中性点接地方式 若系统中一相接地时,出现了除中性点以外的另一 个接地点,构成了短路回路,接地相电流(短路电 流)很大,须迅速切除接地相。 补充——中性点接地方式 直接接地方式 安全性好;供电可靠性低。 正常运行时:中性点电压为 中性点电压为A相单相接地时: 非接地相的对地电压升高了 中性点电压升高为相电压 若系统中单相接地时,不是单相短路,接地线路可以不跳闸,按规程仍可运行两小时。 供电可靠性高;对绝缘水平要求很高,经济性差。 由于导线有对地电容,中性点不接地系统中一相 接地时,流过接地点的接地电流为纯容性电流 (非短路电流)。 补充——中性点接地方式 经消弧线圈接地(属于不接地方式)单相接地电流的有效值为 补充——中性点接地方式 当其达到一定值时,有可能使接地点电弧无法自行熄灭而产生过电压。为了减少接地电流,可在 系统某些中性点处装设消弧线圈。 补充——中性点接地方式 经消弧线圈接地(属于不接地方式) 全补偿——不允许(系统会产生谐振过电压)过补偿——经常采用 欠补偿——一般不采用 各元件的正序、负序、零序参数(阻抗、导纳) 各种不对称短路的短路电流和短路电压的计算方法 对任意某系统某点f: 三相短路:f点短路可看作在f点接一用电设备: 断开即,开关 1.1短路的本质 闭合即开关 负载采用星形接地接法 闭合即开关 负载采用星形接地接法 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! 1.2 不对称短路的特征 特征:短路点元件参数不对称(三相阻抗不等) 运行参量不对称 (各相电压电流不对称) 在任意某系统某点f发生不对称短路时 如何处理这种不对称特征?由于只有短路点参数不对称,故 一般不使用直接求解复杂的三相 不对称电路的方法,而采用更简 单的对称分量法进行分析。 各元件的正序、负序、零序参数(阻抗、导纳) 各种不对称短路的短路电流和短路电压的计算方法 2.1 单相交流电压、电流的向量表示 2.2三相正序交流电压、电流的向量表示 电力系统正常运行时的电压波形图三相正序电压向量 三相正序电流向量电力系统正常运行时的正序相序的确定 若:XX’绕组为A相,则显然YY’绕组为B相,ZZ 绕组为C相。即:先设定其中一相, 则其他两相即可确定 ZZ’绕组为A相,则显然XX’绕组为B相,YY 绕组为C相。正序三相向量的数学描述: 120sin 120 cos 120 显然,只需知道其中一相的值,即可计算出其 他两相 2.3 三相负序交流电压、电流的向量表示 负序电压波形图三相负序电压向量 负序电流波形图三相负序电流向量 I:先根据正常运行状态确定A、B、C三相 则,此时电压和电流为负序 A—

  B—

  C:120 例如:取XX’绕组为A相,则必取YY’绕组为B相,ZZ 组为C相,则正常运行时电压、电流的相序为 II:若此时,因某种因素,导致 A、B、C三相上电压、电流 相对而言的!理解:正序和负序是相对而言的! 若为发电机 如:取XX’绕组为A相,则必取YY’绕组为B相,ZZ ’绕组 为C相,则转子逆时针旋转时 产生的电压、电流的相序为 A—

  B—

  C:120 则:此时,若转子反转,产生的电压和电流的相序为: A—

  C—

  B:120 则,此时电压和电流为负序理解:正序和负序是相对而言的! 若为电动机 注:电力系统中,认为发电机正常运行时产生的电 压和电流为正序!即使用发电机定义A、B、C三相 如:取XX’绕组为A相,则必取YY’绕组为B相,ZZ ’绕组 为C相,则在定子上加正序电 转子顺时钟旋转A—

