电力系统分析第五章电力系统故障与实用短路电流计算
短路电流实用计算
（一）正序电抗
在计算三相短路电流时所用的各元件电 抗就是元件的正序电抗。因为三相短路 电流就是正序电流。
47
（二）负序电抗
静止电器是指不带旋转部件的电器，如变压器、 电抗器、架空线路及电缆线路等，其负序电抗 等于正序电抗。
同步电机的负序电抗一般不等于正序电抗。同 步电机的负序电抗值可由产品目录或手册查出。 如缺少这些数据时，也可采用下述平均值：
9
第二节 标么值
➢ 一、标么值的定义 ➢ 二、标么值的转换 ➢ 三、标么值的特点
10
一、标么值的定义
标么值是某些电气量的实际有名值与所选 定的同单位规定值之比，即
可见标么值是一个无单位的比值，而且， 对同一个实际值，当所算的基值不同时其 标幺值也不同。标么值的符号为各量符号 加下角码“*”。
6
四、短路计算的目的与计算假设
➢ 计算短路电流的具体目的 ➢ 短路电流基本假设
7
计算短路电流的具体目的
①选择和校验电气设备；②进行继电保 护装置的选型与整定计算；③分析电力 系统的故障及稳定性能；选择限制短路 电流的措施；④确定电力线路对通信线 路的影响等。
8
短路电流计算基本假设
（1）电力系统在正常工作时三相是对称的；所有发 电机的转速和电势相位在短路过程中保持不变，即 发电机无摇摆现象。
18
2. 三绕组变压器
等值电路 额定标么值 基准标么值
19
等值电路
20
额定标么值
21
基准标么值
22
三、线路
标么值
X l
X 0l
SB
U
2 P
23
四、电抗器
24
第四节 短路电流计算的程序
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。
电力系统中的短路电流计算与分析
电力系统中的短路电流计算与分析电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施之一，其稳定运行对于保障供电质量和公共安全至关重要。
但是，由于各种原因，例如设备故障、雷击、树木短路等，电力系统中可能会发生短路故障。
短路故障会引发电流异常增大，极易导致设备烧毁、电网崩溃、火灾等严重后果。
因此，在电力系统的设计与运行中，短路电流计算与分析显得尤为重要。
首先，我们需要了解什么是短路电流。
短路电流是指在电力系统故障发生时，故障点两侧电压差引起的电流。
它的大小与故障点电压、电网负荷、电源能力密切相关。
短路电流的计算是为了确定系统各个设备在故障时所经历的电流大小，从而为设备的选型和保护装置的设置提供依据。
短路电流计算的关键因素有很多，包括但不限于电源参数、网络拓扑、设备参数等。
在计算短路电流之前，我们首先需要收集系统的所有参数信息，例如电源电压、送电线路长度、设备额定电流等。
这些参数将用来确定电源短路容量和电路阻抗等重要数据。
然后，利用这些参数，我们可以采用各种方法进行短路电流的计算和分析。
常用的短路电流计算方法有两种，分别为解析法和数值法。
解析法是指通过分析电力系统的拓扑结构和设备参数，利用数学公式计算得到的电流结果。
这种方法适用于简单的系统和短路类型。
然而，在复杂的系统中，采用解析法可能会带来较大的计算误差。
因此，为了更加准确地计算短路电流，我们常常采用数值法。
数值法是通过仿真软件，如PSCAD、DIgSILENT等，模拟电力系统短路故障，得到电流的数值解。
这种方法可以较好地模拟真实电力系统的复杂性，提高计算精度。
值得一提的是，为了保证系统的稳定性和安全性，我们还需要进行短路电流的分析。
短路电流分析主要包括分析设备耐受能力、选择保护装置和决定系统的电气参数等。
在进行设备的选型和保护装置的设置时，我们需要根据短路电流的计算结果，确定设备的额定电流和保护选择。
这可以有效地保护设备免受电流超过其额定值的损害。
此外，在系统的电气参数选择方面，短路电流分析也起到了指导作用，帮助调整电路参数以满足系统的稳定性需求。
电力系统运行中的短路故障与短路电流计算
,
故 障前 短路 点 的母线 电压也 越 高
,
所以
,
短 路 电流越
后 未撤 接地 线 就合 断 路器 等
