20不对称短路分析(新)
不对称短路故障分析与计算(电力系统课程设计)
不对称短路故障分析
02
不对称短路故障类型
单相接地短路
其中一相电流通过接地电阻，其余两 相保持正常。
两相短路
两相接地短路
两相电流通过接地电阻，另一相保持 正常。
两相之间没有通过任何元件直接短路。
不对称短路故障产生的原因
01
02
03
设备故障
设备老化、绝缘损坏等原 因导致短路。
外部因素
如雷击、鸟类或其他异物 接触线路导致短路。
操作错误
如误操作或维护不当导致 短路。
不对称短路故障的危害
设备损坏
短路可能导致设备过热、烧毁或损坏。
安全隐患
短路可能引发火灾、爆炸等安全事故。
停电
短路可能导致电力系统的局部或全面停电。
经济损失
停电和设备损坏可能导致重大的经济损失。
不对称短路故障计算
03
方法
短路电流的计算
短路电流的计算是电力系统故障分析中的重要步骤，它涉及到电力系统的 运行状态和设备参数。
不对称短路故障分析与 计算(电力系统课程设计)
contents
目录
• 引言 • 不对称短路故障分析 • 不对称短路故障计算方法 • 不对称短路故障的预防与处理 • 电力系统不对称短路故障案例分析 • 结论与展望
引言
01
课程设计的目的和意义
掌握电力系统不对称短路故障的基本原理和计算 方法
培养解决实际问题的能力，提高电力系统安全稳 定运行的水平
故障描述
某高校电力系统在宿舍用电高峰期发生不对称短路故障，导致部 分宿舍楼停电。
故障原因
经调查发现，故障原因为学生私拉乱接电线，导致插座短路。
解决方案
加强学生用电安全教育，规范用电行为；加强宿舍用电管理，定 期检查和维护电路。
不对称短路电流计算
X
1
U 0 jI0 X 0
(4.6.8)
18
不对称短路的分析计算
➢ 单相接地短路 ➢ 两相短路 ➢ 两相接地短路
19
1．单相（A相）接地短路
故障处的边界条件为
A
B
用对称分量表示为
C
化简可得
(4.6.9)
U A 0 IA
IB IC 0
(a) jX1∑
IA1
20
不对称短路的分析计算
变压器的绕组接线形式 变压器零序电抗
Y0，d Y0，y
X0＝XⅠ＋XⅡ X0= ∞
Y0，y0
X0＝XⅠ＋XⅡ＋XL0 X0= ∞
备注
变压器副边至少有 一个负载的中性点 接地 变压器副边没有负 载的中性点接地
13
不对称短路的序网络图
利用对称分量法分析不对称短路时，首先必 须根据电力系统的接线、中性点接地情况等原始 资料绘制出正序、负序、零序的序网络图。
IA IA1 IA2 IA0
3IA1
3E1 j( X 1 X 2 X 0 )
(4.6.11)
22
1．单相（A相）接地短路
电压和电流的各序分量， 也可直接应用复合序网来求 得。 复合序网：根据故障处各分 量之间的关系，将各序网络 在故障端口联接起来所构成 的网络。
与单相短路相对应的复 合序网示于图4.6.3（b）。
U 1 U 2
E1 jI2
jI1 X2
X
1
U 0 jI0 X 0
IA1 IA2 U A1 U
A2
IA0UA00
(4.6.8) (4.6.16)
28
B
C
不对称短路的分析计算 IA 0 IB IC
不对称短路的分析和计算
武汉理工大学《电力系统分析》课程设计说明书目录摘要 (3)1 电力系统短路故障的基本概念 (4)1.1短路故障的概述 (4)1.2 三序网络原理 (5)1.2.1 同步发电机的三序电抗 (5)1.2.2 变压器的三序电抗 (5)1.2.3 架空输电线的三序电抗 (6)1.3 标幺制 (6)1.3.1 标幺制概念 (6)1.2.2标幺值的计算 (7)1.4 短路次暂态电流标幺值和短路次暂态电流 (8)2 简单不对称短路的分析与计算 (9)2.1单相（a相）接地短路 (9)2.2 两相（b,c相）短路 (10)2.3两相（b相和c相）短路接地 (12)2.4 正序等效定则 (14)3 不对称短路的计算的实际应用 (14)3.1 设计任务及要求 (14)3.2 等值电路及参数标幺值的计算 (15)3.3 各序网络的化简和计算 (17)3.3.1 正序网络 (17)3.3.2 负序网络 (19)3.3.3 零序网络 (20)3.4 短路点处短路电流、冲击电流的计算 (20)4 实验结果分析 (21)5 心得体会 (22)6 参考文献 (23)2摘要电力系统的安全、稳定、经济运行无疑是历代电力工作者所致力追求的，但是从电力系统建立之初至今电力系统就一直伴随着故障的发生而且电力系统的故障类型多样。
在电力系统运行过程中，时常会发生故障，且大多是短路故障。
