电力系统分析课件第六章电力系统三相短路电流的实用计算
电力系统的短路电流计算方法
电力系统的短路电流计算方法在电力系统的运行过程中，短路事故是一种常见的故障形式。
短路电流的计算是电力系统设计和运行中重要的一部分，对于确保电力系统的稳定和安全运行至关重要。
本文将介绍电力系统的短路电流计算方法。
一、短路电流的概念和意义短路电流是指在系统中发生短路故障时产生的电流。
短路故障是指两个或多个系统元件之间的短接，导致电流异常增加。
短路电流的大小直接关系到系统设备的安全运行和保护装置的选择。
因此，准确计算短路电流对于系统的设计和运行至关重要。
二、对称短路电流的计算方法对称短路电流是指发生对称型短路故障（如三相短路故障）时的电流。
对称短路电流的计算方法主要有两种：解析法和数值法。
1. 解析法解析法是通过应用基本的电路理论和计算公式来计算短路电流。
首先需要确定短路电流的路线，然后根据系统参数和电路拓扑关系计算短路电流。
这种方法的优点是计算结果准确，但对于复杂的系统结构和参数较多的情况下，计算过程繁琐。
2. 数值法数值法是通过建立系统的模型，根据短路电流计算方程和计算程序进行计算。
数值法的优点是计算过程简单，适用于复杂系统结构和参数较多的情况。
常用的数值法有潮流法、有限差分法和外推法等。
这些方法在复杂系统中具有较大的优势，得到了广泛应用。
三、非对称短路电流的计算方法非对称短路电流是指发生非对称型短路故障时的电流。
由于非对称故障导致的电流不对称，计算方法相对复杂。
1. 正序、负序和零序分量法正序、负序和零序分量法是计算非对称短路电流的常用方法之一。
该方法将非对称电流分解为三个分量，即正序、负序和零序分量。
通过计算各个分量的电流值，再结合系统的参数和拓扑关系进行计算。
这种方法在非对称分析和保护装置选择中应用广泛。
2. 矩阵法矩阵法是一种基于复数计算的方法，通过建立节点矩阵和支路矩阵，求解节点电压和支路电流的未知量。
这种方法具有较强的适应性，能够计算各种复杂情况下的非对称短路电流。
四、短路电流计算中的注意事项在进行短路电流计算时，还需注意以下几个方面：1. 系统参数的准确性系统参数对于计算结果的准确性具有重要影响。
电力系统三相短路的分析与计算
算算3【例1】在图1所示网络中，设8.1;;100===M av B BK U U MVA S，求K 点发生三相短路时的冲击电流、短路电流的最大有效值、短路功率？解：采用标幺值的近似计算法 ①各元件电抗的标幺值1008.03.610008.05.0222.13.03.631001004100435.0301001005.10121.01151004.0402*2**2*1=⨯⨯==⨯⨯⨯=⨯==⨯==⨯⨯=L N B R T L X I I X X X②从短路点看进去的总电抗的标幺值： 7937.1*2***1*=+++=∑L R T L X X X X X③短路点短路电流的标幺值，近似认为短路点的开路电压fU 为该段的平均额定电压avU5575.01****===∑∑XX U I f f4④短路点短路电流的有名值kA I I I Bf f113.53.631005575.0*=⨯⨯=⨯=⑤冲击电流kAI i f M 01.13113.555.255.2=⨯== ⑥最大有效值电流kAI I f M 766.7113.552.152.1=⨯==⑦短路功率MVAI I S S S B f B f f 75.551005575.0**=⨯=⨯=⨯=[例2] 电力系统接线如图2（a ）所示，A 系统的容量不详，只知断路器B 1的切断容量为3500MV A ，C 系统的容量为100MV A ，电抗X C ＝0.3，各条线路单位长度电抗均为0.4Ω/km ，其他参数标于图中，试计算当f 1点发生三相短路时短路点的起始次暂态电流''1f I 及冲击电流i M ，(功率基准值和电压基准值取avBBU U MVA S ==,100)。
50km40kmf 1(3)A40km40km B 135kV(a)f 2(3)5X AX CX 1 X 2X 3X 4 X 5 f 1S AS C(b)S CX 9 X 7 X 8 X 10f 1X CS A(c)X 1X 11 (d)图2 简单系统等值电路(a) 系统图 (b)、(c)、(d)等值电路简化解：采用电源电势|0|''1E ≈和忽略负荷的近似条件，系统的等值电路图如图7-7(b)所示。
