电力系统各种短路向量分析
电力系统故障分析及短路电流计算
5
H
E C
． ． ．
M
Z MK Z MK Z MK
I KA U
K
Z NK Z NK Z NK
KA1
I KB U
KB1
I KC U
． ． ．
ZT ZT
N
ZT
ZR ZR ZR
E A E B
H
E C
KC1
U KA 2 U KB 2 U KC 2 U KA0 U KB 0 U KC 0
Z S 2 Z T 2 M Z MK 2
ZM2
I K2
K2
Z NK 2
2 Z R2 ZT
Z2
K2 。
U K2
Z N2
。
H2
(e) 简化的负序序网图
I K2
U K2
H2
(b) 负序序网图
ZT 0
M
Z MK 0
K0
Z NK 0
N
0 ZT
Z0 K 0
。 。
I K0
ZM0
• 序阻抗的概念 • 某元件的某序阻抗是指该序电流通过该元件时产生的压降 与该序电流的比值，如式所示。
U 1 Z1 I1 U 2 Z 2 I2 U 0 Z 0 I 0
9
是各序阻抗元件分别流 过正序、负序、零序电 流时产生的正序、负序 、零序的压降。
7
对称分量法的应用7
• 据简化的各序网图可得：
Z1 Z M 1 // Z N 1 Z M 1 Z N1 Z M 1 Z N1
8
电力系统三相短路分析
第七章 电力系统三相短路的分析计算
图7-2 无限容量系统中的三相短路
a）三相电路 b）等值单相电路
短路前，系统中的a相电压和电流分别为
ua Um sin( t 0 )
ia Im sin( t 0 )
式中 Im
Um (R R')2 (X X ')2
arctan
短路后电流 周期分量
短路前电流 周期分量
非周期分 量电流
第七章 电力系统三相短路的分析计算
三、短路冲击电流、短路电流最大有效值和短路功率 1.短路冲击电流
在最严重短路情况下，三相短路电流的最大可能瞬时值。
作用：检验电气设备和载流导体的动稳定度
在短路回路中，通常电抗远大于电阻，来自认为k 900，故Im sin(0 ) I pm sin(0 k ) C
则
C Im sin( 0 ) I pm sin( 0 k ) inp0
t
∴ ia I pm sin( t 0 k ) [Im sin( 0 ) I pm sin( 0 k )]e Ta
52.3MVA
Iim I p 1 2(Kimp 1)2 4.38kA
第七章 电力系统三相短路的分析计算
7.3 电力系统三相短路的实用计算
说明 本书简略了两部分内容： 同步发电机的基本方程
同步发电机原始方程 Park变换后的同步电机基本方程 稳态运行的电势方程，引出次暂态电势的概念 同步电机三相短路的电磁分析 突然短路的暂态过程分析 无阻尼绕组同步电机三相短路分析 有阻尼绕组同步电机三相短路分析
SB 1
3U B
X
*
当计及电阻影响时，则可改用下式计算：
第七章 电力系统三相短路
短路电流的最大有效值
第一个周期的中心点为 t=0.01，在最不利的 的情况下发生短路时，iap0=Ipm 。
I ap iap 0e
0.01/ Ta
I pm e
0.01/ Ta
( kim 1) I pm
2 2 代入： I t I pt I apt
2 I im I p [(k im 1) 2 I p ] 2 I p 1 2(k im 1) 2
第七章 电力系统三相短路的分析计算
短路的一般概念 恒定电势源电路的三相短路 同步电机的三相短路的暂态过程 同步电机三相短路电流计算 电力系统三相短路的实用计算
7.1
短路的一般概念
所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或 相与地之间（对于中性点接地的系统）发生通路 的情况。正常运行时，除中性点外，相与相之间 或相与地之间是绝缘的。如果由于某种原因使其 绝缘破坏而构成了通路，我们就称电力系统发生 了短路故障。 对称短路；不对称短路。
t / Ta
C？
C由初始条件决定
I m sin( ) I Pm sin( ) C
C iaP0 I m sin( ) I Pm sin( )
短路前瞬间电流 i[ 0 ]
i p 0 短路后周期分量初始值
i I Pm sin( t ) [ I m sin( ) I Pm sin( )]e t / Ta
① ②
:与定子绕组匝链的磁 链称为定子绕组的漏磁链
与转子绕组匝链的那部分磁链 aq 称为电枢反应磁链: ad 、
同步发电机机端突然三相短路时的暂态过程
