地区电网继电保护整定计算培训教材.docx

电路中，符合上述条件的情况是：电路原来处于空载状态，短路恰好发生在短路周期电流取幅值的时刻,如果短路回路的感抗比电阻大得多1.>>R.就可以近似地认为-90°,则上述情况相当于短路发生在电源电势刚好过零，即。=0的时刻。将，=90三和<1=0代入公式，便得（I-错误!未定义书签。）电流的波形图示于图12。短路电流最大可能的瞬时值称为短路冲击电流.以表示。由图可见，短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期出现.若，这个时间约为短路发生后0O1.s。由此可得冲击电流的算式如下：（1-1）式中，称为冲击系数，它表示冲击电流为短路电流周期分量幅值的倍数。当时间常数的数值由零变到无限大时，冲击系数的变化范用是.在实用计算中,当短路发生在发电机电压母线时，取：短路发生在发电厂高压侧母线时，取：在其他地点短路时，取.图1-2非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图冲击电流主要用来校验电气设备和我流导体的电动力稔定度，以保证设备在短路时不致因短路电流产生的冲击力而发生变形或损坏.在短路过程中，任一时刻的短路电流有效值，是指以时刻为中心的一个周期内瞬间电流的均方根值，即（I一错误!未定义书签。）式中，和分别为时刻短路电流，它的周期分量和非周期分量的瞬时值。在电力系统中，短路电流周期分量的幅值，只有当由无限大功率电源供电时才是恒定的，而在一般情况下则是衰减的（见图1-2）。利用式（1T2）进行计算是相当复杂的.为了简化计跳，通常假定：非周期电流在以时间为中心的个周期内恒定不变，因而它在时间的仃效值就等于它的瞬时值，即：。而于周期电流，也认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t时刻的幅值.因此，时刻的周期电流有效值应为：。根据上述假定条件，式（1-12）就可以简化为：短路电流的最大有效但出现在短路后的第一个周期.在最不利的情况下发生短路时,而第个周期的中心为t=0.01s,这时非周期分量的仃效值为：(1-2)将这些关系代入式（112）,便得到短路电流最大有效值的计算公式为:（1-3）当冲击系数=1。9时，；当=1。8时一鼓大有效值电流主要用于校验电气设备的断流能力。有些情况下需要用到短路功率（亦称短路容量）的概念。短路容量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，即（1一错误!未定义书签）川标幺值表示时，有：（1-1）上式（1-16）表明,短路功率的标幺值与短路电流标幺值相等。短路容量主要用来校盼开关的切断能力。之所以将短路容量定义为短路电流和工作电压的乘积，是因为一方面开关要能切断这样大的电流，另一方面，在开关断流时其触头应经受住工作电压的作用.在短路的实用计算中,常只有周期分量电流的初始有效值来计算短路功率.从上述分析可见，为了确定冲击电流、短路电流非周期分量、短路电流的有效值以及短路功率等，都必须计算短路电流的周期分量.实际上，大多数情况下短路计算的任务也只是计算短路电流的周期分量,在给定电源电势时，短路电流周期分量的计算只是一个求解稔态正弦交流电路的问题“1.1.3.同步发电机的三相短路分析同步发电机的突然三相短路与无限大电源三相短路的根本差别在于同步发电机的内部存在磁场耦合，在扰动下电源内部有过渡过程，因而在过程中不能保持其端电压不变，而且由于发电机定子和转子间的旋转运动和各绕组间的相互影响使得发电机内部的过渡过程十分复杂。同步发电机三相短路分析可为电力系统三相短路电流的实用计和打下基础.