42 三相短路暂态过程的分析要点.ppt

1、南京师范大学电气工程系,4.2 三相短路暂态过程的分析,无穷大容量系统三相短路的暂态过程 产生最大短路电流的条件 有限容量系统三相短路的暂态过程 三相短路的有关物理量,南京师范大学电气工程系,无穷大容量系统三相短路的暂态过程,南京师范大学电气工程系,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：(4.2.1),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；,南京师范大学电气工程系,短路后电路中的电流应满足：,方程式（4.2.2）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（4.2.2）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

2、解，它代表短路电流的非周期分量。,(4.2.2),无穷大容量系统三相短路的暂态过程,南京师范大学电气工程系,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 。,（4.2.3）,无穷大容量系统三相短路的暂态过程,南京师范大学电气工程系,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。,在工程计算中，当电源系统的阻抗不大于短路

3、回路总阻抗的5%10%，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。,无穷大容量系统三相短路的暂态过程,南京师范大学电气工程系,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（4.2.1）、式（4.2.3），可得,因此，短路的全电流为,(4.2.5),无穷大容量系统三相短路的暂态过程,南京师范大学电气工程系,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,南京师范大学电气工程系,产生最大短路电流的条件,当电路的参数已知

4、时，短路电流周期分量的幅值不变，而短路电流非周期分量则是按指数规律单调衰减的直流电流。 因此，非周期电流的初值越大，过渡过程中短路全电流的最大瞬时值也就越大。由图4.2.3可知，非周期电流的初值取最大值的条件为： （1）相量差 取最大值； （2）相量差 在t0时刻与时间轴平行。,南京师范大学电气工程系,产生最大短路电流的条件,满足以上条件的情况为： （1）短路前电路处于空载状态，即（2）短路回路为纯感性回路，即回路的感抗比电阻大得多，可以近似认为阻抗角 ； （3）短路瞬间电源电压过零值，即初始相角 。,南京师范大学电气工程系,有限容量系统三相短路的暂态过程,有限容量电源系统（finite sy

5、stem）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。,南京师范大学电气工程系,有限容量系统三相短路的暂态过程,可以将有限容量系统等效成一台同步发电机进行分析。,短路电流,磁通,方向与正常时的励磁磁通 相反,转子里的励磁绕组和阻尼绕组感应出自由电流 和,产生与 方向相同的磁通 和,维持总磁通不变,南京师范大学电气工程系,有限容量系统三相短路的暂态过程,实际上

6、，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（autovoltage regulator，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进入稳态，其变化曲线如图4.2.5（a）所示。,南京师范大学电气工程系,有限容量系统三相短路的暂态过程,南京师范大学电气工程系,三相短路的有关物理量,1. 短路电流次暂态值,短路电流次暂态值是指短路以后幅值

7、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,南京师范大学电气工程系,三相短路的有关物理量,2. 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（4.2.8）,南京师范大学电气工程系,三相短路的有关物理量,3. 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。,式中Ksh称为冲击系数，1 Ksh 2。 在高压供电系

8、统中通常取Ksh =1.8； 低压供电系统中如容量为以下车间变电所的出口处发生短路，常取Ksh =1.3。,南京师范大学电气工程系,三相短路的有关物理量,4.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（4.2.10）,南京师范大学电气工程系,三相短路的有关物理量,5.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,