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1、第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-1 电力系统的短路故障短路：电力系统中一切不正常的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 短路的原因电气设备及载流导体因绝缘老化，或遭受机械损伤，或因雷 击、过电压引起绝缘损坏； 架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接 裸露导体等； 电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引发的短 路； 运行人员违反安全操作规程而误操作，如带负荷拉隔离开关 ，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。 第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-1 电力系统的短路故障 短路的后果强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较
2、 长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁； 巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能 使导体变形、扭曲或损坏； 短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电 动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏； 短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发 电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路 所导致的最严重的后果。 巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称 短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网 络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-1 电力系统
3、的短路故障二、短路的类型 对称短路 三相短路三相电流和电压仍是对 称的k(3) 不对称短路 ： 两相短路： 单相接地短路： 两相短路接地：k(2)k(1)k(1, 1) 相间短路与接地短路 ： 相间短路：三相短路、两相短路 接地短路：单相接地短路、两相短路接地第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-1 电力系统的短路故障三、短路计算的目的和简化假设 计算短路电流的主要目的为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为 此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周 期分量以校验设备的热稳定性； 为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据； 为合理配置电力系统中
4、各种继电保护和自动装置并正确整定其参数 提供可靠的依据。 简化假设负荷用恒定电抗表示或略去不计； 认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中不计元件的电阻和导纳 ，即各元件均用纯电抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相位， 从而避免了复数的运算； 系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是三相对称的。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路无限大功率电源：容量无限大，内阻抗为零。端电压保持恒定 。 短路计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%10% 时，就可以近似认为此电源为无限大功率电源。 一、短路暂态过程分析 短路前第七章 电力系统的短路与潮流计算
5、7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路 设在t = 0秒发生三相短路时的微分方程其解为： 周期分量ip： 非周期分量inp：Ta L / R 短路全电流表达式第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路 短路前后瞬间电感中电流不能突变，故有 a相短路电流第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路 二、短路冲击电流和最大有效值电流 短路冲击电流ish短路电流最大可能的瞬时值 当t0.01s时出现最大值： 出现条件： 90 短路前空载（Im=0） 合闸角=0 冲击系数Ksh：且有：1Ksh2工程计算时： 在发电机电压母线短路，取Ksh
6、=1.9； 在发电厂高压侧母线或发电机出线电 抗器后发生短路时，Ksh=1.85； 在其他地点短路时，Ksh=1.8 ish用途：校验电气设备和载流导体在短路 时的电动力稳定度。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路 最大有效值电流Ish短路全电流的最大有效值 短路全电流的有效值It ：是指以 t 时刻为中心的一周期内短路全 电流瞬时值的均方根值，即 短路全电流的最大有效值Ish ：出现在短路后的第一周期内，又 称为冲击电流的有效值。当Ksh=1.9时，Ish=1.62Ip；Ksh=1.8时，Ish=1.51Ip。 Ish用途 ：校验电气设备的断流能力或耐力
7、强度 。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路三、短路功率（短路容量） 短路功率等于短路电流有效值乘以短路处的正常工作电 压（一般用平均额定电压），即也就是说，当假设基准电压等于正常工作电压时，短路功率的 标幺值与短路电流的标幺值相等。因此 StIt*Sd 短路功率的含义：一方面开关要能切断这样大的短路电流； 另一方面，在开关断流时，其触头应能经受住工作电压的作用 。因此，短路功率只是一个定义的计算量，而不是测量量。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路四、无限大功率系统的短路电流计算 取平均额定电压进行计算，则系统的端电
8、压U=Uav，若选取 Ud=Uav，则无限大功率系统的端电压的标幺值，为第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-2 无限大功率电源供电网络的三相短路1. 计算各元件电抗标幺值：线路：XL*0.450100/11520.151变压器： XT*(10.5/100)(100/20)0.525 2. 电源至短路点的总电抗为X*XL*XT*0.676 3. 无限大功率电源 E*U*U/Ud115/1151 4. 短路电流周期分量标么值 IP* E* / X*1/0.676 1.4793有名值 IP IdIP* Sd /(Uav31/2) / X*100/(37 31/2) /0.6762.31kA 例7-
9、1 某变压器由无限大功率电源供电，如图所示，当在k点发 生三相短路时，试计算短路电流的周期分量，冲击电流及短路功率 （取Ksh=1.8）。解 取Sd=100MVA, Ud=Uav。5. 冲击电流6. 短路容量第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算一、网络的等值简化 等值电势法等效变换的原则应使网络中其 他部分的电压、电流在变换 前后保持不变。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算 星网变换法 常用 Y-变换公式 ： - Y变换公式第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算 利用电路的对称性化简 电位相等的节点，可直
10、接相连； 等电位点之间的电抗，可短接后除去。第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算二、转移阻抗的概念 定义如果只在第i个电源节点加电势Ei， 其他电势为零，则与从第k个节点 流出网络的电流Ik之比值，即为i节 点与k节点之间的转移阻抗Xik 。 应用前提线性网络的叠加原理 转移阻抗的应用第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算三、利用转移电抗计算三相短路电流 网络化简法第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算 单位电流法令E1=E2=E3=0，在k点加 上Ek，使支路X1中通过单位 电流，即取I1=1，则第七章 电
11、力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算例7-2 某系统等值电路如图7-13所示，所有电抗和电势均 为归算至统一基准值的标幺值。 （1）试分别用网络化简法及单位电流法求各电源对短路 点的转移电抗。 （2）若在k点发生三相短路，试求短路点电流的标幺值 。解：（1）求转移电抗 网络化简法：第七章 电力系统的短路与潮流计算 7-3 网络简化与转移电抗的计算 单位电流法：（2）求短路电流：令 I3*=1.0，E2=E3=0，则得 Ua*=I3*X11*=10.525=0.525 I2*=Ua*/X10*=0.525/1.32=0.398 Ik*=I2*+I3*=0.398+1.0=1.398Ek*=Ua*+Ik*X8*=0.525+1.3980.49=1.21 电源2及电源3至短路点的转移电抗分别为：