电力系统短路电流计算
电力系统短路电流计算电力系统短路电流计算是电力系统设计和运行中非常重要的一项工作。
短路电流是指在系统发生故障时电流的最大值，通常由短路电流计算来确定。
短路电流的计算对于保护设备的选择、电路设计和系统运行状态的分析都具有重要意义。
短路电流计算主要分为对称分量法和非对称分量法两种方法。
下面将对这两种方法进行详细介绍。
1.对称分量法：对称分量法是一种传统的短路电流计算方法，它将三相电流分解为正序、负序和零序三个对称分量，然后再计算每个分量的短路电流。
对称分量法的计算步骤如下：a.首先需要确定系统的短路电流初始值。
可以通过测量系统的各个节点电压和电流来获得。
一般来说，短路电流初始值取系统额定电流的2-3倍。
b.将系统的正常运行条件下的三相电流表示为复数形式：iA,iB和iC。
c.计算三相电流的正序分量：I1=(iA+α^2*iB+α*iC)/3，其中α=e^(j2π/3)，j为虚数单位。
d.计算三相电流的负序分量：I2=(iA+α*iB+α^2*iC)/3e.计算三相电流的零序分量：I0=(iA+iB+iC)/3f.计算每个分量的短路电流。
可以使用短路电流公式和阻抗矩阵来计算。
例如，正序分量的短路电流I1'=Z1*I1，其中Z1为正序阻抗。
g.将三个分量的短路电流叠加得到总的短路电流。
2.非对称分量法：非对称分量法是一种更加准确的短路电流计算方法，它考虑了系统故障时的非对称特性，可以更好地反映系统的短路电流分布。
非对称分量法的计算步骤如下：a.获取系统正常运行条件下的三相电流。
b. 将三相电流转换为abc坐标系下的矢量形式。
c.计算叠加故障电流矢量。
d. 将叠加故障电流矢量转换为dq0坐标系的正序、负序和零序分量。
e.根据正、负、零序分量计算短路电流。
非对称分量法相比于对称分量法更加准确，但在计算过程中需要考虑更多的参数和细节，计算复杂度较高。
需要注意的是，短路电流计算是在假设系统中所有设备均采用理想的电气参数的情况下进行的。
无限大系统供电的三相短路电流计算步骤
无限大系统供电的三相短路电流计算步骤1. 概述在电力系统中，短路故障是一种严重的电力故障，会导致电力设备的损坏甚至火灾事故。
对于电力系统的短路电流进行准确的计算和分析至关重要。
2. 三相短路电流的定义三相短路电流是指在电力系统中，三相之间或者三相与地之间发生短路时产生的电流。
它是在短路点，三相导线之间或者与地之间的电压为零时的电流。
3. 三相短路电流计算的必要性在电力系统中，了解短路电流的大小对于设备的选型、保护装置的选择和系统的稳定运行具有重要意义。
进行三相短路电流的准确计算是非常重要的。
4. 三相短路电流计算的基本步骤根据电力系统的参数和拓扑结构，进行三相短路电流的计算需要进行以下基本步骤：4.1 收集系统参数首先需要收集电力系统中各个设备的参数，包括发电机、变压器、电缆、开关设备等的额定容量、短路阻抗、接线方式等信息。
4.2 绘制系统拓扑图根据收集到的系统参数，绘制出电力系统的拓扑结构图。
拓扑图的绘制需要清晰地表现出系统中各个设备的连接方式和电流的流向。
4.3 计算短路阻抗根据电力系统的拓扑结构和参数，计算出各个节点之间的等值短路阻抗。
这个步骤是进行短路电流计算的基础。
4.4 确定短路点根据拓扑结构图和短路阻抗的计算结果，确定系统中可能发生短路的点，即短路点。
4.5 进行短路电流计算在确定了短路点之后，可以使用各种方法进行短路电流的计算，如对称分量法、复功率法、节点分析法等。
4.6 考虑不对称短路在实际电力系统中，三相短路并不总是对称的，因此在计算短路电流时需要考虑不对称短路。
可以使用不对称系统等效电路进行计算。
4.7 分析计算结果根据计算得到的短路电流结果，对系统进行分析，评估设备的承受能力，选择合适的保护设备，做出相应的安全措施。
5. 结论三相短路电流的计算是电力系统设计、运行和维护中的重要内容。
在进行计算时，需要充分收集系统参数，绘制系统拓扑图，计算短路阻抗，确定短路点，进行短路电流计算，并最终分析计算结果。
第六章 短路电流及计算
第六章短路电流及计算第一节短路的原因及后果一、短路的原因短路是指系统正常运行情况以外的，一切相与相之间或相与地之间金属性短接或经过小阻抗短接。
供配电系统发生短路故障的主要原因有：1．电气设备载流部分的绝缘损坏。