同步电机有多个磁耦合关系的绕组构成，定子绕组同转了绕组之间存在相对运动，同步电机突然短路的暂态过程要比恒电势源电路复杂汨多，其冲击电流可能达到额定电在零序电路中,同一点的三相导线是等电位的，所以零序电容等于每相对地电容，正、负序电容和相等。考虑到图134(b)中的N点在正、负序电路中为零电位，所以。可见，输电线路的正序电容大于冬序电容。有架空地线时，输电线路正序电容、零序电容略有增大，相应的正序容抗、零序容抗略有减小，但变化不大，不影响继电保护的应用.表1-3示出了超高压线路每100kM的序电容及相应的序容抗。表卜3超高压线路每百kM序电容及序容抗线路电压(kV)正序电容(PF)正序容抗(»)零序电容(UF)零序容抗()2200.B603037000.6051552603301.1129728600.7633311705001.2290025900»8398737901.2.2.4.电发线路的零序阻抗及其等值电路电缆芯线间距离较小，所以电缆线路的正序(负序)电抗比架空线路的要小得多.电缆线路参数与金届护套接地方式、互联和换位、回流线和网路数有关，通常，电缆的正序电阻和正序电抗值由制造厂给出.下面讨论电缆线路的零序阻抗.敷设电缆时，通常在终端头和连接头处将沿(铝)包护层接地，电缆的包护层相当于架空线路的架空地线，所不同的是包护层的零序自阻抗就是它和芯线间的零序互阻抗，即包护层没有漏抗.故大地和包护层均是零序电流的返回通路，但返回的零序电流在包护层和大地间的分配与包护层阻抗、电缆包护层的接地阻抗仃关。而接地阻抗与电绕敷设方式及其他因素有关，故要精确计算电缆的零序阻抗是困难的.对电缆线路的零序阻抗，一般通过试验测定.在近似计算中，三芯电缆可采用卜列值(1错误!未定义书若。)在实用计算时，电缆电抗可采用表14所列的平均值。表1-4.电缆电抗的平均值元件名称II元件名称一IkV三芯电缆I0.M0.21I610k,三芯电0.083.在故障分析中采用标幺制计算的步骤为四步：取基准，化标幺，计算，将结果返回Tr名值。需要说明的是，在故障分析中所求的主要是电流，而电流的基准值随电压等级而不同(因为)，所以通常必须求出其有名值.1.23.1.标幺值的概念在一般的电路计算中，电压、电流、功率和阻抗的单位分别用V、A、W、表示，这种用实际有名单位表示物理量的方法称为有名单位制.在电力系统计莫中，还广泛地采用标幺制.标幺制是相对单位制的一种，在标幺制中各物理量都用标幺值表示.标幺值定义由下式给出标幺值=(1-7)由此可见，标幺值是一个没有量纲的数值，对于同一个实际有名值，基准值选得不同，其标么值也不同。因此，当我们说一个量的标幺值时，必须同时说明它的基准值，否则，标幺值的意义是不明确的。当选定电压、电流、功率和阻抗的基准值分别为，和时，相应的标幺值如下：(1一错误!未定义书签。)1.23.2基准值的选择基准值的选择，除了要求基准值与有名值同单位外，原则上可以是任意的.但是，采用标幺值的目的是为了简化计算和便于对ir算结果做出分析评价。因此，选择基准值时应考虑尽房能实现这些目的。在单相电路中,电压，电流功率和阻抗这四个物理ftt之间存在以下关系(1-7)如果选择这四个物理城的基准值使它们满足(1-8)即与有名值各Ift间的关系具有完全相同的方程式,则在标幺制中，便可得到(1一错误!未定义书签。)上式说明,只要基准值的选择满足式(1-70),则在标幺制中.电路各物理量之间的基本关系式就与有名制中的完全相同.因而仃名第位制中的有关公式就可能直接应用到标幺制中.四个基准值为两个方程所约束，一般选出和，这时电流和阻抗的基准值可由式（170）求出和的选取，原则上可以是任意的，但为r计算的方便，一般选取某一发电厂的总容量:或系统总容限（较多选取100MVA或100OMVA）.对于可以选取该电压等级的额定电压，但在故障分析中，通常选取的是该电压等级的平均额定电压。各电压等级的平均额定电压如表15中所示（为电网领定电压）.