電力工程基礎(chǔ)合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院6短路故障分析與計(jì)算6.1概述合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電氣設(shè)備絕緣損壞；

所謂“短路”就是電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。一、短路的原因及其后果運(yùn)行人員誤操作；

其他原因；

短路故障的后果很嚴(yán)重！

合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二、短路的類型三相短路；

兩相短路；

兩相接地短路；

單相接地短路；

最嚴(yán)重！最常見！不對(duì)稱故障三、短路計(jì)算的目的和簡化假設(shè)選擇和校驗(yàn)各種電氣設(shè)備；

合理配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置；

作為選擇和評(píng)價(jià)電氣主接線的依據(jù)；

負(fù)荷用恒定電抗表示或略去不計(jì)；

各元件參數(shù)恒定，不計(jì)高壓網(wǎng)元件的電阻和導(dǎo)納，各發(fā)電機(jī)電勢同相位；

系統(tǒng)除不對(duì)稱故障處出現(xiàn)局部不對(duì)稱外，其余部分是三相對(duì)稱的；

5.2標(biāo)幺制合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院電力系統(tǒng)計(jì)算主要涉及對(duì)稱三相電路，計(jì)算時(shí)習(xí)慣采用線電壓、線電流、三相功率、一相等值阻抗，這四個(gè)量應(yīng)滿足功率方程和歐姆定律。一、標(biāo)幺值在標(biāo)幺制中，三相電路計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全性相同。標(biāo)幺值沒有單位二、基準(zhǔn)值的選擇工程計(jì)算中通常選擇功率基準(zhǔn)值和電壓基準(zhǔn)值。電流、阻抗的基準(zhǔn)值可推算出來。

應(yīng)用標(biāo)幺值計(jì)算，最后還需要將所得結(jié)果換算成有名值，其換算公式為：有名值=標(biāo)幺值×基準(zhǔn)值。合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院三、基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算必須把不同基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值換算成統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值才能進(jìn)行計(jì)算。換算方法：先將以各自額定值作為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值還原成有名值；再按統(tǒng)一的基準(zhǔn)值換算成標(biāo)幺值。發(fā)電機(jī)

