电力系统短路故障

电力系统短路故障

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、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HOkV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1.82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：

I

=XEIsk3/)3((1-1)式中)3(kI——三相短路电流周期分量有

效值；

sE-等值电源线电动势,实际计算时可采用平均额定电压；

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

O=22.0sX，线路单位电抗为kmx/38.01Q=,变压器Tl、T2的额

定容量为lOOOkVA、短路电压为5.4%=kU)

解：(1)母线B三相短路.

O

=+=+=Q

=?==J12.29.122.09.1538.0)l(lABskABABXXXLxXkAkV

XUIkAk86.212.235.103)1()3(1=0

(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)。

21)2(32

.22132242

2//102.71000

)4.0(1005.4100%1076.25.104.09.1102.35.104.022.0TTABsk

TNCkTTACABABACssXXXXXSUUXXUUXXUUX

l)(otitititikCkBkA++=显然,电力系统正常运行时仅有正

序分量。

(二)短路电流

1、两相短路

无穷大系统供电发生BC两相短路示意图如图1-12所示。电力系

统发生两相短路，经故障相和短路点构成短路回路，由故障相电源的

线电动抛产生短路电流，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。不在计负荷电流的情况下，三相的短路电流分

别为

kB

CCkCBBkBAAkAIIIIIIIIII-=+=+==+=21212

10(1-4)

可见两相短路时的特点是，三相不对称，出现负序电流；只有故

障相存在短路电流，目两相的短路电流数值相等，相位相反。

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*MlHC

<.»«b>健■0_______

根据图1-12,短路电流数值可计算如上：

I

=XEIsk2)2((1-5)式中)2(kI——两相短路电流周期分量有

效值。

sE——等值电源线电动势,实际计算进可以采用平均额定电压；

IX------相短路回路总电抗。

将式(1-5)与式(1-1)比较可得

)303()2(866.02

3kkkill==(1-6)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。

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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

0030

210

2110

021=++==+++==++=CCCkCBBBBkBAAAkAIIIIII

IIIIIIH(1-7)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