一.发电机馈送的短路电流.PPT

第三章船舶交流電力系統的短路計算 第一節 概述 在船舶電力系統實際運行中，短路故障難以避免，絕緣的自然老化、機械損傷、戰鬥與誤操作等都可能造成短路的發生。 當船舶電力系統中主母線附近發生短路時，將出現比正常值大許多的短路電流。 系統短路阻抗與短路點的位置有關，短路點距離電源越近，則系統總阻抗就越小，短路電流值也就越大。 短路所經歷的時間很短，強大的短路電流所產生的機械應力和熱效應，也能使發電機及其他設備破壞。 短路電流還會使電網電壓大幅度降低，使設備的工作受到影響，以致使正在運轉的電動機停止運轉。 船舶電力系統短路計算的目的 校驗所選用的開關電器(如斷路器)的短路接通能力和短路分斷能力。 校驗匯流排等器件的電動力穩定性。 校驗所選電氣設備(如開關，母線)的熱穩定性。 為電力系統選擇性保護的設計和整定提供依據。 確定是否需要採取必要的限流措施。 短路可分為單相接地短路(中性點直接接地系統)、兩相相間短路、兩相兩點接地短路和三相短路。 陸地上電力系統因採用架空線路且都是中性點直接接地系統，發生單相接地短路的故障率最高。 船舶電力系統大多採用三相絕緣系統，故發生三相對稱短路的故障率最大。 交流系統典型短路電流計算方法 IEC IEEE ANSI 這些方法都離不開電機的基本理論，因此它們在本質上並沒有很大的差別，只是對發電機短路電流交流分量衰減的處理，電動機饋送短路電流、短路電流的合成方法以及計算精度有所不同而已。 本章以IEC(國際電工協會)第363號出版物規定的標準為基礎制定的計算為主要介紹內容。 該方法較全面地考慮了短路電流在次暫態(超瞬變)過程中的衰減，考慮了外部線路阻抗對時間常數的影響，因此比較接近船舶交流電力系統短路的實際過程，是一種較精確的短路計算方法，特別是在鄰近主配電盤處發生短路時，計算結果最為精確。 在計算遠離主配電盤的短路電流時，其計算結果偏大，實際上我們所關心的重點是鄰近主配電盤那些短路點的短路電流值，因為這些短路電流數值大、電器設備多、影響面大；而遠點的計算結果偏大，對實際選擇電器及保護整定不會造成太大問題。 第二節 短路電流 一.無限電源容量系統的短路分析 假設電力系統三相交流電路是對稱的，我們只要研究短路後，其中一相電流暫態過程的變化規律，便可了解整個三相交流電路的電流、電壓的變化規律。 1.無限電源容量三相交流電路的短路電流 圖1為〝無限大〞系統短路的等值電路(單相)，e為電源電動勢，L和R為短路回路的綜合電感和電阻，且 由式(2)可看出，交流電路的短路電流由穩態交流分量(即週期分量iac)和直流分量(即非週期分量idc)兩部分組成。直流分量隨時間而衰減，交流分量與直流分量合成三相短路全電流，其為非對稱短路電流。短路電流的波形如圖2所示。 2.短路電流交流分量 式(2)右邊第一項為短路電流交流分量，即 3.短路電流的直流分量 在式(2)中，右邊第二項表示短路電流的直流分量，即 二.船舶有限電源容量的短路分析 由於船舶電力系統的電源容量有限，不是”無限大電源容量”電力系統，用前述方法計算短路電流雖然簡單，但誤差可達30%~40%，且其值離電源容量越近誤差越大。 對於船舶電源容量有限的電力系統，當短路時，其電源端電壓不能視為不變，短路電流週期分量幅值在短路過程中是衰減的，其短路電流的變化規律如圖3所示。 根據電機學理論分析，同步發電機三相突然短路最嚴重的情況，是發電機空載(不考慮激磁電流變化時)、且電壓的起始相角?=0時。因此由圖3中可知，短路電流是交變分量和直流分量(因定子電流不能突變而產生，其初始值等於交變分量的最大值，並按定子電路的時間常數呈指數衰減)相加而成的。 短路電流的交變分量在短路初期很大，此後逐漸減小。這是因為電樞反應磁鏈所經過的磁路在改變，如圖4所示。圖中粗線表示電樞反應磁鏈(因為磁鏈為對稱分布，圖中只畫出右半部)。 交流同步發電機一般有三個繞組:定子上的電樞繞組、轉子上的激磁繞組和阻尼繞組。在發生三相對稱短路故障後，此三個繞組互相之間都有電磁作用。 在發電機突然短路的瞬間，由於阻尼繞組和激磁繞組感 應電流和磁通阻止磁鏈突變，而使發電機電樞反應磁鏈φad趕到氣隙中流通，如圖4(a)所示，呈現出磁阻很大，電抗很小(即Xd)，短路電流交流分量很大的狀況，這是次暫態過程，或稱超瞬態過程。 短路後約經2~3個週波，如圖4(b)所示，阻尼繞組中感生的電流已經衰減，電樞反應磁鏈能穿過阻尼繞組的鐵芯，磁阻減小些，電抗增大為Xad，短路電流減小些，這是暫態過程，或稱瞬態過程。 再過一些時間，約十幾個週波，如圖4(c)所示，激磁繞組中感應的電流已衰減掉，此時電樞反應磁鏈 與主磁鏈 。一樣穿過整個轉子的鐵芯，磁阻減小，電