變壓器電抗器

輸電線路

基準(zhǔn)值該如何選擇？基準(zhǔn)功率可選擇某一整數(shù)或最大容量設(shè)備的額定功率，基準(zhǔn)電壓可取網(wǎng)絡(luò)各級(jí)額定電壓或平均額定電壓?；鶞?zhǔn)功率只有一個(gè)，基準(zhǔn)電壓可根據(jù)電壓等級(jí)數(shù)量確定。合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院四、變壓器聯(lián)系的多級(jí)電壓網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)幺值的計(jì)算多級(jí)電網(wǎng)中，標(biāo)幺值的計(jì)算方法有兩種。各電壓等級(jí)有名值先全部歸算到某一個(gè)電壓級(jí)（稱為基本級(jí)），然后將所有的有名值根據(jù)基準(zhǔn)功率和基本級(jí)的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行歸算。首先確定基本級(jí)和基本級(jí)的基準(zhǔn)電壓，然后按照各電壓級(jí)與基本級(jí)相聯(lián)系的變壓器的變比，確定其余各電壓級(jí)的電壓基準(zhǔn)值，再按全網(wǎng)統(tǒng)一的功率基準(zhǔn)值和各級(jí)電壓的電壓基準(zhǔn)值計(jì)算網(wǎng)絡(luò)各元件的電抗標(biāo)幺值。1、準(zhǔn)確計(jì)算法實(shí)際準(zhǔn)確變比或者近似變比2、近似計(jì)算法變壓器的實(shí)際變比改為由變壓器兩側(cè)網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓之比來代替約比相應(yīng)電壓級(jí)的額定電壓高5%合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院五、使用標(biāo)幺值的好處使計(jì)算大為簡化；某些非電的物理量標(biāo)幺值可與另一物理量的標(biāo)幺值相等，簡化計(jì)算公式；易于比較各種電氣設(shè)備的特性及參數(shù)；便于對(duì)計(jì)算結(jié)果作出分析，并判斷其正確與否。6.3無限大功率電源供電網(wǎng)絡(luò)的三相短路計(jì)算合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院無限大功率電源是指容量為無限大，內(nèi)阻抗為零的電源。在短路計(jì)算中，當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過短路回路總阻抗的5%～10%時(shí)，外電路發(fā)生短路對(duì)電源影響很小，可認(rèn)為此電源就是無限大功率電源。一、短路暫態(tài)過程分析KK左邊電路仍然與電源相連。沒有電源的短路電路合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院K短路發(fā)生前（以a相為例進(jìn)行分析）：一階常系數(shù)線性非齊次微分方程全電流=短路電流的強(qiáng)制分量（特解）+短路電流的自由分量（通解）假設(shè)當(dāng)t=0時(shí)，發(fā)生短路：短路電流的周期分量短路電流的非周期分量時(shí)間常數(shù)阻抗角阻抗周期分量的幅值電源電勢的初始角合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院K短路發(fā)生前（以a相為例進(jìn)行分析）：全電流=短路電流的強(qiáng)制分量（特解）+短路電流的自由分量（通解）假設(shè)當(dāng)t=0時(shí)，發(fā)生短路：時(shí)間常數(shù)阻抗角阻抗周期分量的幅值電源電勢的初始角=合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院K短路發(fā)生前（以a相為例進(jìn)行分析）：全電流=短路電流的強(qiáng)制分量（特解）+短路電流的自由分量（通解）假設(shè)當(dāng)t=0時(shí)，發(fā)生短路：時(shí)間常數(shù)阻抗角阻抗周期分量的幅值

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相量差與時(shí)間軸平行時(shí)相量差與時(shí)間軸垂直時(shí)合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院

三相電路中，非周期分量出現(xiàn)最大值或零值的現(xiàn)象只有發(fā)生在其中一相；短路電流曲線不再與時(shí)間軸對(duì)稱，而是以非周期分量為對(duì)稱軸；三相短路時(shí)，只有周期分量是對(duì)稱的，各相非周期分量并不相等。

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二、短路沖擊電流和最大有效值電流1、短路沖擊電流短路電流的可能最大瞬時(shí)值相量差有最大可能值非周期分量達(dá)到最大相量差與時(shí)間軸平行空載=0或180合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院

二、短路沖擊電流和最大有效值電流1、短路沖擊電流短路電流的可能最大瞬時(shí)值相量差有最大可能值非周期分量達(dá)到最大相量差與時(shí)間軸平行空載=0或180沖擊系數(shù)發(fā)電機(jī)電壓母線短路時(shí)：取1.9；發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線或發(fā)電機(jī)出線電抗器后發(fā)生短路時(shí)：取1.85；其他地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)：取1.8；有效值電流？校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定性合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院

