电力系统三相短路的实用计算
电力系统三相短路电流的实用计算
•
6.1 短路电流计算的基本原理和方法
或
节点 接入负荷，相
当于在 阵中与节点
对应的对角元素中
增加负荷导纳
。
最后形成包括所
有发电机支路和负荷
支路的节点方程如下
(6-2)
•
6.1 短路电流计算的基本原理和方法 二、利用节点阻抗矩阵计算短路电流
点i产生的电压，也就是短路前瞬间正常运行状态下的
节点电压，记为 。第二项是当网络中所有电流源都
断开，电势源都短接时，仅仅由短路电流 在节点i产
生的电压。这两个分量的叠加，就等于发生短路后节点
i的实际电压，即
(6-4)
•
6.1 短路电流计算的基本原理和方法
公式（6-4）也适用于故障节点f，于是有
（6-5）
（b）所示。
•
6.1 短路电流计算的基本原理和方法
4、利用网络的等值变换计算转移阻抗
（1）将电源支路等值合并和网络变换，把原网络简化 成一端接等值电势源另一端接短路点的单一支路，该支 路的阻抗即等于短路点的输入阻抗，也就是等值电势源 对短路点的转移阻抗，然后通过网络还原，算出各电势 源对短路点的转移阻抗。 （2）保留电势源节点和短路点的条件下，通过原网络 的等值变换逐步消去一切中间节点，最终形成以电势源 节点和短路点为顶点的全网形电路，这个最终电路中联 结电势节点和短路点的支路阻抗即为该电源对短路点的 转移阻抗。
•
6.3 短路电流计算曲线及其应用
（二）计算步骤 （1）绘制等值网络 选取基准功率 和基准电压 发电机电抗用 ，略去网络各元件的电阻、输电线 路的电容和变压器的励磁支路 无限大功率电源的内电抗等于零 略去负荷
电力系统三相短路电流的实用计算
电力系统三相短路电流的实用计算
电力系统三相短路电流是指在电力系统中，当三相电路发生短路时，电流的大小。
电力系统中的短路电流对电力设备和人员的安全都有着非常重要的影响，因此对于短路电流的实用计算具有重要的意义。
电力系统的三相短路电流的计算涉及到许多因素，主要包括电源电压、短路电阻、接地方式等。
在进行计算前需要先确定电源电压和短路电阻的数值。
电源电压可以通过测量电源的电压来得到，而短路电阻则需要通过短路测试或者模拟计算得到。
在计算短路电阻时需要考虑到接地方式的不同，比如单相接地、中性点接地和无接地等情况。
计算三相短路电流的方法有多种，比较常用的是对称分量法和解析法。
对称分量法是将三相电流分解为正、负和零序三个对称分量，然后分别计算每个分量的短路电流，最后将三个分量的短路电流进行合成得到最终的短路电流。
解析法则是通过利用短路电路的等效电路模型对短路电流进行求解。
除了以上两种方法外，还有一些其他的计算方法，比如短路电流表法、有限元法等。
不同的计算方法适用于不同的情况，需要根据具体的情况进行选择。
在进行短路电流计算时，需要注意一些关键的点。
首先是选择合适的计算方法，其次是确定计算时所使用的参数的准确性，包括电源电压、短路电阻的数值和接地方式等，这些因素的误差都会对短路电流的计算结果产生影响。
另外，还需要对计算结果进行验证和分析，以确保计算结果的可靠性和准确性。
总之，电力系统三相短路电流的实用计算是电力系统安全运行的重要保障之一，需要进行准确的计算和分析，以保障电力设备和人员的安全。
第三章电力系统三相短路的实用计算
计算的条件和近似：电源
E|0| U|0| jI|0| xd
发电机的等值电动势为次暂态电动势； 等值电抗为直轴次暂态电抗； 若忽略负荷，则短路前为空载状态，所有电源的等值电动 势标幺值均为1，且同相位。 当短路点远离电源时，发电机端电压母线看作恒定电压源。
计算的条件和近似：电网 • 忽略线路对地电容和变压器的励磁回路 • 计算高压网时忽略电阻，低压网和电缆 线路用阻抗模值计算 • 标幺值计算中取变压器变比为平均额定 电压之比
计算的条件和近似：负荷 • 不计负荷（均断开）。 • 短路前按空载情况决定次暂态电动势， 短路后电网上依旧不接负荷。 • 近似的可行性是由于短路后电网电压下 降，负荷电流<<短路电流。
计算的条件和近似：电动机
• 短路后瞬间电动机倒送短路电流现象：图3-1 异步电动机在失去电源后能提供短路电流: 机械惯性和电磁惯性。 异步电动机短路电流中有交流分量和直流分量。
• 电力系统短路电流的工程计算只要求计 算短路电流基频交流分量的初始值，即 次暂态电流 I 。
WHY? 由于使用快速保护和高速断路器以后， 断路器开断时间小于0.1S
Q:各种电机的时间常数的大致范围为多少？
P32 表2-2
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
第一节 短路电流交流分量初始值计算
线形 网络
I f
f
只有第i个电势源 单独作用时的电 流分布
Iii
表示第i个电势源单独作用时从节点i流入网络的电流 表示第j个电势源单独作用时从节点i流出网络的电流
