电力系统三相短路分析和计算

1短路的一般概念故障:一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障简单故障:电力系统中的单一故障复杂故障:同时发生两个或两个以上故障短路:指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况。表1-1各种短路的示意图和代表符号短路种类示意图代表符号三相短路k(3)5％两相短路接地k(1,1)20％两相短路k(2)10％单相短路k(1)65％一、短路的类型①绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。(2)电压大幅度下降，对用户影响很大。(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。(4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感应出电动势,影响通讯.三、短路的危害(1)限制短路电流（加电抗器）。(2)继电保护快切。(3)结线方式。(4)设备选择.四、减少短路危害的措施五、计算短路电流的目的短路电流计算结果•是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；•是电力系统继电保护设计和整定的基础；•是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。标幺制一、计算短路电流的基本假设1、以电网的平均电压取代元件的额定电压同一电压级中各元件的额定电压可能不一样线路首端，升压变压器二次侧高出10%线路末端，降压变压器一次侧UN发电机高出5%简化计算——同一电压级中各元件的额定电压相同，数值上=平均电压，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2、高压电网只计及电抗,当RdΣXdΣ/3时,忽略RdΣ二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立(近似法)1、发电机T1T2x4ⅠⅡⅢx2x3x5T3x6Ⅳx1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均电压后简化计算,无需考虑变压器变比归算取U4为基本级SUGN21''N*d1xx有名值2342312GN21''N*d'1UUUUUUSUxx归算到基本级2、变压器223124112212344''''**''*BBjdNGNBdNGNxxxxUSUUUSSUUUUUSS22324363100100**%%kkBBjjTNTNTxTxUUSSSS3、输电线2455522343*BBjxxxUSSUUU段11221312422234100100*%%kkBBjTNTNUUUUUSSxSUUSU234333222342*BBjxxxUUSSUUUU•无限大功率电源：是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。一、三相短路的暂态过程无限大功率电源供电的三相短路过渡过程分析图1-2简单三相电路短路•短路前电路处于稳态：0sin()sin()mmeEtiIt0222()()mmEIRRLLRRLLtg)(1•指短路电流最大可能的瞬时值，用表示。其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度。(1)相量差有最大可能值；(2)相量差在t＝0时与时间轴平行。一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即，故可近似认为。因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（Im0=0),并且短路发生时，电源电势过零（α＝0）。Mi0mmII90RL二、短路冲击电流非周期电流有最大初值的条件应为：0mmII将，和＝0代入式短路全电流表达式：00mI90/cosatTmmiItIe短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现。时间约为0.01秒，将其代入式上式，可得短路冲击电流：50f0.01/aTMmmiIIe0.01/(1)aTmMmeIkIkM为冲击系数,实用计算时，短路发生在发电机电压母线时kM＝1.9；短路发生在发电厂高压母线时kM＝1.85；在其它地点短路kM＝1.8。0.01/1aTMke图1-4非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图三、短路电流的有效值•在短路过程中，任意时刻t的短路电流有效值，是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即2/2/22/2/211()tTtTttdztdfttTtTIidtiidtTT为了简化计算，通常假定：非周期电流在以时间t为中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间t的有效值就等于它的瞬时值，即dftdftIi绘制等值电路图对应每一个短路点作出一个等值电路图任一短路点对应等值电路中，只要求表示该点短路时，短路电流通过的元件电抗分子为顺序号，分母为该元件的电抗标幺值83.0183.0283.03k)3(1G1G283.0183.0244.06k)3(2G1G21415等值电路图归并与简化串联XXi并联XXi11ΔYx12x23x13x1x2x3123XXXXXXXXXXXXXXXXXX132312231331323122312213231212131XXXXXXXXXXXXXXXXXX231311313232233212112利用网络的对称性对称性网络的结构相同电源一样电抗参数相等短路电流流向一致)3(kk)3(例：d1，d2发生短路时，计算短路回路的总电抗标幺值83.0183.02872.03k)3(1G1G2k)3(1872.03415.07Gk)3(1287.18G4.19Gk)3(283.0183.0215G1G21444.065.08415.07G44.06k)3(2k)3(2k)3(2转移阻抗Zif的定义：任一复杂网络，经网络化简消去了除电源电势和短路点以外的所有中间节点，最后得到的各电源与短路点之间的直接联系阻抗为转移阻抗。1212........ifffifEEEIZZZ转移阻抗Zif的物理意义：除Ei外，其余电动势均为零（短路接地），则Ei与此时f点电流之比值即为电源i与短路点f之间的转移阻抗。（1）、网络化简法消去了除电源电势和短路点以外的所有中间节点，最后得到的各电源与短路点之间的直接联系阻抗为转移阻抗转移阻抗的求取（2）、单位电流法对辐射形网络，用该方法最好K）（3x1x5x2x3x4E1E2E3x1x5x2x3x4EfI1I2I4I3IfbaIIIxxxUIxxIUbb2142122111；；IIIxUIxIUUfaba433344；；5ffaUxEIEIExfff11IExff22IExff3323