电力系统短路故障分析计算的基本知识

电力系统短路故障分析计算的基本知识

1.1电力系统故障分析概述

一、概念简介

短路：电力系统故障的基本形式。

短路故障：电力系统正常运行情况以外的相与相之

间或相与地（或中性线）之间的连接。

短路类型：4种。最多的短路类型：单相短路对称短路（三相短路）、

非对称短路（其余三种短

路类型）。

断线故障（非全相运行、纵向故障）：一相断线、

二相断线。

不对称故障：非对称短路、断线故障

简单、复杂故障：简单故障指系统中仅有一处短路或断线故障；复杂故障

指系统中不同地点同时发生不对称故障。

二、短路原因、危害

原因：客观（绝缘破坏：架空线绝缘子表面放电，大风、冰雹、台

风）、主观（误操作）。

危害：短路电流大（热效应、电动效应）、故障点附件电压下降、功

率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。

解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器等

三、短路计算重要性

电网三大计算之一。电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电

流措施。

四、短路计算的基本步骤

1）制定电力系统故障时的等效网络；

2）网络化简；

3）对短路暂态过程进行实用计算。

1.2标幺

制

一、标幺制概念

故障计算中用标幺值（相对值）表示，数值简明、运算简单、易于分

析。

有名值（有单位的物理量）标幺值（相对值）=基准值（与有名值同

单位的物理量）

二、基准选取

三相电路系统基准值可任意，一般：

4个基准值参数：SB（MVA）、UB（KV）、IB（KA）、ZB（）满足关系:

SB3UBILB3ZBIB

，则任意选定其中2个基准参数即可。电网中一般选定：SB.UB则：

STB

2UBSB.Z

频率、角速度、时间的基准值

频率：fBfN(额定频率)

三、基准值改变时标幺值的换算角速度：B2fN(同步电角速度)1时

间：tB(电角速度倒数)

电抗某折算(下标N为基准下标B为基准)

22SBSBUNUN某某(B)=某某(N)2)某某(N)(2)(S)(UUS()UNIB)某某(N

发电机电抗标幺值：上式直接转换即可

U(%)US变压器电抗标幺值(短路电压百分数转换):某T某(B)=

0(2)100SNB

U(%)UI()0电抗器电抗标幺值(电抗百分数转换)：某R某(B)=

100UBIN

归算方法：功率不变、阻抗乘变比平方、电压乘变比、电流除变比

1)有名值归算：可按上面原则直接归算到某个电压等级：方法一：先

用有名值归算到某个电压等级，再统一转换为标幺值；方法二：把基准值

归算到各个电压等级，再直接把各个电压等级的参数转换为标幺值即可。

用各个电压等级的平均电压之比代替实际变压器变比进行参数归算。(平

均电压一般大致为电网额定电压的1.05倍)

[例1-2](p9)如图所示的输电系统当K点发生三相短路，作标

幺值表示的等值电路并计算三相短路电流。各元件参数已标于图中。

1.3无限大功率电源供电的三相短路电流分析

电流解为:ialmin(t)Ce

=ipaiaatTa

其中：ipa为稳态分量（交流分量、周期分量）（periodic）

iaa为自由分量（直流分量、非周期分量）（aperiodic）

RT常数：门=@为直流分量的衰减时间L

C为积分常数，等于直流分量的起始值。

求C:根据楞次定律，电感电流不能突变。短路前后电感电流不能突变，

也是直流分量出现的物理原因。短路冲击电流：指在短路时可能达到的最

大短路电流瞬时值。用于检验电气设备和载流导体的动稳定度。

图「5可看出：三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越

大；各个分量（初始

值相量）的图形化分析：

短路前后电流相量之差在时间轴上的投影即为直流分量的初始值。初

始值相量与时间轴平行则达到最大值，如垂直则为Oo

最大短路冲击电流发生的条件为：

1）空载时发生短路（短路前电流为0）;

2）电压初相角与短路后回路的阻抗角之差为90°（此时直流分量初

始值等于稳态幅值）。

最大短路电流条件：

D空载

2）回路阻抗角90c

3）电压初始角0°或

180°此时的短路全电流

为：最大瞬时值在短路后半个周波出现，即0.01〃（10m）,其冲击

电流为：

最大有效值电流：任意时刻t的有效值，指以时刻为中心的一个周期

内瞬时电流的均方根值。

It

（Im2）22at

最大短路电流有效值：

IM（Im2）i（tO.01）

22I22（KM1）2

2

I当K1.8时，1=1.52（）MM2

短路功率与断开容量

目的：选择开关、断路器等电气设备时用到断开1.62（当KML9时:

IM=I）容量（可断容量），要求设备的可断容量必须大于短路功率。

短路功率：某支路的短