  B—

  C:120 则:此时,在定子上加负序电压是, 转子反向旋转。 A—

  C—

  B:120 120sin 120 cos 120 显然,5分快3只需知道其中一相的值,即可计算出其 他两相 2.4 三相零序交流电压、电流的向量表示 零序电压波形图三相零序电压向量 零序电流波形图三相零序电流向量 120sin 120 cos 120 显然,只需知道其中一相的值,即可计算出其 他两相 2.5 三相不对称电流、电压的向量表示 对称三相电流、电压向量:II. 不对称三相电流、电压向量: 定义:三相相量的幅值或有效值相等; 三相相量的相位角之差相等。 显然: 正序、负序、零序均满足上述要求(零 序各相之间相角差为0度)。 特点: 对对称三相相量而言,只需知道其中一相,即 可根据对称关系求的其他两相的值。 定义:三相相量的幅值不等或相角差不等; 特点: 无法根据其中一相的值计算出其他两相的值。 不对称三相电压的向量表示: 2.6三相不对称电流、电压的向量分解 对称分量法:定义:一组不对称的三相(电流、电压) 相量,可以唯一地分解为正序、负序、 零序三组对称的三相(电流、电压)相 量之和;反之亦成立。 正序三相向量 负序三相向量 零序三相向量 合成 各相叠加 II .对称分量法的波形图表示 可分解为正序、负序、零序三组对称的电压波形叠加 正序电压分量 负序电压 分量 零序电压 分量 III. 对称分量法的数学描述: 不对称电压的分解:不对称三相 电压向量 分量已知A相三序电压,即可计算出 B、C相三序电压和相电压 简写:其中: 对称分量 变换矩阵 不对称三相电压列 向量 序对称分量电压列向量 同理可得:不对称三相电流向量的分解表示 已知线电流为:计算线电流的对称分量 根据各序相量的相角关系得2.7 电力系统电流、电压三相不对称的原因分析 正常运行时,电力系统的三相参数(阻抗、导纳)是基本相同的(理论上讲是完全相同的); II. 正常运行时,发电机的三相电压、功率等参数 也是正序对称的。 III. 故:电力系统正常运行时,发电机、变压器、电 力线路和负载上的电流、电压都是三相正序对称 IIII.电力系统在正常运行时,不存在负序和零序电源, 故在正常运行时,系统中不存在负序和零序电压和 电流。 注意:负序、零序电压和电流只有在发生故障(短 路、断线或负载不对称)时,才有可能产生。 各元件的正序、负序、零序参数(阻抗、导纳) 各种不对称短路的短路电流和短路电压的计算方法 特征:短路点元件参数不对称(三相阻抗不等) 运行参量不对称 (各相电压电流不对称) 在任意某系统某点f发生不对称短路时 如何处理这种不对称特征?3.1 对短路点阻抗不对称性的处理 处理方法:以不对称电压源等值替代不对称阻抗 完全等值关键:使不对称电压源的各相电压等于短路点各 相实际电压。 3.2 对不对称电压源的不对称性的处理 处理方法:把不对称电压源分解为正序、负序、 零序三个串联的电压源。 完全等值结果:系统中不存在不对称运行参量,也无不对 称的元件参数。 3.3对含三序电压源系统的求解原理 取其中一相(设A相)进行计算因系统三相对称,故只需计算出A相的正序、负序、零序 运行参量(序电流和序电压),B、C两相的各序运行参 量即可求出;进而可求出A、B、C三相的短路电流和短 路电压。 G1(2)G2(2) G1(0)G2(0) 显然,系统中各相短路电流(电压)等于 每相三序电流(电压) 的叠加。 参数?现在是否可采用第7章的计算方法计算各 序网电流电压? 待求问题? 由于电力系统中,同一元件上施加正序、负序、 零序电压时,所表现出来的阻抗特性不同。 因此,下面尚需学习各元件的序参数! 各元件的正序、负序、零序参数(阻抗、导纳) 各种不对称短路的短路电流和短路电压的计算方法 同步发电机 异步电动机 变压器 线路 旋转元件 静止元件 4.1同步发电机的序参数及等值电路 同步发电机的等值电路 同步发电机示意图 定义:发电机端口短接时,发电机电动势和流出发电机端口的电流的比值。 稳态:暂态: 阻抗(2)负序电抗X 定义:发电机正常运行时,施加在发电机端点的负序电压和流入定子绕组的负序电流的比值。 阻抗发电机不存 在负序电源 发电机正常运行时:1)励磁绕组产生磁场B 2)转子旋转,导致定子切割主磁场B ,从而在定子上感应出电压,相序为: A-