由于外接阻抗减小，定子绕组电流将增大，相 应的电枢反应磁链也将增大，原来稳定状态下电机 内部的电磁平衡关系遭到破坏。但在突变瞬间，为
电力系统短路分析
目录
CONTENTS
• 电力系统短路概述 • 短路电流计算 • 短路故障分析 • 电力系统短路保护 • 短路分析案例 • 结论与展望
01 电力系统短路概述
短路定义与分类
பைடு நூலகம்
短路定义
在电力系统中，由于某种原因导致电 路中的电流不经过负载直接流回电源 的现象。
短路分类
根据短路发生的位置和短路电流的大 小，可以分为单相短路、两相短路和 三相短路。
详细描述
针对传统短路保护装置存在的不足，研发了一种新型的短路保护装置。通过在多个场景下的应用和测试，该装置 表现出良好的性能和稳定性，能够有效提高电力系统的安全性和可靠性。
06 结论与展望
短路分析的重要性和意义
保障电力系统安全稳定运行
短路故障是电力系统中最常见的故障之一，对其进行准确分析有 助于及时发现和解决故障，降低对整个系统的影响。
系统稳定性下降
短路可能导致系统电压下降，影响电力系统 的稳定性。
火灾风险
短路可能导致电弧产生，引发火灾。
02 短路电流计算
短路电流计算方法
欧姆定律法
基于欧姆定律，通过系 统各元件的电阻和电感 计算短路电流的大小。
叠加法
将系统中的各个元件对 短路电流的贡献分别计 算，然后进行叠加得到
总短路电流。
等效电压源法
通过分析电流和电压的波形来判断 是否存在短路故障。
04
短路故障的预防与处理
加强设备维护和检修
定期检查设备的绝缘状况和运行状态， 及时发现并处理潜在的故障隐患。
提高设备质量
选用高质量的设备和材料，减少设备 故障和绝缘损坏的可能性。
安装保护装置
在关键设备和线路安装保护装置，如 断路器和熔断器，以便在发生短路故 障时及时切断电路。
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：SB3UBIUB3ZBIB,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：SIB2UBSB、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)＝()(2)100SNBU(%)UI()()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。
电力系统分析短路计算——电力系统各序网络的建立
2.7电力系统各序网络的建立2.7.1概述当电力系统发生不对称短路时，三相电路的对称条件受到破坏，三相电路就成为不对称的了。
但是，应该看到，除了短路点具有某种三相不对称的部分外，系统其余部分仍然可以看成是对称的。
因此，分析电力系统不对称短路可以从研究这一局部的不对称对电力系统其余对称部分的影响入手。
现在根据图7-32所示的简单系统发生单相接地短路（a 相）来阐明应用对称分量法进行分析的基本方法。
设同步发电机直接与空载的输电线路相连，其中性点经阻抗接地。
若在a 相线路上某一点发生接地故障，故障点三相对地阻抗便出现不对称，短路相0Z a =，其余两相对地阻抗则不为零，各相对地电压亦不对称，短路相0U a =，其余两相不为零。
但是，除短路点外，系统其余部分每相的阻抗仍然相等。
可见短路点的不对称是使原来三相对称电路变为不对称的关键所在。
因此，在计算不对称短路时，必须抓住这个关键，设法在一定条件下，把短路点的不对称转化为对称，使由短路导致的三相不对称电路转化为三相对称电路，从而可以抽取其中的一相电路进行分析、计算。
实现上述转化的依据是对称分量法。
发生不对称短路时，短路点出现了一组不对称的三相电压（见图7-33(a)） 。
这组三相不对称的电压，可以用与它们的大小相等、方向相反的一组三相不对称的电势来替代，如图7-33(b) 所示。
显然这种情况同发生不对称短路的情况是等效的。
利用对称分量法将这组不对称电势分解为正序、负序及零序三组对称的电势（见图7-33(c)） 。
由于电路的其余部分仍然保持三相对称，电路的阻抗又是恒定的，因而各序具有独立性。
根据叠加原理，可以将图7-33(c)分解为图7-33(d)(e)(f) 所示的三个电路。
图7-33(d) 的电路称为正序网络，其中只有正序电势在起作用，包括发电机电势及故障点的正序电势。
网络中只有正序电流，它所遇到的阻抗就是正序阻抗。
图7-33(e)的电路称为负序网络。
