第4章 短路电流计算

第4章短路电流计算4.1供配电系统短路故障类型短路发生的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。如：*外加电压过高；*绝缘老化或外界机械损伤；*误操作；*动、植物造成的短路。第4章短路电流计算4.1供配电系统短路故障类型短路的危害：1）短路电流远大于正常工作电流，短路电流产生的力效应和热效应足以使设备受到破坏。2）短路点附近母线电压严重下降，使接在母线上的其他回路电压严重低于正常工作电压，影响电气设备的正常工作，甚至可能造成电机烧毁等事故。3）短路点处可能产生电弧，电弧高温对人身安全及环境安全带来危害。如误操作隔离开关产生的电弧常会使操作者严重灼伤，低压配电系统的不稳定电弧短路可能引发火灾等。4）不对称短路可能在系统中产生复杂的电磁过程，从而产生过电压等新的危害。5）不对称短路使磁场不平衡，造成空间电磁污染，会影响通信系统和电子设备的正常工作。第4章短路电流计算4.1供配电系统短路故障类型短路故障的特点短路名称电流、电压零序电流、电压三相短路1）短路时电流和电压保持对称性；2）短路电流大大超过额定电流；3）短路点电压为零。无两相短路1）短路时电流和电压对称性破坏；2）两相电流增大，两相电压降低；3）电流增大、电压降低为相同两个相别；4）两个故障相电流基本反相。无两相接地短路1）短路时电流和电压对称性破坏；2）两相电流增大，两相电压降低，出现零序电流、零序电压；3）电流增大、电压降低为相同两个相别。有单相短路或单相接地短路1）短路时电流和电压对称性破坏；2）一相电流增大，一相电压降低；3）电流增大、电压降低为同一相别；4）零序电流相位与故障相电流同相，零序电压与故障相电压反相。有第4章短路电流计算4.2供配电系统三相短路暂态过程所谓“无限大容量”电源，是指电力系统中某局部无论发生了什么扰动，电源的电压幅值与频率均保持恒定。从电路的角度来看，无限大容量电源就是一个理想的电压源，内阻抗等于零。短路前：短路后：

第4章短路电流计算4.2供配电系统三相短路暂态过程

短路发生前后，电压、电流的波形短路电流有以下特征：（1）i(t)是周期分量与非周期分量的叠加。（2）周期分量由电源维持恒定，非周期分量因在短路电阻Rk上产生损耗而衰减，经过若干周期后，非周期分量衰减完毕，此后便只剩下周期分量。（3）电流变化过程为：稳态交流电流（小）→暂态电流→稳态交流电流（大）。第4章短路电流计算4.3配电系统三相短路全电流特征

三相短路全电流极值条件对一个感性系统，当短路前为空载，且相电压过零时发生短路，其短路电流将达最大值，即：由于ip(t)恒定，inp(t)=0即为三相短路全电流最小值条件，要使inp(t)=0，只需短路时刻需α=90、Im0=0。此时短路发生前后电流交流分量没有突变，短路全电流只有周期分量。ipdinpd第4章短路电流计算4.3配电系统三相短路全电流特征

三相短路电流特征值1.三相短路稳态电流Ik3（或Ik）2.三相短路冲击电流峰值ip3.三相短路冲击电流有效值Ish4.三相短路容量第4章短路电流计算4.3配电系统三相短路全电流特征

异步电动机对短路冲击电流的影响a点发生短路时，若a点距母线II很近，则母线II电压会大幅下降至接近于零。这时，接在母线II上的异步电动机定子和转子中的交流磁链都会发生突变。根据磁链守恒定律，异步电动机的定子和转子内部会产生自由电流分量来抵消这个突变；同时，由于机械惯性的作用，转子的转速不可能突变，所以转子和定子之间还维持相对运动，因而转子电流产生的磁场会在定子绕组中感应电势并形成电流，这时异步电动机也会像一台发电机一样向短路点提供短路电流。由于异步电动机本身没有励磁电流，所以转子绕组和定子绕组中的电流很快会衰减到零。因此，只需考虑异步电动机对短路冲击电流大小的影响。第4章短路电流计算4.4三相短路稳态电流的标幺值计算方法

标幺值法标幺值、基值约束关系第4章短路电流计算4.4三相短路稳态电流的标幺值计算方法

不同电压等级电网中基准值的选取两个电压等级电网：两个电压等级电网的标幺值网络：为避免不同电压等级之间的归算问题：选择UNi电压等级的电压基准值UBi为该电压等级的平均电压Uav·i第4章短路电流计算4.4三相短路稳态电流的标幺值计算方法

配电系统元件阻抗的标幺值1.线路阻抗2.变压器阻抗3.系统电源阻抗第4章短路电流计算4.4三相短路稳态电流的标幺值计算方法

标么值法计算短路电流第4章短路电流计算4.4三相短路稳态电流的标幺值计算方法

短路容量短路容量是电力系统极为重要的一个基础数据，对这个数据的意义，可作如下的理解：（1）Sk是系统中一个位置的函数，在系统中的每一位置处，都有各自的Sk；（2）Sk表明了系统中某一点到无限大容量电源点的电气距离，或者说，它表明了系统中某一点与电源联系的紧密程度。某一点的Sk越大，表明该点与电源的电气联系越紧密。作为一种极限情况，若某一点Sk为无穷大，则该点就是无限大容量电源点。第4章短路电流计算4.4三相短路稳态电流的标幺值计算方法