短路通常分为三相短路、单相接地短路、两相短路和两相接地短路。
其中三相短路为对称短路，后三者为不对称短路。
电力运行经验指出单相接地短路占大多数，因此分析与计算不对称短路具有非常重要意义。
求解不对称短路，首先应该计算各原件的序参数和画出等值电路。
然后制定各序网络。
根据不同的故障类型，确定出以相分量表示的边界条件，进而列出以序分量表示的边界条件，按边界条件将三个序网联合成复合网，由复合网求出故障处各序电流和电压，进而合成三相电流电压。
关键词: 不对称短路计算、对称分量法、节点导纳矩阵31电力系统短路故障的基本概念1.1短路故障的概述在电力系统运行过程中，时常发生故障，其中大多数是短路故障。
电力系统发生不对称短路故障分析
摘要电力系统发生不对称短路故障的可能性是最大的，本课题要求通过对电力系统分析不对称短路故障进行分析与计算，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择和继电保护等提供重要的依据。
关键字：标么值；等值电路；不对称故障目录一、基础资料 (3)二、设计内容 (3)1.选择110kV为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。
并求出各序元件的参数。
(3)2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。
(6)3.K处发生单相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。
求出短路电流。
(7)4.设在K处发生两相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。
求出短路电流。
(9)5.讨论正序定则及其应用。
并用正序定则直接求在K处发生两相直接短路时的短路电流。
(11)三、设计小结 (12)四、参考文献 (12)附录 (12)一、基础资料1. 电力系统简单结构图如图1所示。
图1 电力系统结构图在K 点发生不对称短路，系统各元件标幺值参数如下：（为简洁，不加下标*） 发电机G1和G2：S n =120MV A ，U n =10.5kV ，次暂态电动势标幺值1.67，次暂态电抗标幺值0.9，负序电抗标幺值0.45；变压器T1：S n =60MV A ，U K %=10.5 变压器T2：S n =60MV A ，U K %=10.5线路L=105km ，单位长度电抗x 1= 0.4Ω/km ，x 0=3 x 1, 负荷L1：S n =60MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 负荷L2：S n =40MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 取S B =120MV A 和U B 为所在级平均额定电压。
二、设计内容1.选择110kV 为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。
并求出各序元件的参数（要求列出基本公式，并加说明）在产品样本中，电力系统中各电器设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的都是标么值，即以本身额定值为基准的标么值或百分值。
电力系统不对称故障的分析
短路处各相电压电流为：
I
fb
a2
X ff (2) aX ff (0) X ff (2) X ff (0)
I
fa (1)
I
fc
a
X ff (2) a2 X ff (0) X ff (2) X ff (0)
I
fa (1)
X ff (0) X ff (2)
（四）两相经阻抗短路
1．方法一：
故障点边界条件：
I ka 0, I kb I kc
U kb U kc I kb Z f
转换为对称分量：
I ka0 0, I ka1 I ka 2
U ka1ຫໍສະໝຸດ U ka 2 I ka1 Z f
U fa U fa1 U fa2 U fa0 0
I
fb
I
fa0 a2
I
fa1 a I
fa 2
I fc I fa0 a I fa1 a2 I fa2
(a2
a)
I
fa1
(a2
a)
I
fa 2
0 I fa0 (a2 a) I fa1
I fa(0)
3I fa(1)
I fb I fc 0
U fa 0
U fb a2U fa(1) aU fa(2) U fa(0)
5.3不对称短路时短路点电流和电压的分析及...