设 各 长期 过负 荷
使绝 缘加 速老 化或 破坏 等
、 。
另 外节 点 电压 的变化 时 此外
,
基 于 等值 电压源法 的短路 电流计 算 结果 与 电
、
小 电流 系 统 中一 相 接 地 体 物质 地 区 物
若是 容性补 偿 占主 导 影 响
,
短 路 电流 增 加
,
反
期 能 为电 网 短路 电流 的计 算和 限制 提供 更切合 实际 的方法 和思 路 姐 路产生 的 及
,
考 虑 充 电 电容 时
,
短路 电流 的变 化幅度较大
, ,
若 同 时 考虑 充 除基 于潮
电电容和并 联补 偿 是供 电系 统 中的绝 缘被破 坏
。 ,
然而Βιβλιοθήκη ,各设 计运 行和 研究 部 门采 如 果短 路 电流计 算
,
变压 器 支路 的等值 阻 抗将 增 加
变 压器 支 路
用 的计 算 方法 各不 相 同 电流 超 标 判 断的 差异 结 果偏 于 保 守 的基 础上 一
下
, 、 , ,
这 就有 可 能造成 短路 电流 计 算结 论 的差 异 和短 路
、 ,
未 能及 时 消除故障
,
在 含有 损坏 绝缘 的气 体或 固 应符 合 此外
,
压 值 保持 线性关 系
未考 虑 电气 间 隙与 爬 电 距 离
。
在 电力 或动
短路 电
,
基 于 潮 流 的 短路 电流 计算 变 比不 变
浅谈电力系统运行中的短路故障与短路电流计算
短路故障是破坏电力系统正常运行的常见原因，简要探讨短路故障的成因及短路电流计算的问题。
在电力系统的设计和运行中，不仅要考虑正常工作状态，而且还必须考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。
实际运行表明，破坏供电系统正常运行的故障，多数为各种短路故障。
所谓短路，是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。
当发生短路时，电源电压被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路电流。
三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。
目前，三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。
然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。
如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费：若偏于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。
因而，在深入研究短路电流计算标准的基础上，比较了不同短路电流计算条件对短路电流计算结论的影响，以期能为电网短路电流的计算和限制提供更切合实际的方法和思路。
一、短路产生的原因及危害产生短路的主要原因，是供电系统中的绝缘被破坏。
在绝大多数情况下，绝缘的破坏是由于未及时发现和消除设备中的缺陷，以及设计、安装和维护不当所造成的。
例如过电压、直接雷击、绝缘材料的老化、绝缘配合不当和机械损坏等；运行人员错误操作，如带负荷断开隔离开关或检修后未撤接地线就合断路器等；设备长期过负荷，使绝缘加速老化或破坏；小电流系统中一相接地，未能及时消除故障；在含有损坏绝缘的气体或固体物质地区。
未考虑电气间隙与爬电距离(应符合GB)等。
此外，在电力系统中的某些事故也可能直接导致短路，如电杆倒塌、导线断线等：或动物、飞禽跨越导体时也会造成短路。
短路电流越大，持续时间越长，对故障设备的破坏程度越大。
第5章 电力系统短路故障分析(3)
ich 1.05 K ch I zm 1.05 2 K ch I z//
且有： 1≤Kch≤2 工程计算时：
在发电机电压母线短路，取Kch=1.9； 在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发 生短路时，Kch=1.85； 在其它地点短路时，Kch=1.8