  B-

  C,如图示。 3)若外电路接通,则会产生 正序电流,进而产生定子磁 场Ba,(旋转磁场) 4)主磁场B 和定子磁场Ba合成磁场B。 当在定子绕组端口施加基频负序电压时,发电机相当于用电 设备,产生负序电流: 1)产生负序旋转磁场B 2)负序旋转磁场与转子有二倍同步转速的相对运行; 3)该负序旋转磁场一会掠过 转子d轴,一会掠过转子q 轴,使励磁绕组和d轴阻尼 绕组中的磁链总要变动; 4)根据磁链守恒原则,励磁绕组和阻尼绕组均要产生 感应电流,将负序磁链挤 出,使之通过漏磁路构成通 路;这与对称三相突然短路 时暂态过程开始的情况相似; 5)负序磁链通过d轴磁路时,负序电抗相当于 定义:发电机正常运行时,施加在发电机端点的零序电压和流入定子绕组的零序电流的 比值。 阻抗发电机不存 在零序电源 若发电机中性点不接地,则零序阻抗为 II.若中性点接地(星形接地), 定子绕组通过零序电流时: 1)三相合成磁场为0; 2)只存在定子绕组漏磁通; 3)因此电抗小于正序; 若发电机中性点不接地(如发电机绕组接法为星形不接地或三角形接法),则零序阻抗为 4.2 变压器的序参数及等值电路 注意:变压器的电阻一般较小,因此在短路 计算时常予忽略不计! (1)正序电抗X jXII jX jX正序单相等值电路 :值很大,忽略不计。 II jXII jX jX负序单相等值电路 :值很大,忽略不计。 由于:三相变压器为静止元件,改变相序并不改变各绕组相互之间的互感和自身的漏感。 因此:负序电抗等于正序电抗 (3)负序电抗X 定义:变压器通过零序电流时的电抗影响因素: (1)绕组接线)铁芯结构 核心因素 自学 自学,分析中先 假设为定值 结论:一次绕组不接地,变压器阻抗无穷大 分析:如果一次绕组不接地,由于在任一相一次绕组两端电压始终相等,不会产生激励电流,也就不会产生激励磁 场,因此变压器无法实现能量转换功能,相当于变压器对 零序电流的阻抗为无穷大。 分析:由于中心点接地,一次侧可以产生零序电流;可以在二次侧感应出大小相等,相位相同的 电动势,如上图红色箭头所示。 由于二次侧Δ接线,三个电动势首尾相连, 形成一个零序电流环流(类似于三个干电池首尾 相连成环的情况)。 因此:变压器二次侧三个出线端子等电位,三相绕组感应电动势所产生的零序电流无法流到外电路当中。 故而: 分析:由于中心点接地,一次侧可以产生零序电流;可以在二次侧感应出大小相等,相位相同的 电动势,如上图红色箭头所示。 由于二次侧Y接线,变压器二次侧的线, 故无法在相与相之间产生零序电流; 由于二次侧Y接线,尽管变压器二次侧的相电压 不为0,但由于二次侧中心点不接地,因此,在 相与地之间也无法构成回路,产生零序电流 因此:由于变压器二次侧无法作为电源输出电流,相当于变压器无法把一次侧的零序电流转换到二次侧。 故而: 分析:由于中心点接地,一次侧可以产生零序电流;可以在二次侧感应出大小相等,相位相同的 电动势,如上图红色箭头所示。 由于二次侧Y0接线,变压器二次侧的线, 故如果二次侧连Y形接线负载,不会产生零序电 在该接线方式下,变压器二次侧的相电压与地电压不为0,且二次侧中心点接地,因此,若二次 侧连Y0形接线负载,会产生零序电流 零序单相等值电路:II 二次侧是否有零序电流取决于后续电路是否中 心点接地 因此:变压器单相等值电路如下 4.3 电力线路的序参数和等值电路 (1)正序电抗X 定义:导线流过正序电流所体现的阻抗即等于稳态运行时(此时线路中只有 正序电流)的阻抗。 其中:电抗由自感和互感两部分组成 由于各相电流相差120度, 故自感和互感的磁场 是相互消弱的。 (2)负序电抗X 定义:导线流过负序电流所体现的阻抗由于:电力线路为静止元件,改变相序并不改变各绕组 相互之间的互感和自身的自感。 