短路容量短路容量的工程应用在工程实践中，短路容量Sk·max主要有以下三方面的应用：1）电力公司将公共连接点的短路容量作为电源参数之一提供给电力用户。2）作为系统规划控制性指标使用。如10kV电网短路电流控制性指标为16kA或20kA，对应的短路容量则分别近似为300MVA或350MVA。3）作为电气设备选择和保护整定的依据性参数使用。第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

对称分量法将不对称的三相电气量分解成正、负、零序三组对称的电气量，并用叠加原理求解电路的方法，叫做对称分量法。第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

系统元件序阻抗作为线性系统叠加原理应用的一个直接结果，可以确认在三项对称线性系统中，正序电压只会产生正序电流，负序和零序电压也只会产生负序和零序电流，即正、负、零序段电压只与同序的电流相关，无序间相互耦合关系。由此可以将各序分量电流电压之间的关系用阻抗表达，分别称为正、负、零序阻抗，统称序阻抗。正序阻抗就是三项对称运行时的阻抗，发电机的正、负、零序阻抗一般都是不相同的，变压器和线路的正、负序阻抗均相同，只是零序阻抗有所不同。第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

系统元件序阻抗1）变压器零序阻抗变压器的零序阻抗与绕组联结及铁芯结构有关。比如，△形绕组中零序电流可以成环流流通，但引出线中不可能有零序电流，因为根据广义的KCL，流入任何一个封闭面的电流之和应等于流出这个封闭面的电流之和，对于大小相等、相位相同的三相零序电流，要使其和等于零，只可能每相电流均为零；同样，对于无中性线的Y形绕组，其绕组和引出线上均不可能有零序电流流通。以上情形就相当于零序阻抗无穷大，但对于有中性线引出的Y形绕组，零序电流能通过绕组及其引出线，且在中性线上有三倍零序电流流通。变压器的铁芯结构也对零序阻抗有影响，比如三相三芯柱式结构，如果绕组中有零序电流通过，则零序磁通肯定要走到铁芯以外的空间才能形成闭环，而对于三个单相变压器组成的三相变压器或三相五芯柱式变压器，绕组中的零序电流所产生的零序磁通仍能完全在铁芯中形成闭环。因磁路不同，磁阻差异很大，同样的零序电流也会产生不同的零序磁通，故零序励磁电抗和漏电抗也就不同，这就使得变压器的零序阻抗会因铁芯结构差异而有所不同。第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

系统元件序阻抗2）线路的零序阻抗三相线路的零序电抗是由自感抗与互感抗构成的。因三相电流的相位关系，线路的正、负序电抗为自感抗减去互感抗，而零序电抗为自感抗加上2倍的互感抗，因此线路的零序电抗总是比正、负序电抗大。线路的电阻，理论上若考虑邻近效应对电阻大小的影响，正、负序电阻与零序电阻也是不相同的，但这一差异很小，可忽略不计。另外，对于有中性线引出的系统，线路零序阻抗必须计及中性线阻抗，且因流过中性线的零序电流是流过相线零序电流的三倍，故在用单相等效电路计算时中性线阻抗应以三倍数值代入。但正、负序时，因中性线上无电流通过，不计入中性线阻抗。第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统两相短路计算正序等效定则按照对称分量法，对不同类型的短路故障进行分析，发现各种不对称短路电流正序分量的大小都与同一点发生的三相短路电流大小存在某种关系，把这种关系叫做正序等效定则:第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统两相短路计算正序等效定则按照对称分量法，对不同类型的短路故障进行分析，发现各种不对称短路电流正序分量的大小都与同一点发生的三相短路电流大小存在某种关系，把这种关系叫做正序等效定则:第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统两相短路计算正序等效定则按照对称分量法，对不同类型的短路故障进行分析，发现各种不对称短路电流正序分量的大小都与同一点发生的三相短路电流大小存在某种关系，把这种关系叫做正序等效定则:短路点处的短路电流大小为第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统单相短路计算第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统单相短路计算相中（或相保）阻抗概念:在只考虑线路阻抗的情况下，单相短路电流公式中正、负、零序阻抗由相线的正、负、零序阻抗和中性线（N线）的正、负、零序构成。正序和负序三相电流平衡，不会流过N线，故正、负序阻抗只有相线阻抗；零序三相电流相位相同，有3倍零序电流通过N线，故零序阻抗不仅有相线零序阻抗，还有N线零序阻抗。又由于线路正、负序阻抗相等，线路的单相短路计算阻抗为：

线路的相中阻抗第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统单相短路计算短路回路各部分相中阻抗1）变压器一次侧系统的相中阻抗：对于最常用的Dyn11和Yyn0配电变压器2）变压器的相中阻抗第4章短路电流计算4.5不对称短路的序分量分析法

配电系统单相短路计算短路回路各部分相中阻抗