第五章
电力系统故障分析
5.4 电力系统三相短路实用计算
同步电机三相短路 三相短路电流计算
S d 0.2
3U e I z
建立同步发电机电磁暂态数学模型和参数
同步发电机暂态模型
–在无阻尼绕组的同步发电机中，转子上只有励磁 绕组，与该绕组交链的总磁链在短路瞬间不能突变。 因此可以给出一个与励磁绕组总磁链成正比的 电势Eq′ ，称为 q 轴暂态电势，对应的同步发电机 暂态电抗为 Xd′ –不计同步电机纵轴和横轴参数的不对称，无阻尼 绕组的同步发电机数学模型可以用 暂态电势E′和 暂态电抗Xd′表示为
E2
4
X 3k
4 1.4 2 0.83 3 1.53
4
E3 X3
E1
X 23
6 0.075 5 1.4 1 0.83
E3
k
△\Y
2 0 .8 3
9 0 .4 5
7 0 .4 9 8 0 .4 9
k
X 1k X 2k
E2
1 0 .8 3
4
E3 X 3k
E 2 1.1
E 1 1.25
E 2 1 .1 E 1 1 .2 5
需要确定一个在短路瞬间不发生突变的电势，
用来求取短路瞬间的定子电流周期分量
电力系统中的短路电流计算与分析
电力系统中的短路电流计算与分析电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，而短路电流的计算与分析是电力系统设计和运行中的重要环节。
短路电流指的是在电力系统中发生故障时，电流在短路点上的瞬时值。
准确计算和分析短路电流可以帮助工程师评估系统的稳定性、选择合适的设备和保护装置，以及进行系统的可靠性分析。
在电力系统中，短路电流通常是由设备故障、线路短路或操作失误等原因引起的。
短路电流的计算与分析是基于电路理论和电力系统的拓扑结构进行的。
首先，需要了解电力系统的拓扑结构，包括发电机、变压器、线路和负荷等元件的连接方式和参数。
然后，根据故障点的位置和类型，可以确定故障电路的拓扑结构。
接下来，通过应用电路理论和电流平衡原理，可以建立故障电路的等效电路模型。
在短路电流计算中，常用的方法包括对称分量法和复序分量法。
对称分量法基于对称分量理论，将三相不对称故障转化为三个对称故障进行计算。
复序分量法则是基于复序分量理论，将三相不对称故障转化为正序、负序和零序三个复序分量进行计算。
这两种方法各有优缺点，根据具体情况选择合适的方法进行计算。
短路电流的分析是根据计算结果对电力系统的各个方面进行评估和分析。
首先，可以评估系统的稳定性。
短路电流过大可能导致设备过载或熔断器跳闸，从而造成系统的不稳定。
通过对短路电流进行分析，可以确定系统是否满足设备的额定容量和保护装置的动作特性，以确保系统的稳定运行。
其次，短路电流的分析还可以帮助选择合适的设备和保护装置。
不同类型的故障可能导致不同的短路电流，因此需要根据不同故障类型的短路电流进行选择。
例如，对于高短路电流的故障，需要选择能够承受较大电流的设备和保护装置，以确保系统的可靠性。
此外，短路电流的分析还可以进行系统的可靠性分析。
通过对短路电流进行概率分析，可以评估系统的可靠性水平。
例如，可以计算系统在不同故障条件下的可用性和平均故障间隔时间，以评估系统的可靠性指标。
综上所述，电力系统中的短路电流计算与分析是电气工程领域中的重要课题。
电力系统的短路电流计算与分析
电力系统的短路电流计算与分析电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，它为各个行业的正常运行提供了可靠的电能供应。
然而，在电力系统运行过程中，由于各种原因可能引发短路故障，给系统运行和设备正常工作带来了威胁。
因此，短路电流的计算与分析对于电力系统的稳定与安全运行至关重要。
一、短路电流的定义与影响短路电流是指在电力系统的特定位置，由于电路中出现故障或故障接地等情况，导致电流迅速增大至极大值的电流。
短路电流的大小和特性直接影响了电力系统的运行状态和设备的安全性能。
对电力系统而言，短路电流的主要影响可以总结为以下几个方面：1. 设备热损失：短路电流的大幅增加会导致设备内部的电流和电压的剧烈变化，从而产生大量的热损失。
