电力系统三相短路分析

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1、电子与电气工程学院第二篇电力系统故障分析与计算电力系统分析第七章电力系统三相短路的分析计算7.1短路的基本概念7.2无限大功率电源供电系统的三相短路7.3电力系统三相短路的实用计算7.1短路的基本概念所谓短路,是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之间或相与地之间发生通路的情况。一、短路的原因及其后果短路的原因：短路的现象：电气设备载流部分绝缘损坏（过电压、绝缘材料自然老化、机械损伤）；运行人员误操作（带负荷开关）；其他因素（鸟兽跨接于裸露的载流部分、自然现象）。系统总阻抗大为减小，电流剧烈增加；系统中的电压大幅度下降。短路的危害：短路电流的热效应会使

2、设备发热急剧增加，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁；短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损坏；短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常工作；严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，破坏系统的稳定性。不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。短路计算的任务：选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，如断路器、互感器、母线等；合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数；在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采用限制短路电流的措施等；

3、进行短路电流计算的目的：选择和校验各种电气设备合理配置继电保护和自动装置选择合理的电气接线图二、短路的种类对称短路：三相短路k（3）不对称短路：单相接地短路k（1）两相接地短路k（1,1）两相短路k（2）图7-1短路的类型a）三相短路b）两相短路c）单相接地短路d）两相接地短路e）两相接地短在各种短路故障中，单相接地占大多数（65%），三相短路的机会最少（5%）.但三相短路的短路电流最大，后果最严重。7.2无限大功率电源供电系统的三相短路一、无限大容量系统说明：无限大功率电源是一个相对概念，真正的无限大功率电源是不存在的。无限容量系统（又叫无限大功率电

4、源），是指系统的容量为∞，内阻抗为零。无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，系统频率恒定，电源母线上的电压基本不变，即认为它是一个恒压源。在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%～10%时，就可认为该电源是无限大功率电源。二、无限大容量系统供电的三相短路暂态过程分析图7-2所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。图7-2无限容量系统中的三相短路a）三相电路b）等值单相电路短路前，系统中的a相电压和电流分别为式中短路后电路中的电流应满足：短路后分成两个独立回路。对于右半回路，最大电流发生在故障初始瞬间，即正常运行电流，不会对设备产生危害

5、。故电路暂态过程的分析与计算主要针对左半回路。解微分方程得：由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短路前一瞬间(t=0-)的电流应与短路后一瞬间的(t=0+)电流相等。即则∴非周期分量电流短路前电流周期分量短路后电流周期分量三、短路冲击电流、短路电流最大有效值和短路功率在最严重短路情况下，三相短路电流的最大可能瞬时值。在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为　　　，故由上式可知，当非周期分量电流的初始值Iap(0+)最大时，短路全电流的瞬时值为最大，短路情况最严重，使非周期电流有最大初值的条件是：作用：检验电气设备和载流导体的动稳定度1.短路冲

6、击电流短路前空载（即）短路瞬间电源电压过零值，即初始相角因此对应的短路电流的变化曲线如图7-3所示。（1）向量差有最大可能值（2）向量差与时间轴平行满足的条件应为：将上述条件带入式（7-9）（7-10）图7-3非周期分量最大时的短路电流波形图其中，——短路电流冲击系数。意味着短路电流非周期分量不衰减当电阻R=0时，　　　　　　　，当电抗Ｘ=0时，　　　　　　，意味着不产生非周期分量由图7-3，iimp发生在短路后约半个周期（0.01s）。由式得1＜Kimp＜2因此在高压电网中短路，取Kimp=1.8，则在发电机端部短路，取Kimp=1.9，则在低压电网

7、中短路，取Kimp=1.3，则任一时刻t的短路电流的有效值是指以时刻t为中心的一个周期内短路全电流瞬时值的方均根值，即2.短路电流最大有效值当Kim=1.9时，;为简化It的计算，可假定在计算所取的一个周期内周期分量电流有效值恒定，瞬时值即有效值。非周期分量电流的数值在该周期内恒定不变且等于该周期中点瞬时值，故当t=0.01s时，It就是短路冲击电流有效值Iimp。∴当Kim=1.3时，当Kim=1.8时，由冲击电流式，非周期分量3．短路功率：∴或若已知由电源至某电压级的短路容量Sk或断路器的断流容量Soc，则可用此式可求出系统电抗的标幺值为：四、短路

8、电流周期分量有效值的计算三相短路稳态电流是指短路电流非周期分量衰减完后的短路全电流，其有效值用