无穷大容量电源系统发生三相短路暂态过程与物理量探究.doc

无穷大容量电源系统发生三相短路暂态过程与物理量探究 　　[摘要]供电系统造成短路的因素往往是逐渐形成的，但故障因素转变成为短路故障却常常是突然的。当发生突然短路时，由于供电系统中存在着电抗，使得电路中的电流不能发生突变，系统总是由原来的工作状态，经过一个暂态过程，然后进入短路后新的稳定状态。供电网路中的电流也由正常负载值突然增大，经过暂态过程达到新的稳定值。暂态过程历时很短，但处于暂态过程的短路电流往往比短路电流的稳态值大很多，它在某些问题的分析研究中占据重要位置，因此，了解短路电流的暂态过程具有重要意义。 [关键词] 大容量 电源系统 立相短路 中图分类号 ： TM713 文献标识码 ：A 暂态过程的情况，不仅与网络的参数有关，而且与系统的电源容量大小有关。如果系统为无穷大电源容量系统，则暂态过程比较简单；如果系统为有限容量电源系统，则暂态过程比较复杂。这里重点讨论比较简单的情况。 一、无穷大容量电源系统的概念 所谓无穷大容量电源是个相对概念，它是指电源距短路点的“电气距离”较远时，电源的额定容量远大于系统供给短路点的功率，因此，在短路过程中可以近似认为电源电压不变化，称之为无穷大容量电源，以S=∞表示。真正的无限大容量电源内阻抗Z=0。实际上，常将电源内阻抗小于短路回路总阻抗10%的电源作为无穷大容量电源。在分析短路暂态过程时，对于无穷大容量电源，可以不考虑电源内部的暂态过程，而认为电源电压维持不变。 二、无穷大容量电源系统三相短路的暂态过程 供电系统发生三相短路时，电路如图3―1所示。短路电流的暂态过程可归结为一相进行分析，其单线电路如图3―2所示。R、L为线路的电阻和电感，RZ、LZ。为负载的电阻和电感。由于电路对称，只取一相来讨论。设电源母线上相电压的瞬时值表达式为 在k处发生三相短路时，负载回路被短接，失去电源。但如果负载是大容量的旋转电机，则在机械惯性的作用下继续转动，反电势并不立即下降到零，这时电动机将工作在发电状态，向短路点馈送电流直至衰减到零。对这种情况需另行考虑。 在电源至短路点的回路内，电流将由原来的负载电流增大为短路电流ik，其值可由短路回路的微分方程式来确定。 积分常数A由初始条件决定。根据楞次定律可知，电感电路中的电流不能突变，即在短路发生前的一瞬间，电路中的电流值（即负载电流，以i0-―表示）必须与短路后一瞬间的电流值（以i0+表示）相等，如将短路发生的时刻定为时间起点，将t=0代入，求得短路前和短路后的电流为 将式（3-7）代入式（3-6），则有 式中 iop.0――非周期分量的初始值，A； Tk――短路回路的时间常数， 将式（3―8）与式（3―5）代入式（3―4），则得短路的全电流表达式为 上式所对应的短路电流波形如图3―3所示。 式（3―9）和图3―3都是表明一相的短路电流情况，其他两相的变化过程与之相同，只是在相位上相差120°而已。 短路电流暂态过程的突出特点就是产生非周期分量电流，产生的原因是由于回路中存在电感。在发生短路的瞬间，电路中产生反电动势，阻止电流突变，以维持电流的连续性。正是由于电感反电动势的作用，才产生了短路电流的非周期分量。因此短路电流的非周期分量的初始值在短路瞬间与短路电流的周期分量的方向相反。非周期分量电流产生后，在电力线路中产生能量损耗，所以非周期分量电流会逐渐衰减下来。 短路电流非周期分量是按指数规律衰减的，这是由于所讨论的短路回路方程是一阶的，它的齐次方程的解是衰减指数函数。从物理概念上讲它是由电流突变感生而来的，没有外加电压的维持，得不到能量的补充；而短路回路为R一L电路，不断消耗能量，所以按指数规律单调衰减。衰减的快慢决定于回路时间常数 。一般非周期分量衰减很快，在0.2 s后即衰减到初始值的2%，在工程上即可认为已衰减结束。 在三相电路中，各相的非周期分量电流大小并不相等。初始值为最大或者为零的情况，只能在一相中出现，其他两相因有120°的相角差，初始值必不相同，因此，三相短路全电流的波形是不对称的。 三、非无穷大容量电源系统短路电流的暂态过程 当电源容量较小时，或短路点距离发电机较近时，突然发生三相短路，这种情况就是非无穷大容量电源系统的短路，其短路电流将使电源电压明显下降。这时不仅短路电流的非周期分量按指数规律衰减，而且短路电流周期分量的幅值也将随时间逐渐衰减。非无穷大容量电源系统短路电流非周期分量的变化规律与无限大电源容量系统完全相同，前面已分析了非周期分量的过渡过程，下面仅讨论非无穷大容量电源系统短路电流周期分量的变化规律。 在发生短路时，短路电流流过发电机定子绕组，由于短路电流呈现感性，其电枢反应具有去磁作用，使