过高的热损失将严重影响设备的正常工作和寿命。
2. 保护装置的动作：为了防止短路电流对设备的损坏，电力系统中配备了各种保护装置，如断路器、熔断器等。
短路电流的大小对保护装置的选择和动作时间都有着重要的影响。
3. 稳定性问题：电力系统中的发电机和负荷之间存在一定的阻抗，电网的稳定性取决于这些阻抗的相互作用。
短路电流会导致阻抗变化，从而影响电网的稳定性。
二、短路电流计算方法短路电流的计算是电力系统设计和运行中的重要任务之一。
根据电力系统的规模和性质的不同，有多种方法可以用于短路电流的计算。
下面介绍几种常用的计算方法：1. 对称分量法：对称分量法是一种常用的简化计算短路电流的方法，它基于对称分量的分析。
通过将电力系统转化为对称分量，可以简化短路电流的计算过程，提高计算的准确性。
2. 等值电路法：等值电路法是一种基于电路理论的计算短路电流的方法。
通过将电力系统转化为等效的简化电路，可以采用传统的电路分析方法计算短路电流。
3. 数值仿真法：数值仿真法是一种基于计算机模拟的方法，通过对电力系统进行数值计算和仿真，得到系统中各位置的短路电流。
数值仿真法准确性高，适用于复杂的电力系统计算。
三、短路电流分析与应用在进行短路电流计算后，还需要对计算结果进行分析和应用。
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(c)
各序电流和同一序电压的
图5-25
相互关系，表示了不对称
正序(a),负序(b),和零序(c)等值网络
短路的共性。
电力系统分析第五章电力系统故障
与实用短路电流计算
+
U a1 a2Ua1 aUa1
ZG2
ZL2
ZG0
ZL0
+
Ia2 aIa2 a2 Ia2
Zn
U a2
aU a2 a2 U a2
Zn
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
Ia0 Ia0
Ia0
U a0 U a0 U a0
在各序网中三相是对称的，可用一相计算。以a相为参考，在正序网中，有
••
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
5.4 对称分量法在不对称短路计算中的应用
三相短路
对称故障
单相接地短路 两相短路 两相短路接地 单相断线 两相断线
不对称故障 对称分量法
分解为正序、负序和零序三组对称的三相系统
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
一、对称分量法
图 (a)、(b)、(c)表示三组对称的三相相量
Z G1
Z L1
I a1
Z 1
I a1
U a1
U a1
Ea
E
(a)
ZG2
Z L2
Ia2
U a2
(b)
Z G0
Z L0
Ia0
Z 2
Ia2
U a2
Z 0
Ia0
•
E
•
I a1
Z 1
•
U
a1
•
•
0 I a2 Z 2 U a2
•
•
0
I a0
Z 0
U
a0
U a0 3Z n
U a 0 上述方程是序网方程，它 说明了各种不对称短路时
Fa1
Fb2
Fc1
Fb1
Fa 2
Fa0 Fb0 Fc 0
Fc2
Fa1 ,Fb1 ,Fc1 幅值相等，相序相差120度，称为正序；
Fa2 ,Fb2 ,Fc2 幅值相等，但相序与正序相反，称为负序；
Fa0 ,Fb0 ,Fc0
幅值和相位均相同，称零序。
电力系统分析第五章电力系统量合成得三个不对称相量
方程为
•
•
0Ia2(ZG2ZL2)Ua2
对于零序网，在zn中将流过三倍的零序电流，计及发电机的零序电势 为零，零序网络的电压方程为
•
•
•
0Ia0(Z G 0Z L 0) 3Ia0Z n U a0
•
•
0Ia0(ZG 0ZL 03Zn)U a0
电力系统分析第五章电力系统故障
与实用短路电流计算
对于接线复杂的实际电力系统，通过网络化简，可绘出各序的一相 等值网络：
•
••
•
E a Ia 1 (Z G 1 Z L 1 ) (Ia 1 a 2 Ia 1 a Ia 1 ) Z n U a 1
