电力系统短路故障

1、电力系统短路故障一、短路的一般概念电力系统应该正常不间断地供电，保证用户生产和生活的正常进行。但是当 发生短路故障时，可能破坏电力系统正常运行，从而影响用户的生产和生活。“短路”是指电力系统中相与相之间或相与地之间，通过电弧或其他较小阻 抗形成的一种非正常连接。电力系统中发生短路的原因有多种，归纳如下：1）电气设备绝缘损坏。其原因有设计不合理、安装不合格、维护不当等，还 有外界原因如架空线断线、倒杆及挖沟时损坏电缆、雷击或过电压等。2）运行人员误操作。如带负荷拉合隔离开关（刀闸）、带地线合闸、误将带地 线的设备投入等。3）其他原因。如鸟兽跨接导体造成短路等。电力系统短路的基本类型有：三相短路、

2、两相短路、单相接地短路、两相接 地短路等。各种短路故障示意图和代表符号如表1-1所示，其中三相短路为对称 短路，其他为不对称短路。运行经验和统计数据表明，电力系统中各种短路故障发生的几率是不同的,其中发生三相短路的几率最少，发生单相接地短路的几率最大。在实际工程问题中，经常需要计算短路电流，计算中涉及到如下概念：(1)无限大容量系统。无限大容量电力系统指，容量相对于被供电系统容量 大得多的电力系统，其特征是，当被供电系统中负荷变动甚至发生短路故障，电 力系统母线电压及频率基本维持不变。一般，电力系统等值电源阻抗不超过短路 电路阻抗的5%10%,或电力系统容量超过被供电系统容量50倍时，可视为

3、无限大容量电力系统，简称无限大系统或无穷大系统。实际应用中对110kV配电 网，可将供电变压器看作无穷大系统对llOkV配电网供电。(2)短路电流周期分量。电力系统发生短路故障时，与正常负荷状态相比， 供电回路的阻抗大为减小，因此出现数值很大的短路电流。显然，短路电流的大 小由电源电压和短路回路阻抗决定，电源电压是正弦周期分量，与之对应，产生 的是短路电流中的周期分量。在计算中，通常求取的就是这个短路电流周期分量, 即在非周期分量衰减完毕后的稳态短路电流。(3)短路电流非周期分量。电力系统正常运行时，线路和设备上流过负荷电 流，当发生短路时，在短路回路中将流过短路电流。由于短路回路存在电感，导

4、 致电流不能突变，因此，在电流变化的过渡过程中，将出现一个随时间衰减的非 周期分量电流，即短路电流中的非周期分量。(4)短路冲击电流。短路全电流中的最大瞬时值称为短路冲击电流，其数值 约为短路电流周期分量的L8衣倍。二、三相对称短路在电力系统的各种短路故障中，虽然三相短路发生的几率最小，但其对电力 系统的影响和危害最大。无穷大系统发生三相短路示意图如图1-9所示。三相短路时，三相仍然对称，三相的短路回路完全相同，短路电流相等，相 位互差120。因此只计算一相即可。根据电路计算原理，采用有名值计算三相短 路电流周期分量如下：(1-1)式中4力一一三相短路电流周期分量有效值；Ex等值电源线电动势，

5、实际计算时可采用平均额定电压；短路回路总电抗，通常计算时不考虑回路的电阻。图1-9无穷大系统供电发生三相短路示意图G) 一次系统；(b)短路电流路径例1-1 某电力系统如图1-10所示，在母线B和母线C分别发生三相短路，试 求短路点的短路电流周期分量。(等值电源电抗为X、.=0.22Q,线路单位电抗为演=0.38C/&m,变压器T1、T2的额定容量为lOOOkVA、短路电压为% = 4.5 )图1T0电力系统接线示意图解：(1)母线B三相短路。X AB = xaLar = 0.38x5 = 1.90XV1,. =X +X. =0.22 + 1.9 = 2.120 乙（KJ）SO.5kV圆叫 6

6、x2.120=2.86M(2)母线C三相短路。计算时需要将等值电源电抗和线路电抗折算到0.4kV侧, 并计算变压器电抗(详细论述请参考电力系统故障分析计算的有关书籍)。v Uk% U：4.5 (0.4)2n100 SYT1001000= 7.2x10-3。X = Xfx + XB + XTl/XT2=3.2 X1 ()7 + 2.76 X10-3 + 7.2 xlO-3/2= 6.68x10-3。J3X”2)0.4kV、Qx6.68x10-3q=34.57M三、不对称短路电力系统不对称短路包括两相短路、两相接地短路和单相接地短路。(-)序分量的概念当电力系统发生不对称短路时，三相不再对称，三相

7、的电流和电压数值也不 再相等。如果将此不对称的电流或电压进行分解，可以分解出正序分量、负序分 量，对于接地短路还有零序分量，分别用下标1、2和0表示。以电流为例，各 序分量电流相量图如图1T1所示，对于工频50Hz,正序电流三相对称，即大小 相等，相位互差120；负序电流三相对称,即大小相等，相位互差120：但相序 与正序电流相反；零序电流三相大小相等，相位相同。三相短路电流为图1-11电流序分量相量图(a)正序分Sh (b)负序分量；(c)零序分量(1-2)晨=All +，八 2 +L =，Bl +，B2 + A)晨=41 + J + i。Es等值电源线电动势，实际计算进可以采用平均额定电压

8、;一一一相短路回路总电抗。将式(1-5)与式(1-1)比较可得/y=4/O) = 0 866(1-6)2式(1-6)说明，两相短路电流数值为同一地点三相短路电流的0.866倍，在实 际计算中，常常求出三相短路电流后，直接用以上关系得到两相短路电流。2、单相接地短路(1 )中性点直接接地系统。中性点直接接地的无穷大系统供电，发生A相单相接地短路示意图如图1-13 所示。图1T3中性点宜接接地的无穷大系统供电 发生A相单相接地短路示意图 (a) 一次系统；(b)短路电流路已中性点直接接地电力系统发生单相接地时，经直接接地的中性点、故障相和短路 点构成短路回路，由故障相电源电动势产生短路电流，流过故障线路，非故障线 路没有短路电流，因此出现三相不对称，在不计负荷电流的情况下，三相的短路电流分别为%=/川+北2+40=3,0(1-7)，kB 1 Bl +，B0 =。=/0+/2+/。=可见单相接地短路时的特点是，三相不对称，出现负序电流和零序电流；故障相 存在短路电流，在图1-13 （b）中的数值为31。关于单相接地短路电流计算及两相接地短路问题需要用到复合序网等概念, 在此不作介绍。（2）中性点不接地系统。中性点不接地的无穷大系统供电，发生单相接相短路时的特点和短路电流分 布见笫