例如，I1.OkV级，；22OkV级，.表1-5.各电压等级的平均额定电压（单位：kV）O.3K361035I1.O220330500I0.43。156,310.537115230M5525在电力系统分析中，主要涉及对称一:相电路的计尊.计算时，习惯上多采用级电压，线电流（即相电流），三相功率和相等值阻抗.各物理量之间存在下列关系：（1一错误!未定义书签。）同单相电路样，应使件量:基准值之间的关系与其有名值间的关系具仃相同的方程式，即（I一错误!未定义书签。）这样，在标幺制中便有（1一错误!未定义书签。）由此可见，在标幺制中,三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，线电乐和相电压的标幺值相等，三相功率和单相功率的标幺值相等.这样就简化了公式，给计算带来了方便。在选择基准值时，习惯上也只选定和，由此得（1一错误!未定义书签。）这样，电流和阻抗的标幺值为（I-错误!未定义书签。）采用标幺制进行计徵时，所得结果最后还要换算成有名值，其换算公式为（1一错误!耒定义书签。）1.2.3.3.电力系统各元件阻抗标么值计算电力系统中各元件阻抗标么值在同一基准容量下才有意义。（1） 发电机通常给出（MVA）、（kV）和（或、）,给出的是以本发电机额定阻抗为基准值的标么值（其他电抗值情况相同），为此将写成.为了折算到选定的基准容量，首先应求出电抗的实际有名值：-错误!未定义书签.）而基准阻抗为（卜错误!未定义书签.）于是折算到的发电机阻抗标么值为（I-错误!未定义书签.）考虑到发电机总处在额定电压附近运行,可取，于是：三误!未定义书签）（2） 变压器通常给出（MvA）、（kV）和Uk%,而短路电压Uk%即是变压器阻抗对额定阻抗的标么值,考虑到变压器的与差别不大（取G,所以有（1一错误!未定义书签。）比较式（181）和式（182）,变压器和发电机具有相同的阻抗标么值计算公式.在同一和、Uk%下，发电机、变压器容地愈小，相应的阻抗标么值愈大：反之，容量愈大，阻抗标么值愈小。对于三绕组变压器，设高、中、低三侧分别以1、2、3表示，如将各绕组两两看成一个双绕组变压器,令各绕组两两间的短路电压分别为%、%,乐则可求得各统组的短路电压为（I-错误！未定义书签.）于是，由式（1-82）求得各绕级的等值阻抗标么值为（I-错误!未定义书签。）升压结构和降压结构的三绕组变压器，虽然绕组的排列次序不同，但等值电路是完全相同的。只是升压结构的三绕组变压沿低压绕组在中间（高压绕组在外层，中压绕组在里层），故*较大而已：同样，降*结构的三绕组变压器中压绕组在中间（高压绕组在外J3低压绕组在里忆），故娟爻大，排在中匕的绕组，其等值电抗较小或具有不大的负值。三绕组自耦变压器的等值电路完全和三绕组变压器相同，只是因为自耦变压器第三绕级的额定容量总是小于变压器的额定容量，所以短路电压要归算到额定容量（三绕组变压器的Uk%制造厂家已归算到额定容量），如下式所示（1-12）其中表示未归算值。然后按三绕组变压器的公式求出其阻抗标么值.分裂绕组变压器，可有效限制发电机电压系统和厂用电系统的短路电流。一般分裂绕组变压器有一个高压绕组（标号为1）、两个相同的低压（分裂）绕组（标号为2、3）,其短路阻抗、（或短路电压KM%,可将短路电压换算为短路阻抗）有下列特征：为使特别大，要求两个分裂绕组间的磁情合尽量弱；由于=,所以分裂绕组也可以并联运行.定义两分裂绕组间的短路阻抗为分裂阻抗，两分裂绕组并联时高压与低压绕组间的短路阻抗为穿越阻抗，高压绕组与一个低压绕组（另一低压绕组开路）间的短路阻抗为半穿越阻抗，设实;则值分别为、（用相应的短路电压代替相应短路阻抗，并已归算到变压器的额定容量），当高压绕组和两个分裂绕组的短路电压为与和%、%时，则有（半穿越阻抗设为高压绕组1和分裂绕组2间之（ft）（I一错误!未定义书签。）