电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis（七）（七）第1页，共50页第一章 电力系统故障分析的基本知识本章主要内容：本章主要内容：1 1、短路的一般概念短路的一般概念 3、无穷大功率电源供电的三相短路电流分析、无穷大功率电源供电的三相短路电流分析2、标么制的近似计算法标么制的近似计算法第2页，共50页第一节短路的一般概念l故障故障:一般指短路和断线一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障分为简单故障和复杂故障l简单故障简单故障:电力系统中的单一故障电力系统中的单一故障l复杂故障复杂故障:同时发生两个或两个以上故障同时发生两个或两个以上故障l短路短路:指一切指一切不正常不正常的相与相之间或相与地之间（对于的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路的情况中性点接地的系统）发生通路的情况第3页，共50页表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f(3)5两相短路接地f(1,1)20两相短路f(2)10单相短路f(1)65一、短路的类型 第4页，共50页绝缘材料的绝缘材料的自然老化自然老化，设计、安装及维护不良所带来的，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷设备缺陷发展成短路。
发展成短路恶劣天气：雷击造成的恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器闪络放电或避雷器动作，架空动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检人为误操作，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修后未拆除地线就加上电压引起短路挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等二、短路的主要原因二、短路的主要原因第5页，共50页1)(1)电流电流剧增：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热甚至损坏;由于短路电流的由于短路电流的电动力电动力效应，导体间还将产生效应，导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏2)(2)电压电压大幅度下降，对用户影响很大大幅度下降，对用户影响很大3)(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，并列运行的发发电机可能失去同步电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面积，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。
停电，这是短路最严重的后果4)(4)发生不对称短路时发生不对称短路时,三相不平衡电流三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感会在相邻的通讯线路感应出电动势应出电动势,影响通讯影响通讯.三、短路的危害三、短路的危害第6页，共50页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四、减少短路危害的措施第7页，共50页五、计算短路电流的目的短路电流计算结果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、电缆是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；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，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根据它可以确定限制短路电流的措施第8页，共50页第二节第二节 标么制标么制一、计算短路电流的基本假设一、计算短路电流的基本假设1 1、以电网的平均电压取代元件的额定电压、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，降压变压器一次侧线路末端，降压变压器一次侧UN发电机高出发电机高出5%简化计算简化计算同一电压级中各元件的额定电压相同，数值同一电压级中各元件的额定电压相同，数值上上=平均电压，平均电压，Uav=(1.1UN+UN)/2=1.05UN2 2、高压电网只计及电抗、高压电网只计及电抗,当当R Rdd X Xdd/3/3时时,忽略忽略R Rdd第9页，共50页。
二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立二、具有变压器的多电压级网络标幺值等值电路的建立(近似法近似法)1 1、发电机、发电机T1T2 x4x2x3x5T3 x6x1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均电压后简化计算采用平均电压后简化计算,无需考虑变压器变比归算无需考虑变压器变比归算取取U U4 4为基本级为基本级第10页，共50页2 2、变压器、变压器3 3、输电线、输电线第11页，共50页l恒定电势源恒定电势源（又称（又称无限大功率电源无限大功率电源），是指端电压幅值和频率），是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零都保持恒定的电源，其内阻抗为零一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂态过程 第三节 恒定电势源电路的三相短路图图1-2 1-2 简单三相电路短路简单三相电路短路第12页，共50页短路前短路前电路处于电路处于稳态稳态：第13页，共50页a a a a相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：相的微分方程式如下：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：其解就是短路的全电流，它由两部分组成：周期分量周期分量和和非周期分量非周期分量。
