1、第4章 三相短路的暂态过程,一短路的一般概念二恒定电势源电路的三相短路三同步电机突然三相短路的物理分析四无阻尼绕组同步电机三相短路电流五有阻尼绕组同步电机三相短路电流六强行励磁对短路暂态过程的影响,思考题,短路的类型、原因和后果。短路的合闸角，它和自由电流的关系。冲击电流、冲击系数、短路电流最大有效值。画出有阻尼和无阻尼凸极发动机短路时的等值电路、电势相量图。掌握暂态电势、次暂态电势、暂态电抗、次暂态电抗。,4.1 短路的一般概念,1) 短路的类型,不正常的相与相、相与地(中性点接地系统)发生通路的情况。类型包括： 三相短路：只有正序。少、严重；基础 两相短路：正序、负序 单相接地短路：正序、
2、负序、零序。最多。 两相接地短路：正序、负序、零序复杂故障,4.1 短路的一般概念,1) 短路的类型,三相短路,4.1 短路的一般概念,1) 短路的类型,两相短路,两相短路接地,4.1 短路的一般概念,1) 短路的类型,单相短路,单相接地,2) 短路的类型,两相不同地点接地,两相短路接地,4.1 短路的一般概念,2) 短路的原因,元件：绝缘老化，设备缺陷(设计、安装、维护) 气象：雷击(放电、动作)，大风、覆冰(倒杆) 人为事故：带负荷拉闸，检修后带地线送电。 其他：挖沟损伤电缆，误碰架空线，鸟兽跨接。,4.1 短路的一般概念,3) 短路的后果,巨大的电流及电弧，损坏故障元件。 发热和电动力，
3、使非故障元件损坏或缩短寿命。 部分地区电压大大降低，影响供电质量。 破坏电力系统运行的稳定性，振荡、瓦解。不对称短路影响通信线路和铁路讯号。,4.1 短路的一般概念,4) 短路破坏的快速性,短路电流很大，会在很短时间内造成很大危害。电力系统各设备之间是电和磁的联系，当某一设备发生故障时，会在极短的时间内影响到同一电力系统中的其它设备，扩大事故，甚至造成整个系统瓦解。,4.1 短路的一般概念,5) 短路计算的目的设计与运行需要,设备选择：电动力稳定度(冲击电流)、热稳定度(某时刻的短路电流的周期分量)、断流能力(某时刻的短路电流的有效值)。 继电保护和自动装置整定：周期分量、负序、零序。电气主接
4、线设计：限流措施。暂态稳定计算。研究短路对用户工作的影响。,4.2 恒定电势源电路的三相短路,1) 短路的暂态过程,无穷大容量电源：恒压、恒频、零内阻,4.2 恒定电势源电路的三相短路,1) 短路的暂态过程短路前,4.2 恒定电势源电路的三相短路,1) 短路的暂态过程短路后,右边电感储存磁场能量逐渐消耗。左边仍和电源连接，阻抗很小，电流很大。,4.2 恒定电势源电路的三相短路,1) 短路的暂态过程短路后,强制分量、稳态分量、周期分量,自由分量、暂态分量、非周期分量,合闸角,Ta = L / R，平均0.05s，4Ta = 0.2s衰减完毕。,1) 短路的暂态过程,4.2 恒定电势源电路的三相短
5、路,短路前周期分量,短路后周期分量,非周期分量,大小不变,1) 短路的暂态过程,4.2 恒定电势源电路的三相短路,非周期分量,大小不变,平行虚轴：最大,1) 短路的暂态过程,4.2 恒定电势源电路的三相短路,非周期分量,大小不变,垂直虚轴：0,2) 短路时各分量的特点,周期分量：短路前后变化很大；非周期分量作用：保持电感中的电流在短路前后瞬间不突变；非周期分量大小：等于短路前后瞬间的瞬时值之差，与合闸角有关。存在最大值，也可能等于0。但三相相差120，不可能同时最大或等于0最大值的条件：空载、 90、 = 0。,4.2 恒定电势源电路的三相短路,3) 短路冲击电流短路电流最大可能的瞬时值；,非
6、周期分量有最大初值的条件：,相量差 有最大值感性电路，空载。,4.2 恒定电势源电路的三相短路,t,3) 短路冲击电流,非周期分量有最大初值的条件：,相量差 有最大值感性电路，空载。,4.2 恒定电势源电路的三相短路,t,3) 短路冲击电流,非周期分量有最大初值的条件：,相量差 有最大值感性电路，空载。,4.2 恒定电势源电路的三相短路,相量差 在t = 0时刻与时间平行 = 0。,t,3) 短路冲击电流,4.2 恒定电势源电路的三相短路,3) 短路冲击电流,4.2 恒定电势源电路的三相短路,发电机电压母线侧短路,发电机高压母线侧短路,其他地点短路,用来检验设备和导体的电动力稳定度,4) 短路
7、电流有效值,4.2 恒定电势源电路的三相短路,周期分量幅值一个周期内恒定,非周期分量一个周期内不变,4) 短路电流有效值,4.2 恒定电势源电路的三相短路,短路电流有效值第一个周期内最大,4) 短路电流有效值,4.2 恒定电势源电路的三相短路,发电机电压母线侧短路,发电机高压母线侧短路,其他地点短路,5) 短路功率(短路容量),4.2 恒定电势源电路的三相短路,常用周期分量电流的有效值来计算,平均电压,短路电流的有效值,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,1) 电机绕组的特点,多个绕组磁耦合。 定子绕组同转子绕组相对运动。,2) 突然短路暂态过程的特点,电流急剧变化磁通变化电动势变化。 强
8、制分量、自由分量、如何衰减。,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,3) 分析的依据和假设,依据：磁链守恒。 假设：电机理想化、转速不变。,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路,a,c,b,空载运行,对称系统,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路,定子直流,定子交流,励磁直流,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路,定子直流,定子交流,励磁直流,定子直流要产生一个恒定磁通。磁阻每180 经历一个周期，增加电