因此:负序电抗等于正序电抗 (3)负序电抗X 定义:导线流过零序电流所体现的阻抗由于:电力线路通过零序电流时,各相电流的相位是相 同的,互感磁场和自感磁场是相互加强的 因此:零序电抗大于正序电抗 各元件的正序、负序、零序参数(阻抗、导纳) 各种不对称短路的短路电流和短路电压的计算方法 原理回顾(本章第三节) 任意地方短路又相当于在短路点接 一不对称电压源 相当于在短路点接一不对称负载 把不对称电压源分 个串联的电压源。 单相系统由于三相对称,可取 其中一相进行计算 G1(2)G2(2) G1(0)G2(0) 参数由于系统中存在三类不 同电源,计算时,又需 把系统分解为正序、负 序、零序三个分量系统。 计算出三序网电流、电 压,即可根据叠加原理 求出短路电流、电压 5.1 正序、负序、零序网络等值电路的形成 G2(1)开路电压 正序输入阻抗 正序网等值电路 形成原理:根据戴维南定理,可把短路点以内的系统(上图红框以内的部分)看做是一个 以空载电压为电动势、输入阻抗为内阻抗的电压源。 示例:正序网络 正序网等值电路 kV110 10.5kv110kv 10kv G1T1 T2G2 已知 未知 正序网络的等值电路负序输入阻抗 形成原理:根据戴维南定理,可把 短路点以内的系统看做是一个以空载电压 为电动势、输入阻抗为内阻抗的电压源。 G1(2)G2(2) 负序网络的空载电压为0 负序网等值电路 示例:负序网络负序网等值电路 10.5kv110kv 10kv G1T1 T2G2 已知未知 零序网络的等值电路零序输入阻抗 零序网络的空载电压为0 负序网等值电路 G1(0)G2(0) 发电机通常中心点不接 地,故无对地零序电抗 示例:零序网络 零序网等值电路 已知未知 10.5kv110kv 10kv G1T1 L1 T2 G2 L2 注意 5.2 不对称短路的序参数表示的边界条件 背景: 得到各序网等值电路之后,可写出三序电压平衡 方程 三个方程六个未知数 因此:还需要根据具体短路类型,再写出三个 序参数所表示的方程。(可根据不同类 型短路的边界条件写出) 单相短路示意图相参数表示的边界条件 fcfb fa 假设接地电阻为0.由相参数表示的边界条件可推导出序参数表示的边界条件 fcfb fa fa(0)fa(2) fa(1)fc(0) fc(2) fc(1) fa(0)fa(2) fa(1) fb(0)fb(2) fb(1) fb fa(0) fa(2) fa(1) fa fafa fa fa fa fa 三个方程意味着:三个序网 在故障点串联 序参数表示的边界条件 两相短路的边界条件方程两相短路示意图 相参数表示的边界条件 fcfb fc fb fa fa(2)fa(1) fa(2) fa(1) fa(0) 故障点并联fb 两相接地短路的边界条件方程两相接地短路示意图 相参数表示的边界条件 序参数表示的边界条件 fcfb fa fa(0)fa(2) fa(1) fa(0) fa(2) fa(1) 5.3短路点电压、电流的计算 已知量: 得到各序网等值电路之后,可写出正序、负序、零序网三个等值电路方程 得到短路的边界条件之后,可写出三个序参数表示的边界条件方程 所以:解上述6个方程所组成的方程组, 即可计算出短路点正序、负序、零序电流和电压 进而,计算出短路点的各相电压和相电流。 (1)解方程组 边界条件方程边界条件方程 边界条件方程 六个方程六个未知数 (2)计算B、C两相 序参数 数;计算各相短路电流和电压。 单相短路分析;II 两相短路分析; III 两相接地短路分析。 边界条件fa fafa fa fa fa fa fa(0)fa(2) fa(1) fcfb fa(0)fa(2) fa(1) fa