2、最大有效值電流短路全電流的最大有效值電流出現(xiàn)在短路后的第一個(gè)周期內(nèi)，又稱為沖擊電流的有效值。發(fā)電機(jī)電壓母線短路時(shí)：取1.9；發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線或發(fā)電機(jī)出線電抗器后發(fā)生短路時(shí)：取1.85；其他地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)：取1.8；有效值電流？校驗(yàn)電氣設(shè)備的斷流能力或耐力強(qiáng)度合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院三、短路功率（短路容量）短路功率等于短路電流有效值乘以短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓），即注意：短路功率只是一個(gè)定義的計(jì)算量，而不是一個(gè)測量值。四、無限大功率系統(tǒng)的短路電流計(jì)算系統(tǒng)的內(nèi)阻抗為零，端電壓為常數(shù)，短路電流周期分量的幅值恒定且不隨時(shí)間變化而變化。短路電流計(jì)算的任務(wù)就是計(jì)算短路電流的周期分量。6.4有限容量電源供電網(wǎng)絡(luò)的三相短路計(jì)算有限大容量系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，其短路電流周期分量幅值會(huì)隨時(shí)間變化。1、無阻尼繞組發(fā)電機(jī)一、同步發(fā)電機(jī)突然三相短路時(shí)的電磁暫態(tài)過程超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t勵(lì)磁繞組是閉合繞組該繞組交鏈的總磁鏈不能突變存在一個(gè)與勵(lì)磁繞組總磁鏈成正比的電勢在短路瞬間不能突變對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)電抗稱為暫態(tài)電抗，且此時(shí)不能把發(fā)電機(jī)的端電壓視為常數(shù)來處理2、有阻尼繞組發(fā)電機(jī)超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t勵(lì)磁繞組和阻尼繞組是閉合繞組兩者交鏈的總磁鏈不能突變存在一個(gè)與勵(lì)磁繞組和阻尼繞組總磁鏈成正比的電勢在短路瞬間不能突變對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)電抗稱為次暫態(tài)電抗，且合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院次暫態(tài)電勢：二、起始次暫態(tài)電流和沖擊電流的計(jì)算簡化公式：從發(fā)電機(jī)端到短路點(diǎn)的組合電抗除了發(fā)電機(jī)外，在短路時(shí)，有時(shí)可能也需要考慮異步電動(dòng)機(jī)在短路瞬間發(fā)出沖擊電流的影響。異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的標(biāo)幺值，一般為4～7當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，次暫態(tài)電勢不突變，異步電動(dòng)機(jī)殘壓低壓次暫態(tài)電勢時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)暫時(shí)向系統(tǒng)提供一部分功率。只計(jì)及對(duì)短路沖擊電流的影響。合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院星網(wǎng)變換三、短路電流計(jì)算的實(shí)用方法1、網(wǎng)絡(luò)的等值簡化合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院等值變換合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院分裂電勢源和分裂短路點(diǎn)E1E2E1E2E1E2E1E2E1E2合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院利用電路對(duì)稱性簡化網(wǎng)絡(luò)12電位相等的節(jié)點(diǎn)，可直接相連；等電位間的電抗可短接后除去。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)化簡去除了電源電勢節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)以外的所有中間節(jié)點(diǎn)，最后得到的各個(gè)電源電勢節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)間的直接聯(lián)系的電抗，即為轉(zhuǎn)移電抗。2、轉(zhuǎn)移電抗的概念kX1X2X3X4X5kX1kX3kX2k如果只在支路中加電勢，其他電勢為零，則與在支路中所產(chǎn)生的電流之比值，即為支路與支路之間的轉(zhuǎn)移電抗。網(wǎng)絡(luò)簡化法3、求取轉(zhuǎn)移電抗的方法星網(wǎng)變換等值變換分裂電勢源和分裂短路點(diǎn)利用電路對(duì)稱性簡化網(wǎng)絡(luò)單位電流法相對(duì)于輻射形網(wǎng)絡(luò)而言，采用單位電流法，可以使得計(jì)算過程更為簡便。kX1X2X3X4X5kX1kX3kX2kX1X2X3X4X5可假設(shè)流過X3的電流為1（標(biāo)幺值），然后逐步推導(dǎo)出其他電流，最后根據(jù)轉(zhuǎn)移電抗的定義求出各電源到短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗。計(jì)算曲線4、應(yīng)用計(jì)算曲線計(jì)算短路電流計(jì)算電抗歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的組合電抗的標(biāo)幺值和發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗的標(biāo)幺值之和，并記作Xc。（1）作等值網(wǎng)絡(luò)；通過計(jì)算繪制成的一種短路電流周期分量隨時(shí)間和短路距離（計(jì)算電抗）而變化的曲線。（按汽輪機(jī)和水輪機(jī)