假定假定假定假定t t t t0 0 0 0时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路时刻发生短路第14页，共50页短路电流的强制分量短路电流的强制分量,并记为并记为 周期分量：周期分量：第15页，共50页非周期电流非周期电流 ：短路电流的自由分量短路电流的自由分量,记为记为 特征方程特征方程 的根非周期分量电流衰减的时间常数非周期分量电流衰减的时间常数 （C C C C为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）为由初始条件决定的积分常数）第16页，共50页短路的全电流可表示为短路的全电流可表示为：短路电流短路电流短路电流短路电流不突变不突变不突变不突变短路前电流短路前电流短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解积分常数的求解第17页，共50页短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示短路电流关系的相量图表示在时间轴上的投在时间轴上的投在时间轴上的投在时间轴上的投影代表各量的瞬影代表各量的瞬影代表各量的瞬影代表各量的瞬时值时值时值时值第18页，共50页指短路电流最大可能的瞬时值，用指短路电流最大可能的瞬时值，用 表示。
表示其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度其主要作用是校验电气设备的电动力稳定度1)(1)相量差相量差 有最大可能值；有最大可能值；(2)(2)相量差相量差 在在t t0 0时与时间轴平行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，故可近似认为 因此，非周期电流有最大值因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（的条件为：短路前电路空载（I Im0m0=0),=0),并且短路发生时，并且短路发生时，电源电势过零（电源电势过零（0 0）二、短路冲击电流二、短路冲击电流二、短路冲击电流二、短路冲击电流非周期电流有最大初值的条件应为：非周期电流有最大初值的条件应为：第19页，共50页图图1-3 1-3 短路电流非周期分量有最大可能值的条件图短路电流非周期分量有最大可能值的条件图 非周期电流有最大非周期电流有最大值的条件为值的条件为（1）短路前电路空载短路前电路空载（Im0=0)；（2）短路发生时，）短路发生时，电源电势过零（电源电势过零（0）第20页，共50页将将 ，和和 0 0代入式短路全电流表达式：代入式短路全电流表达式：短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现（如图（如图1-41-4）。
若若 HzHz，这个时间约为，这个时间约为0.010.01秒，将其代入式（秒，将其代入式（6-86-8），），可得短路冲击电流可得短路冲击电流 ：k k k kM M M M为冲击系数为冲击系数为冲击系数为冲击系数,实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在实用计算时，短路发生在发电机电压母发电机电压母发电机电压母发电机电压母线线线线时时时时k k k kM M M M1.91.91.91.9；短路发生在；短路发生在；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线发电厂高压母线时时时时k k k kM M M M1.851.851.851.85；在；在；在；在其它地点其它地点其它地点其它地点短路短路短路短路k k k kM M M M1.81.81.81.8第21页，共50页图图1-4 1-4 非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图 第22页，共50页三、短路电流的有效值三、短路电流的有效值在短路过程中，任意时刻在短路过程中，任意时刻t t的的短路电流有效值短路电流有效值，是指，是指以时刻以时刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即即 为为了了简简化化计计算算，通通常常假假定定：非非周周期期电电流流在在以以时时间间t t为为中中心心的的一一个个周周期期内内恒恒定定不不变变，因因而而它它在在时时间间t t的的有有效效值值就就等等于它的瞬时值，即于它的瞬时值，即第23页，共50页。
对于对于周期电流周期电流，认为它在所计算的周期内是幅值恒定，认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t t时刻的时刻的幅值因此，幅值因此，t t时刻的周期电流有效值应为时刻的周期电流有效值应为 图图1-5 1-5 短路电流有效值的确定短路电流有效值的确定 第24页，共50页根据上述假定条件：根据上述假定条件：短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断流能力或耐力断流能力或耐力强度强度短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：短路电流最大有效值出现在第一周期，其中心为：t=0.01st=0.01s第25页，共50页短短路路容容量量也也称称为为短短路路功功率率，它它等等于于短短路路电电流流有有效效值值同同短短路路处处的的正正常常工工作作电电压压（一一般般用用平平均均额额定定电电压压）的的乘乘积积，即即用标幺值表示时用标幺值表示时 短路容量短路容量主要用来主要用来校验开关的切断能力。
校验开关的切断能力四、短路容量四、短路容量第26页，共50页1 1、绘制计算电路图、绘制计算电路图l用单相节线图表示用单相节线图表示计算电路图计算电路图标明各元件额定参数标明各元件额定参数各元件均按顺序编号各元件均按顺序编号1234566.3KV37KV0.4/km15km27.5MVAUk%=7.5215MVA6KV400AXR%=4第四节第四节 短路回路总阻抗求取短路回路总阻抗求取第27页，共50页2 2、短路计算点和系统运行方式确定、短路计算点和系统运行方式确定l短路点按短路点按选择电气设备选择电气设备整定继电保护整定继电保护高、低压母线高、低压母线电气设备接线端处电气设备接线端处l运行方式运行方式最大：选择电气设备最大：选择电气设备最小：校验继电保护最小：校验继电保护并列运行处。