Iij
第i个电源节点的电流可以表示为：
I i I ii I ij
j 1 j i
n
电力系统分析第9章( 电力系统三相短路的实用计算)
I 1 C1 , I 2 C 2 , I i Ci , I n C n
电流分布系数是表征网络中 电流分布情况的一种参数
所有电源点的电流分布系数 之和必等于1，即
I i Ci 1 i 1 i 1 I f
n n
图9.7 电流分布系数示意图
算曲线（或对应的数字表格）得出 I pt
。
无限大功率电源向短路点提供的短路电流 周期分量的标么值为：
I ps
1 x js
9.3.2 计算曲线的应用
(4)
求t时刻短路电流周期分量的有名值 I pt
I Pt i I pti I Ni I pti S Ni 3U av
第9章 电力系统三相短路的实用计算
本章提示
9.1 交流分量电流初始值的计算
9.2
9.3 9.4 小结
起始次暂态电流和冲击电流的计算
计算曲线法 转移阻抗及电流分布系数
第9章 电力系统三相短路的实用计算
本章提示
在一定计算条件下，计算三相短路电流交流 分量的初始值，分析异步电动机的短路反馈 电流； 针对不同系统，利用等效化简或计算曲线， 求解起始次暂态电流； 利用转移阻抗及电流分布系数，求解短路电
发电机G－2：600MW， 0.85, x 0.18, E 1.05,U 10 KV cos d 1 N 变压器T－1、T-2：额定容量 360 MVA,U d % 14 变压器T－3：额定容量 ， MVA,U d % 10.5 720 线路L：每回250公里，1 0.4 Km，U N 220 KV x
b) 将转移电抗按相应的等值发电机的容量 归算为各等值发电机对短路点的计算电抗
x js i
第三章 电力系统三项短路电流的使用计算
近似计算2：
假设条件：
所有发电机的电势为1，相角为 0，即 E 10 不计电阻、电纳、变压器非标准变比。 不计负荷（空载状态）或负荷用等值电抗表示。 短路电路连接到内阻抗为零的恒定电势源上
起始次暂态电流和冲击电流的 实用计算
没有给出系统信息
X S*
IB IS
有阻尼绕组 jxd
jxd 无阻尼绕组
E
E
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
•起始次暂态电流：短路电流周期分量（基频分量） 的初值。
•静止元件的次暂态参数与稳态参数相同。
•发电机：用次暂态电势 E 和次暂态电抗 X d
表示。
E G 0 U G 0 jX dIG 0
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
（3）短路电流使用计算步骤
较精确计算步骤
绘制电力系统等值电路图 进行潮流计算 计算发电机电势 给定短路点，对短路点进行网络简化 计算短路点电流 由短路点电流推算非短路点电流、电压。
例题
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
电力系统三相短路的实用计算
三、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1. 起始次暂态电流的计算
（1）同步发电机的模型
ia
Eq xd
cos(t
0 )
Ed xq
sin(t
0 )
I cos(t 0－）
ia
Eq|0| xd
当cos(xtd
0
)xq(时Exqd|0|
Exqd|0I| )cos(x1td0E)qe|0|Ttd E(qE|0x|qd|0| ExE|dx0q|d|0|
第三章电力系统三相短路电流的实用计算
t Tq
t 0 I
E0 xd
实用计算例1
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 b） 电网侧
忽略线路对地电容和变压器励磁回路； 高压电网计算忽略电阻； 标幺值计算时认为变压器变比=平均额定电压之比。
c) 综合负荷侧
短路前后电网近似计算时都按空载进行计算，忽略综荷。
1 x xst I st
I st 5
x xst 0.2
（3-3）
xst 启动电抗标幺值； I st 启动电流标幺值。
E U 0 jI 0 x 0
次暂态电动势E ;正常极端电压为 U 0 ;吸收电流 I 0 0
其模值为：
E U 0 I 0 x sin 0 0
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
0 U q 0 jI d 0 xd Eq 0 jI d xd Eq
q
E 0
0 Ed
E 0
Id
0 Eq jxd
0 Ed jxq
Eq 0
0 U d 0 jI q 0 xq Ed
3.1.3 复杂系统计算
一般应用叠加定理进行计算。 计算公式为：
I f
U f 0 jx
（3-5）
假设：1.短路前后综荷视为空载 2.