由于短路发生后，发电机三相电势仍然是对称的，因而发电机只产生正序电势，没有负序和零序电势，只有故障点的负序分量电势在起作用，网络中只有负序电流，它所遇到的阻抗是负序阻抗。
短路分析——正序、负序、零序
四、简单不对称短路的分析计算
1．单相接地短路
图5-15表示U相单相接 地短路的情况。
k (1)
U V W
IU IV IW
图5-15 单相接地短路
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➢ 短路点的边界条件为
k (1)
U V
UIVU
0 IW
0
W
IU IV IW
（5-42）
➢ 将上式转换为对称分量的形式，并整理后可得用序分
（5-41）
UU 0 jIU 0 X 0
式中： UU1 、UU 2 、UU0 为短路点电压的正序、负序和零 序分量；IU1 、IU 2 、IU 0 为短路点电流的正序、负序和零
序分量；X1Σ、X2Σ、X0Σ为正序、负序和零序网络对短 路点的等效电抗；EU1 为正序网络中发电机的等效电 动势。
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量表示的边界条件为
UU1 UU 2 UU 0 0 IU1 IU 2 IU 0
(5-43)
➢ 将基本序网方程式(5-41)和边界条件方程式(5-43)联
立求解，可得短路点的正序分量电流为
IU 2
IU 0
IU1
j
X1
EU1 X2
X0
(5-44)
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4.3 短路电流计算
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➢ 短路点的正序分量电流求出后，即可根据边界条件方程式
(5-43)和基本序网方程式(5-41)确定短路点电流和电压的各
序分量为
UUUU
2 0
jIU 2 X 2 jIU 0 X 0
jIU1X 2 jIU1X 0
(5-45)
UU1 EU1 jIU1X1 (UU 2 UU 0 ) jIU1( X 2 X 0 )
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。
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电力系统各种短路向量分析
一、单相(A 相)接地短路
故障点边界条件
.
.
.
0;0;0kB kC kA U I I ===
即 ....
1200kA kA kA kA U U U U =++=
又 .
(2)
111()33kA kA kB kC kA I I a I a I I =++=
.
(2)
2
11()33
kA kA kB kC kA I I a I a I I =++= .
....
11()33
k kA kB kC kA I I I I I =++= 所以
...
120kA kA k I I I ==
以上就是以对称分量形式表示的故障点电压和电流的边界条件。
向量图如下：
由向量图可知A相电流增大，B、C相电流为零，A相电压为零，B、C相电压增大。
二、B 、C 相接地短路。
故障点边界条件为 ...
0;0;0kA kB kC I U U === 同上用对称分量表示，则 .
.
.
1200kA kA k I I I ++=
.
.
.
120
13
kA kA k kA U U U U === 相量图如下：
有向量图可知，A 相电流为零，B 、C 相电流增大；A 相电压增大，B 、C 相电压为零。
三、两相短路
故障点的边界条件为
.....
0;;kA kB kC kB kC I I I U U ==-=
以对称分量形式表示故障点电压、电流边界条件：
.
.
.
.
.
12120;;kA kA kA kA kA I I I U U ==-=
向量图如下：
由向量图可知，A 相电流为零，B 、C 相电流增大；A 相电压增大，B 、C 相电压减小。
四、三相短路
故障点边界条件为
.
.
.
.
.
.
0;kA kB kC kA kB kC I I I U U U ++=== 以对称分量法表示，则 .
.
.
0120;0;0k kA kA I U U === 三相短路电流向量图如下：
即短路电流向量仍然保持平衡，各项短路电压为零。