第5 章电力系统不对称短路的计算分析5.1 基本认识5.2 元件的序阻抗及系统序网络的拟制及化简5.3 不对称短路时短路点电流和电压的分析及计算前言：1. 不对称短路时短路点的电流和电压出现不对称，短路点电流和电压的计算关键是求出其中一相的各序电流、电压分量。
2. 各序电流、电压分量分量的计算方法：解析法——解方程：上述 5.1 中三序网的基本式+三个补充方程（据不同类短路型的边界条件列出。
——繁，不用有两种复合序网法——将三个序网适当连接———组成复合序网法，求各序电流、电压（该法易记，方便，故广泛用——实际上是由解析法推导出的）3. 何谓“复合序网’——将三个序网适当连接，体现 a 相各序电流、电压关系的网络图。
4. 设对短路点各序网络图以简化到最简单的形式（见下图）——且表达形式有三种正序网E jX1 I a1E jX 1Ia1(n) f ++Ua1X1Ua1__G表达1 表达2 表达3 jX jX2 2I Ia 2a2+(n)f+Ua2Ua 2X2__表达1 表达2 表达3零序网jX jXIIa0a0+(n)f+Ua0Ua 0X_—表达1 表达2 表达3一、复合序网图及相量图（一）单相接地(1)f （如下图所示）a—E+aa 相——故障相，特殊相—E b +bc 相——非故障相—E c +I I b I ca分析：边界条件：I (1)b I (1)cU (1) a 0据对称分量法, 得：I1 1(1) (1) (1) 2 (1) (1) (1)a (I aI a I ) I I I1 3a b c a a23(1)a0——即三序电流相等U (1) (1) (1)a U U Ua1 a2 (1)a0三序电流、电压可用下图5-30 体现，称为复合序网。
E jX1Ia1+Ua1_jX2Ia2+Ua 2jXIa0+Ua 0图5-30 f (1) 复合序网注：(1) 复合序网，体现了三序电流、电压的关系I (1) (1) (1)a I I1 a2a0U (1) (1) (1)a U U1 a2a0(2) 由复合序网, 可直接写出短路点 f (1) 点的各序电流、电压IE(1) (1)aa I I1 ( ) a2j X X X1 2 3(1)a0U (1) (1) (1) (1)a E jI X (U U1 a a1 a2 a01 )(1) (1) U a20 jI a X2 2(1) (1)U a00 jI a X0（3）短路点故障相电流( 31) (1) (1) (1) (1)I a I I I I ——即为正序电流a1 a 2 a0 a1(1)I 的3 倍a1(1) (1) o2. 相量图（设I a I 0 )1 a1注：（1）由相量图可见，短路点:(1) 故障相电压U 0a I (1) 3a I(1)a1非故障相电压(1) (1) 但相位差(1) (1) 0OIb IU b U , 120c c （2）作相量图方法A 先作各相各序分量B 再作各相U、I 相量（二）两相短路( 2)f （如下图所示）b,cbc 相——故障相—E a +a 相——非故障相，特殊相—E +b—E+cI I b I ca分析：边界条件：I (2) a 0I (2)b I ( 2) cU ( 2)b U ( 2)c 0据对称分量法, 得：(2) (2)I a U （无零序网）0, 0 0a0I (2) (2)a I1 a2U (2) ( 2)a U1 a2三序电流、电压可用下图5-31 体现，称为复合序网。
6-6应用对称分量法分析不对称短路
关键：
• 各序等值网络 • 各序等值阻抗
U a = U a1 + U a2 + U a0 = 0 Ib = Ib1 + Ib2 + Ib0 = a 2 Ia1