这种损坏可能是由于设备的绝缘材料自然老化；或由于绝缘强度不够而被正常电压击穿；2．设备绝缘正常而被各种形式的过电压（包括雷电过电压）击穿；3．如输电线路断线、线路倒杆或受到外力机械损伤而造成的短路。
4．工作人员由于未遵守安全操作规程而发生人为误操作，也可能造成短路。
5．一些自然现象（如风、雷、冰雹、雾）及鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，也是造成短路的一个原因。
二、短路后果1．短路电流增大，会引起电气设备的发热，损坏电气设备。
2．短路电流流过的线路，产生很大的电压降，使电网的电压突然下降，引起电动机的转速下降，甚至停转。
3．短路电流还可能在电气设备中产生很大的机械力（或称电动力）。
此机械力可引起电气设备载流部件变形，甚至损坏。
4．当发生单相对地短路时，不平衡电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通迅线路、铁路信号系统、可控硅触发系统以及其他弱电控制系统可能产生干扰信号，使通讯失真、控制失灵、设备产生误动作。
5．如果短路发生在靠近电源处，并且持续时间较长时，则可导致电力系统中的原本并联同步（不同发电机的幅值、频率、波形、初相角等完全相同吻合）运行的发电机失去同步，甚至导致电力系统的解列（电力网中不同区域、不同电厂的发电机无法并列运行），严重影响电力系统运行的稳定性。
第二节短路故障的种类供电系统中短路类型与电源的中性点是否接地有关，在中性点不接地系统中，可能发生的短路有三相短路、两相短路。
而在中性点接地系统中，可能发生的短路除三相短路及两相短路外，尚有单相接地短路及两相接地短路。
图6-1是不同的短路故障的故障图。
图6-1 短路类型（虚线表示短路电流的路径）一、相间短路1．三相短路三相短路指供电系统中三相导线间同时短接。
电力系统短路电流计算
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6.2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算
➢ 综合负荷 次暂态电势 次暂态电抗
二、冲击电流的计算x 0.35
➢ 负荷提供的冲击电流 ➢ 电源提供的冲击电流 ➢ 总的冲击电流
E 0.8
iim.LD kim.LD 2ILD
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（2）进行网络6变.3换短路电流计算曲线及其应用
按照电源合并的原则，将网络中的电源合并成干组， 每组用一个等值发电机代表。无限大功率电源另成一组。 求出各等值发电机对短路点的转移电抗 以及无限大 功率电源对短路点的转移电抗
6.1 短路电流计算的基本原理和方法
*
zLD.k Vk2 / S LD.k 或
节点 k 接入负荷，相
*
yLD.k S LD.k / Vk2
当于在 YN 阵中与节点 k
对应的对角元素中
增加负荷导纳 yLD.k 。 最后形成包括所
有发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机支路和负荷
支路的节点方程如下
YV I (6-2)
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，于是可V得f(i0) Z fi Ii Ifi Vfi / Z ff
同理可z得fi 电势IE源fii I和 电ZZ势fffi 源zim之间的（转6移-1阻3）抗为
zim zi zm / Zim
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6.1 短路电流计算的基本原理和方法
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电力系统三相短路的分析与计算及三相短路的分类
第一节电力系统故障概述在电力系统的运行过程中,时常会发生故障,如短路故障、断线故障等。
其中大多数是短路故障（简称短路)。
所谓短路,是指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。
在正常运行时，除中性点外,相与相或相与地之间是绝缘的。