因为正序电流(1+a+a2=0)不流经中性线，Zn在正序网络中不起作用，
则上式可写成
•
•
•
EaIa1(ZG1ZL1)Ua1
负序电流也不流经中性线，且发电机的负序电势为零，负序网络的电压
第五章
电力系统故障与实用短路电流计算
5.1 故障的一般概念 5.2 三相短路电流的物理分析 5.3 简单系统三相短路电流的实用计算方法 5.4 对称分量法在不对称短路计算中的应用 5.5 同步发电机、变压器、输电线的各序电抗及其等值电路 5.6 简单电网的正、负、零序网络的制定方法 5.7 电力系统不对称短路的分析与计算 5.8 故障时网络中的电流、电压计算 5.9 非全相运行的分析
Fa
写成数学表达式为：
Fb Fc
•
Fa
•
F a1
•
Fa2
•
Fa0
•
•
•
•
Fb Fb1 Fb2 Fb0
•
•
•
•
Fc
Fc1
Fc2
Fc0
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
由于每一组是对称的，故有下列关系：
F b1
e F j 2 4 0 0 a1
a 2 F a1
F c1
S
1
• Fb
• Fc
1 3
1 1
a2 1
a2
F•a
•
a Fb
1
• Fc
上式说明三个不对称的相量可以唯一地分解成为三组对称的 相量(即对称分量)：正序分量、负序分量和零序分量。
将变换关系应用于基频电流（或电压），则有：
I120 S1Iabc
Iabc S I120
U120 S1Uabc Uabc SU120
•
•
•
Ia 0, Ib 0, Ic 0
Zn 电力系统分析第五章电力系统故障
图 简单电力系统的单相短路 与实用短路电流计算
如图:
Ea ZG Eb Ec
Zn
ZL
Ib 0
Ia
Ic 0
Ua 0
Ub Uc
Ea ZG Eb Ec Zn
ZL
Ia Ib Ic Ua Ub Uc
•
Ua
•
0,Ub
•
0,Uc
0
•
•
•
Ia 0, Ib 0, Ic 0
Ea
ZG
a2 Ea
aEa
Zn
ZL
Ia Ib Ic U a1 a2 U a1 aU a1
Ua2
aUa2 a2Ua2
U a0
U a0 U a0
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
分解
Ea ZG1
ZL0
a2 Ea
aEa Zn
I a 1 a2Ia1 aIa1
说明：
在一个三相对称的元件中（例如线路、变压器和发电机）， 如 果流过三相正序电流，则在元件上的三相电压降也是正序的；负序、 零序同理。
对于三相对称的元件，各序分量是独立的，即正序电压只与正 序电流有关，负序、零序也是如此。
Ia
L
a
故障的边界条件
Ec
c
Ic
Ea
Eb Ib
b
•
Ua
•
0,Ub
•
0,Uc
0
e
F j 1 2 0 0 a1
a F a1
Fb2
e
F j 1 2 0 0 a2
aFa2
Fc2
e
F j 2 4 0 0 a2
a
2
F
a
2
Fb0 Fc0 Fa0
aej12001j 3 22
a2 e j2400 1 j 3 22
1 a a2 0
对称分量的 变换矩阵
写出矩阵形式
•
Fa
1
1
1
•
Fa1
•
Fa1
•
Fb
a2
a
1
• Fa
2
S
• Fa
2
•
Fc
a
a2
1
•
Fa
0
•
Fa
0
电力系统分析第五章电力系统故障
上式说明三组对称相量与实唯用一短合路电成流一计算组不对称三相相量。
其逆关系为：
变换矩阵
F•a1
的逆矩F•阵a
1 a
• Fa
• Fa
2 0
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
注意
Ia1
Ia2
Ia0
1 3
1 1 1
a a2 1
a2 a
I
a
Ib
1
Ic
则
1 Ia0 3(Ia Ib Ic)
零序电流必须以中性线为通路，如图所示：
有零序
无零序
电力系统分析第五章电力系统故障 与实用短路电流计算
无零序
二、对称分量法在不对称短路计算中的应用