乃至网络各点电压均视为1 E
1 I f x
例3－2 (P68) 例3－3 (P71)
则可近似计算：
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算 等值系统：实际短路电流计算时，将短路点以外其余系统
异步电动机短路失去电源后能提供短路电流。
突然短路瞬间，异步电动机在机械和电磁惯性作用下，
定转子绕组中均感应有直流分量电流，当端电压低于 次暂态电动势时，就向外供应短路电流。
电力系统三相短路实用计算
电力系统三相短路实用计算电力系统中的三相短路是指电力线路中的三个相之间发生了异常电流的情况。
短路通常是由线路故障或设备故障引起的，可能导致电力系统的瞬时过电压和电流，严重的情况下可能导致设备烧毁和火灾。
因此，实用计算三相短路的问题不仅仅是学术研究，更是在电力工程中非常必要的一项工作。
本文将详细介绍三相短路计算的实用方法。
在进行三相短路计算之前，需要明确一些基本的概念。
首先是电力系统的三个相，分别是A、B和C相。
然后是短路电流，它是电力系统中由短路引起的瞬时过电流。
最后是短路电阻，它是电力系统中分析短路电流流动路径时所使用的电阻值。
三相短路计算的目的是为了确定在短路故障发生时，电力系统中的瞬时过电压和电流的大小，并对系统中的设备进行保护设计。
根据短路电流的大小和持续时间，可以确定保护设备的额定容量和设置参数。
三相短路计算的方法可以分为两种，即解析计算和数值计算。
解析计算是根据电力系统的拓扑结构和参数方程，通过数学公式推导出短路电流的准确解。
数值计算则是通过电力系统的数学模型和计算机算法，近似计算出短路电流的数值解。
解析计算方法包括对称分量法、组合法和椭圆法。
对称分量法是通过将三相电力系统转化为正序、负序和零序对称分量，然后计算出其对应的短路电流。
组合法是通过将电力系统划分为若干简化的电路片段，然后计算每个片段内的短路电流，再将片段的短路电流合并为整个系统的短路电流。
椭圆法是通过近似计算短路电流的复合序分量，然后将其转化为实数域计算。
数值计算方法常用的有有限元法、有限差分法和时间序列法。
有限元法是通过将电力系统离散为若干网格单元，然后通过求解离散方程求得短路电流。
有限差分法是通过将电力系统的导纳矩阵转化为差分方程，然后通过数值迭代求得短路电流。
时间序列法是通过电力系统的状态方程和入口过程随机过程的仿真，然后通过统计方法计算出短路电流的概率分布。
无论采用哪种方法进行三相短路计算，都需要输入电力系统的拓扑结构、线路参数、发电机参数和负荷参数等，进行模型的建立。
电力系统分析3.课题三 电力系统三相短路的实用计算
第四单元 电力系统对称短路的分析计算
课题三 电力系统三相短路的实用计算
二、有限容量系统短路电流 的计算
即应用运算曲线计算任意时刻短路电流周期分量。 问题提出？ 有限容量系统发生短路，电源变化：EG和UG不再恒定，随机组型号、结构 不同变化的函数！ (一) 运算曲线的概念
例如: 某汽轮发电机供电系统如下图，在k点发生三相短路，若此计算电抗 Xjs=，试求t=1s时短路电流周期分量有效值。
It2
查P262图F-2曲线，可得 I(t2s)* 2.4
再根据发电机SN、UN即可求出短路电流周期分量的有名值，即
I(t2s) I(t2s)* I N 2.4
有限容量系统三相短路暂态 过程曲线
短路电流周期分量有效值不恒定！
第四单元 电力系统对称短路的分析计算
课题三 电力系统三相短路的实用计算
一、起始次暂态电流 的计算
在电力系统三相短路后第一个周期内，认为短路电流周期分量是不衰减的，
而求得的短路电流周期量的有效值即为起始次暂态电流。用 I 表示。
计算的思路： 1.首先计算t=0时，各元件正常的电气量；
X js X d X e
2.运算曲线？
由国家制定，考虑不同类型发电机、不同短路时 间，电力系统发生三相短路，发电机短路电流周 期分量的标么值与为计算电抗和时间的函数曲线， 叫运算曲线（计算曲线），即
I p f ( X js , t)
第四单元 电力系统对称短路的分析计算
课题三 电力系统三相短路的实用计算
第四单元 电力系统对称短路的分析计算
课题三 电力系统三相短路的实用计算
三相短路电流计算的任务： 1.计算短路电流周期分量起始值，即起始次暂态电流 。
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第七章电力系统三相短路的实用计算
容要点
电力系统故障计算。
可分为实用计算的“手算”和计算机算法。
大型电力系统的故障计算，一般均是采用计算机算法进行计算。
在现场实用中，以及大学本、专科学生的教学中，常采用实用的计算方法—‘手算’(通过“手算“的教学，可以加深学生对物理概念的理解)。
例题1：
如图7一1所示的输电系统，当k点发生三相短路，作标么值表示的等值电
路并计算三相短路电流。
各元件参数已标于图中。
图7一1系统接线图
解：取基准容量Sn=100MVA,基准电压Un=Uav(即各电压级的基准电压用平均额定电压表示)。
则各元件的参数计算如下，等值电路如图7一2所示
图7-2 等值电路
例题7-2：
已知某发电机短路前在额定条件下运行，额定电流 3.45
N KA
I=,N
COSϕ=
0.8、d
X ''=0.125。
试求突然在机端发生三相短路时的起始超瞬态电流''I 和冲击电流有名值。
(取 1.8=i m p
K
)
解：因为，发电机短路前是额定运行状态，取101.