表7—1示出三相系统中短路的基本类型。
电力系统的运行经验表明，单相短路接地占大多数。
三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路;其它几种短路均使三相回路不对称，故称为不对称短路。
上述各种短路均是指在同一地点短路,实际上也可能是在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点短路.产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。
例如架空输电线的绝缘子可能由于受到过电压(例如由雷击引起）而发生闪络或由于空气的污染使绝缘子表面在正常工作电压下放电。
再如其它电气设备，发电机、变压器、电缆等的载流部分的绝缘材料在运行中损坏.鸟兽跨接在裸露的导线载流部分以及大风或导线覆冰引起架空线路杆塔倒塌所造成的短路也是屡见不鲜的.此外，运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。
电力系统的短路故障大多数发生在架空线路部分。
总之,产生短路的原因有客观的，也有主观的,只要运行人员加强责任心，严格按规章制度办事，就可以把短路故障的发生控制在一个很低的限度内。
表7-1 短路类型短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的Array危害。
在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程,使短路回路中的短路电流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍。
短路点距发电机的电气距离愈近（即阻抗愈小），短路电流愈大。
例如在发电机机端发生短路时,流过发电机定子回路的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10~15倍。
在大容量的系统中短路电流可达几万甚至几十万安培。
短路点的电弧有可能烧坏电气设备。
短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏.另一方面，导体也会受到很大的电动力的冲击，致使导体变形,甚至损坏。
电力系统的短路计算PPT课件
Z* Z/Zd (R jX)/Zd R* jX*
U* U/Ud I* I /Id
(7-2)
S* S/Sd (P jQ)/Sd P* jQ*
式中，下标注“*”者为标幺值；下标注“d”者为基准 值，无下标者为有名值。
11
二、基准值的选择
在电力系统计算中，主要涉及对称三相电路，计 算时习惯上采用线电压、线电流、三相功率和一相等 值阻抗，这四个物理量应服从功率方程式和电路的欧 姆定律。
的电阻和导纳，即各元件均用纯电抗表示，并认为系 统中各发电机的电势同相位，从而避免了复数的运算； III. 系统除不对称故障处出现局部不对称外，其余部分是 三相对称的。
8
第二节 标幺制
❖一、标幺值 ❖二、基准值的选择 ❖三、不同基准值的标幺值间的换算 ❖四、)*
Uk%UN2 100 SN
Sd Ud2
(7-10)
17
电力系统中常采用电抗器以限制短路电流。电抗器
通常给出其额定电压UN、额定电流IN及电抗百分值XR%
如选定各量的基准值满足下列关系 ：
Sd
3U
d
Id
(7-4)
U d 3 Z d I d
将式(7-3)与(7-4)相除后得：
S* U*
U *I* Z*I*
(7-5)
式(7-5)表明，在标幺制中，三相电路计算公式与单相电
路的计算公式完全相同。
12
工程计算中，通常选定功率基准值Sd和电压基准值Ud， 这时，电流和阻抗的基准值分别为：
为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定 性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械 稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性；
为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要 的数据；