+ aIa2
+
Ia0
=
0
Ic = Ic1 + Ic2 + Ic0 = aIa1 + a 2 Ia2 + Ia0 = 0
2. 正序网络
• 正序网络与计算三相短路时的等值网络完全相同 • 除中性点接地阻抗和空载线路外，电力系统各元件均应包括在正
等值网络
U a0 = 0 − Ia0 Z 0Σ
1. 应用对称分量法分析不对称短路
U= a1
Ea1Σ
−
Ia1Z1Σ
Ua2 = −Ia2Z2Σ
U a0 = −Ia0Z0Σ
上述有三个方程式，六个未知数， 必须补充三个方程，如何补充？
—— 短路的边界条件
单相（a相）接地短路故障的边界条件为 Ua = 0，Ib=0和Ic=0， 即：
4. 零序网络
• 发电机零序电势为零，短路点的零序电势就成为零序电流的唯一来源 • 零序电流三相同相位，只能通过大地或与地连接的其他导体才能构成
通路
作零序网络可从短 路点开始： • 凡是零序电流通过
的元件，均应列入 零序网络中； • 舍去无零序电流通 过的元件
5. 例：若在k点发生单相接地短路，试分别做出其正、负、零序
除中性点接地阻抗和空载线路外电力系统各元件均应包括在正序网络中短路点正序电压不等于零因而不能像三相短路那样与零电位相接而应引入代替短路点故障条件的不对称电势的正序分量发电机等旋转元件的电抗应以其负序电抗代替其他静止元件的负序电抗与正序电抗相同零序电流三相同相位只能通过大地或与地连接的其他导体才能构成通路作零序网络可从短路点开始
电力系统不对称分析
8.3 非全相断线的分析计算
6) 算例—下例发生单相开断的电流
解 （二）组成单相断开的复合序网
Eeq
X7 X1 X7
E
2.4 1.67 1.215 0.9 2.4
Xeq
X1X 7 X1 X7EBiblioteka 0.9 2.4 0.9 2.4
0.655
E1 1.67
1 0.9
Vf(f0)
Xeq
X2
X4 X4
X 2
X 0
0.44
0.78
1.22
m(1) 3
Ia(11)
E
X1
X
(1)
IB
0.95 0.6 0.28kA 0.83 1.22
If(1) m(1)Ia(11) 3 0.28 0.86kA
8.1 简单不对称短路的分析
5) 算例—下例发生各种不对称电路的电流
解 E 0.95 X1 0.83 X2 0.44 X0 0.78
▪ （1）故障条件(边界条件)
C
Ia 0
Ia0 0
Z1 E
B
Ib Ic
Ia1 Ia2
A
Vb V c
V a1 V a2
(2)与三个共性方程
Z 2
Ia1 V a1
Ia2 V a2
E0IaI2aZ1Z21
Va1 Va2
0
Ia0Z0
Va0
构成六元一次方程组
I(a21)
E Z1 Z 2
I(a11)
Z1
E Z 2
Z 0
2.两相短路 3.两相接地短路
I(a21)
E Z1 Z 2
I(a11,1)
Z 1
E Z 2 Z 0 (Z 2 Z 0)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、单相短路接地f(1)
以a相为特殊相（a相发生单相接地短路）
1、边界条件： b、c相没有接地，其接地电流
a b
c
Ua
Ub
Uc
Ib 0, Ic 0
Ia Ib Ic
a相短路点的对地电压 Ua 0
f
2、用对称分量表示的边界条件
Ua 0 Ua Ua1 Ua2 Ua0 0
Ia1 Ia2 Ia0 Ia / 3 相当于各序网络相串联
Ua1
n1
jX 2 f2
Ia2 Ua2 n2
jX 0 f0
Ia0
Ua 0
n0
4、短路点各相的电流和电压
Ia 3Ia1 Ib 0 Ic 0 Ua 0 Ub a2Ua1 aUa2 Ua0 Uc aUa1 a2Ua2 Ua0