10U =∠︒
习题：
1、电力系统短路故障计算时，等值电路的参数是采用近似计算，做了哪些简化?
2、电力系统短路故障的分类、危害、以及短路计算的目的是什么?
3、无限大容量电源的含义是什么?由这样电源供电的系统，三相短路时，短路电流包含几种分量?有什么特点?
4、何谓起始超瞬态电流(I")?计算步骤如何?在近似计算中，又做了哪些简
化假设?
5、冲击电流指的是什么?它出现的条件和时刻如何?冲击系数imp k 的大小与什么有关？
6、在计算1"和imp i 时，什么样的情况应该将异步电动机(综合负菏)作为电源看待?如何计算?
7、什么是短路功率(短路容量)?如何计算?什么叫短路电流最大有效值?如何计算?
8、网络变换和化简主要有哪些方法?转移电抗和电流分布系数指的是什么?他们之间有何关系?
9.运算由线是在什么条件下制作的?如何制作?
10.应用运算曲线法计算短路电流周期分量的主要步骤如何?
11、供电系统如图所示，各元件参数如下:线路L, 50km, X1=0.4km
Ω
;变压器T, N S =10MVA, %k u =10.5. T K =
110/11。
假定供电点(s)电压为106.5kV 保持恒定不变，当空载运行时变压器低压母线发生三相短路时，试计算:短路电流周期分量起始值、冲击电流、短路电流最大有效值及短路容量的有名值。
12、某电力系统的等值电路如图所示。
已知元
E=1.0,2E =1.1,X1=X2=0.2, X3=X4=X5 =0.6, 件参数的标么值为，
1
X6=0.9,X7=0.3,试用网络变换法求电源对短路点的等值电动势和转移电抗[答案:X1k=1.667, X2k=1.667]
13、一台同步发电机参数为
X'' =0.125.经
50MVA, 10.5kV，
d
过一串联的电抗器后发生三相短路，电抗器的电抗值是0.44Ω,现在新增一台同
样的发电机与原有发电机并联运行，而要使同一短路点的短路容量不变，问电抗
器的电抗值应改为多少欧
[答案：Xp=0.578Ω]
14、下图中G为发电机，C为调相机，M为大型电动机。
L1,L2为由各种电机
组和而成的综合负荷。
它们的超瞬态电动势分别为1.08、1.2、0.9、0.8、0.8；
Ω，大型电动机和综合负荷的超瞬态电抗分别为0.2、0.35;线路电抗均为0.4km
试计算k点三相短路时的冲击电流和短路电流的最大有效值。
[答案：取
''
G
E=1.08, ''C E=1.2，负荷均考虑为E"=0.8,x=0.35时，imp i
=13.97kA，若取:==1时，远处负荷不考， =13.20KA(短路电流最大有效值略)]
5、电力系统接线如右图所示。
电力系
统C的数据分别如下:(a)系统C变电站断路
器QF的额定断开容量
b
S=1000MVA;(b)在
电力系统C变电站的母线发生三相短路时.
系统C供给的短路电流是1.5kA; (c)系统C
是无穷大系统。
试计算K点发生三相短路
时，t=0s的短路电流周期分量的有名值。
[答案:(a)I"k=4.923(KA),(b)I"k=4.861(KA),(C)I"k=7.567(KA)]
6.系统接线如图所示，求K点发生三相短路，t=0s的短路电流周期分量有名值。
[答案：取E"=1时，I"=18.53KA]。