9、流分量：倍频电流,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,4) 无阻尼绕组同步电机的突然短路,直流电流,磁链守恒,直流电流,倍频电流,磁阻变化,基频电流脉动磁场,基频电流,基频电流,直流电流,自由分量,自由分量,强制分量,强制分量,周期分量,转子,定子,电枢反应,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,无阻尼,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,a,a,x,d,a,x,d,q,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组
10、同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,暂态电势,暂态电抗,漏磁系数,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,电枢反应与励磁合成气隙磁链,定子漏磁链,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,如果变压器电势,电枢反应与励磁合成气隙磁链,定子漏磁链,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻
11、尼绕组同步电机的短路电流计算,假想电势,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,暂态电抗后的电势,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,暂态电势：虚构的电势,暂态电抗：结构参数，实在参数，可计算，可测,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,例,解,已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos=
12、 0.85。试求在额定满载运行时的电势,已经计算出EQ = 1.41，Id = 0.8。,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 无阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,次暂态电势的横轴分量,纵轴次暂
13、态电抗,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,次暂态电势的纵轴分量,横轴次暂态电抗,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,5) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,次暂态电势：虚构的电势,次暂态电抗：结构参数，实在参数，可计算，可测,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,例,
14、解,已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos= 0.85 。试求在额定满载运行时的电势,已经计算出EQ = 1.41，Id = 0.8，Iq = 0.6。,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,例,解,已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，cos= 0.85 。试求在额定满载运行时的电势,已经计算出EQ = 1.41，Id = 0.8，Iq = 0.6。,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,例,解,已知同步电机的参数为：Xd = 1.0， Xq = 0.6，co
15、s= 0.85 。试求在额定满载运行时的电势,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,6) 有阻尼绕组同步电机的短路电流计算,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,7) 几种同步电机等值电路比较,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,7) 几种同步电机等值电路比较,4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,8) 同步电机的主要参数典型值(汽轮机),4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,8) 同步电机的主要参数典型值(有阻尼凸极机),4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,8) 同步电机的主要参数典型值(无阻尼凸极机),4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,8) 同步电机的主要参数典型值(同步调相机),4.3 同步电机突然三相短路的物理分析,9) 强行励磁对短路暂态过程的影响,强行励磁使得电势增加，短路电流增大。影响与很多因素有关：强励顶值电压、励磁系统的等值时间常数、发电机励磁绕组的时间常数、短路点的远近。,