5.相量图：以 Ia1 为参考相量画电流、电压相量图
Ic 2 Ib1
0
即:Ua1 Ua2 Ua0 0
又 : Ia1 Ia2 Ia0 0
表明：正序网与负序网相并联，零序网络开路，没有 零序电流分量。
3、复合序网 两相短路的复合序网=正序网与负序网络相并联
jX 1
E
Ia1
f1
Ua1
n1
jX 2
Ia 2
f2
Ua 2
n2
由复合序网可求出短路点处的a相的电流和电压的对
Uc2 Ub1
Ua1 Ua 2
Ua
6、结论：
1）短路电流、电压中无零序分量。
2）两相短路电流中的正、负序分量大小相等，方向相反；
两故障相的电流大小相等（幅值=
）3I，a 方向相反。
3）短路点处两故障相的电压大小相等、相位相同，幅值
为非故障相的电压的一半，相位与非故障相电压相反。
4）与三相短路的情况相比，两相短路的正序分量与在短 路点串接一个附加电抗时 的三相短路电流相等
（2）短路点故障相电压等于零，两个非故障相电压
幅值相等，其值取决于 X 0 与 X1 之比，当 X 0 / X1 在 零到无穷大范围内变化时，非故障相电压的相位在
180 ~ 60之间变化。 （3）单相接地短路的正序电流值相当于在三相短路 电流计算的等值电路中的短路点处串联一个附加电抗 后发生三相短路的短路电流
称分量：
Ia1 Ia2
E j( X 1 X 2 )
Ua1 Ua2 jX 2Ia1 即Ua1、Ua2超前Ia1 90
4、故障处各相的电流为：
Ib a2Ia1 aIa2 (a2 a)Ia1 j 3Ia1 Ic aIa1 a2Ia2 (a a2 )Ia1 j 3Ia1
故障处各相的电压为：
后产生的三相短路电流相等，即
E j( X1 X )
X X 2 // X
0
总结：
1、单相接地短路时：复合序网为正、负、零序网相串 联； 短路点电流的正序分量
Ia1 E / j( X1 X 2 X 0 ) 故障相电流 Ia 3Ia1
2、两相短路时：复合序网为正序网与负序网相并联； 短路点电流的正序分量
Ib2 Ic1
E
K0 1 Uc (K0 ) Uc 0 Uc (K0 0)
Ia1 Ia2 Ia0 Ia
E (Ua 0 )
UC UC 0 UC 2
Ua 2 Ua 0
Uc (K0 ) Ub 0 Ub (K0 0) K0 1
Ua1
Ub
Ub1 Ub 2
Ub 0
6、结论：
（1）短路点故障相电流中的正序、负序、零序分量 相等；短路点非故障相的电流等于零。
Ua Ua1 Ua2 2Ua1
Ub a2Ua1 aUa2 Ua1
j2Ia1X 2
Ua 2
j2
E j2X 2
X 2
E
Uc
a
Ua1
a 2Ua 2
Ua1
Ua 2
5.相量图：以 Ifa1为参考相量画电流、电压相量图
Ib
Ib1 Ib 2
Ia 2 Ic1
E
Ia1
Ic 2
Ub2 Uc1
Ic
Ub Uc
1 1 1
a a2 1
a2
a
0 Ib
（ （ aa2aa2） ）IIbb
1 Ib
0
即: Ia1 Ia2 Ia0 0
由各序分量电压关系可得：
UUaa12 Ua0
1 3
1 1 1
a a2 1
a2 a 1
UUba
Ub
1 3
UUaa
(a (a
a2 )Ub 2 a)Ub
Ia 2
Ua 2
n2
j0.201 f0
Ia0
Ua 0
n0
（5）计算非故障相电压
Ua1 jIa1( X 2 X 0 ) ( j2.31) j(0.138 0.201) 0.783
Ua2 jIa2 X 2 j( j2.31) 0.138 0.319 Ua0 jIa0 X 0 j( j2.31) 0.201 0.464
Ua10 Ua1Ua 2
Ua
6、结论： 两相接地短路时：
（1）短路点处两故障相的电流幅值相等。
（2）短路点处非故障相电压中的正序、负序、零序 分量相等。
（3）两相短路接地时，流入地中的电流为
Ig
Ib
Ic
3I0
3Ia1
X 0 X 2 X 0
（4）短路点处的正序电流分量与故障处串接一个附
加电抗 X Ia1
解:（1）计算参数，做各序网络等值电路，取基准容量 SB 100 MVA
基准电压 U B Uav ，则各元件参数为：
发电机G
:
X G1
X G2
0.12
100 200/ 0.85
0.051
变压器T
:
XT
0.105
100 250
0.042
线路L :
X L1
X L2
0.6
0.4
100 2302
0.0454
Ia0
Ia1
X 2 X 2 X 0
即Ia2、Ia0与Ia1反向
4、短路点处各相的电流和电压
Ua 3Ua1 Ub Uc 0 Ia 0 Ib a2Ia1 aIa2 Ia0 Ic aIa1 a2Ia2 Ia0
Ib Ic
3
1
(
X
X 2 X 0 2 X 0
)2
I a1
两相短路接地时，流入地中的电流为：
（4）计算正序电流，再算故障相电流
Ia1
E j( X1 X 2 X 0 )
1.1
j2.31
j(0.138 2 0.201)
Ia 3Ia1 3 j2.31 j6.93
I(f1) Ia 6.93
100 1.74(kA) 3 230
j0.138 f1
Ia1
1.10
Ua1
n1
j0.138 f2
Ia1 E / j( X1 X 2 )
故障相电流 Ib Ic j 3Ia1
3、两相接地短路时： 复合序网为正、负、零序网相并联；
短路点电流的正序分量
Ia1
E j( X1 X 2 // X 0 )
故障相电流
Ib Ic
3
1
(
X 2 X 0 X 2 X0
)2
I a1
例：7-4
例10-1
X
Ia1
E j( X1 X )
X X 2
三、两相接地短路f(1，1) 以a相为特殊相（b、c相接地 短路）
a b
Ua
Ub
cLeabharlann Uc1、边界条件：Ia Ib
Ic
a相短路电流 Ia 0
b、c相接地短路，其短路点的短路电压 Ub Uc 0
2、用对称分量表示的边界条件
Ia Ia1 Ia2 Ia0 0
Ia1
E j( X1 X )
X X 2 X 0
二、两相短路f(2)
以a相为特殊相（b、c相短路） a
Ua
b
1、边界条件：
c
Ub
Uc
a相没有短路，其短路点的短路
Ia Ib
Ic
电流 Ia 0 Ib Ic Ub Uc
2、用对称分量表示的边界条件
Ia1 Ia 2
Ia 0
1 3
0.6
0.4
100 230 2
0.0454
j0.051 j0.042 j0.0454
n1
f2
Ua 2
j0.042
n2
j0.159
f0
Ua 0
X L0 3.5X L1 3.5 0.0454 0.159
n0
X1 X 2 j0.138, X 0 j0.201
（3）根据单相短路特点，作复合序网图
X L0 3.5X L1 3.5 0.0454 0.159
G
T
~
L
f
j0.051 j0.042 j0.0454
f1
1.10
Ua1
（2）做各序网络图
发电机G :
X G1
X G2
0.12
100 200 / 0.85
0.051
变压器T
:
XT
0.105
100 250
0.042
线路L :
X L1
X L2
3、复合序网——根据用对 称分量表示的边界条件，将 三个序网络连接起来的等值 电路
单相接地短路的复合序网= 正、负、零序网络相串联
由复合序网可求出短路点处的 a相的电流和电压的各序对称 分量：
jX 1
f1
E
Ia1
Ua1
n1
jX 2
f2