第6章 电力系统三相短路故障分析分析
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。
电网线路三相短路故障分析
电网线路三相短路故障分析摘要：本文研究了电网线路三相短路故障。
通过Simulink对线路电流信号进行仿真模拟，进而故障进行识别和分析。
最后对三相故障的危害以及预防进行了分析。
关键词：三相电路；短路故障；信号仿真；故障识别1.前言三相系统的短路主要就是指电力系统故障中的横向故障[1]。
而具体的三相系统的短路故障包括三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路[2]。
在三相系统中，三相短路时，由于其被短路的三相阻抗相等，所以三相短路属于真正意义上的短路现象。
而且对于三相短路来说，它出现短路时电流和电源相等，所以认为它又是对称的短路现象。
通过实践检验可以了解到，一般经常发生的短路都是单相短路，三相短路的现象比较少见[3]，但是并不代表没有。
而且对于三相短路来说，它的危害以及影响的范围是极大的[4]。
因此，在具体的生活实践中，要积极地预防三相短路现象的出现，最大程度地保护人类的生活生产以及社会的进步不受到太大的影响。
2.故障分析2.1三相正常运行状态图1三相线路电路图及其相量图当三相线路正常运行时，三相电路图及其相量图如图1所示。
从图中可以看出：在星形接法下，三相电路正常运行时，三相线路上的线电压，相电压，线（相）电流均对称，夹角为120°。
2.2 单相接地短路故障分析中性点不接地，发生单相短路故障时，故障点电位变成0，即C相相电压为零。
单相接地短路故障（中性点不接地）电路图及相量图如图2所示。
图2单相接地短路故障（中性点不接地）电路图及其相量图中性点电位变为；则A相相电压变为，同理，B相相电压变为由于单相短路，C相经故障点与大地形成回路，故C相电流为，由于一般选取关联方向，故将C相电流反向。
由此可知：（1）短路相（C相）电流变为原相电流（无故障时）的3倍。
（2）三相相电压不再对称。
（3）三相线电压仍对称。
（4）不接地系统供电可靠性高（相对于中性点直接接地系统）,但绝缘水平要求也高因此发生单相短路故障（中性点不接地）时，可继续运行两小时。
三相短路分析及短路电流计算
三相短路分析及短路电流计算三相短路分析及短路电流计算是电力系统中一个重要的问题，在电力系统运行和设计中起着至关重要的作用。
理解和计算三相短路电流对于保护设备和系统的可靠性至关重要。
下面我将详细介绍三相短路分析及短路电流计算的内容。
1.三相短路分析三相短路是指三相电源之间或电源与负载之间发生短路故障，造成电流突然增加。
三相短路会导致电流剧增，电网负载增大，电网发电机负荷骤降。
因此，对于电力系统而言，短路是一种严重的故障。
短路的原因主要有以下几种：-外部因素，如雷击、设备故障等；-人为因素，如误操作、设备维护不当等。
短路的位置主要有以下几种：-发电机绕组内部；-输电线路中；-终端设备终端内部。
短路的类型主要有以下几种：-对地短路（单相接地短路、双相接地短路）；-相间短路；-相对地短路；-三相短路。
短路电流是指在短路发生时，电路中的电流值。
短路电流的计算是电力系统设计、保护设备选择、线路容量选择的重要依据。
正确计算短路电流能够保证系统的安全运行。
短路电流的计算包括以下步骤：-确定故障位置和类型；-确定电路参数，包括发电机额定电流、负载电流、接地电阻等；-选择合适的计算方法，如对称分量法、复杂网络法、解耦法等；-根据选定的计算方法进行计算，并考虑系统运行时的各种条件，如电源电压波动、电源短路容量等；-对计算结果进行验证和分析，确保结果的准确性。
在进行短路电流计算时，还需要考虑以下几个因素：-各种设备的短路容量，包括母线、断路器、继电器等；-系统的整体阻抗和电流限制；-瞬时电流和持续电流的功率损耗；-预测设备短路容量的变化趋势。
总之，三相短路分析及短路电流计算对于电力系统的正常运行和设备的保护至关重要。
准确计算短路电流能够帮助电力系统工程师定位和解决故障，从而确保系统的安全运行。
电力系统三相短路分析
电力系统三相短路分析电力系统短路是指电力系统中正常工作状态下的导体相互接触或与大地接触，导致电流过大而瞬间形成一个低阻值的回路，称为短路。
短路可能导致电力系统设备受损、事故发生甚至引发火灾等严重后果，因此对电力系统进行短路分析显得尤为重要。
电力系统短路分析的主要目的是确定短路电流大小及其分布情况，以便确定保护装置的设置参数和电气设备的选型设计。
在进行短路分析时需要考虑各种电力设备的参数、电力系统的拓扑结构以及电力系统的操作方式等因素。
电力系统短路分析可以分为对发电机、变压器、线路和负荷等不同组件进行短路分析。
首先对发电机进行短路分析，需要考虑其内部参数以及与系统的连接方式。
通常将发电机模型化为两个序列，即正序和负序。
正序各个参数均与实际相同，而负序则将相序改为逆序。
通过正序和负序的计算，可以得出发电机的短路电流。
接下来进行变压器的短路分析，变压器的短路分析主要是通过计算其短路阻抗，从而得出短路电流。
变压器的短路阻抗一般分为正序、负序和零序三种模式。
根据变压器的接法和绕组的配置，可以计算出不同模式下的短路电流。
线路的短路分析主要是通过计算线路的电阻、电抗和电容等参数，以及线路的长度和材料来得出短路电流。
线路的短路电流可以通过正序和零序计算得出。
负荷的短路分析一般较为简单，只需根据负荷的类型和连接方式计算出其短路电流。
在进行电力系统短路分析时，有两个重要的指标需要考虑，即故障电流和短路持续时间。
故障电流是指发生短路时电流的最大值，它对于各种保护设备的选择和设置均有重要的影响。
短路持续时间是指短路时电流的持续时间，它对于保护设备的热稳定性和热分散性有一定要求。
对于电力系统短路分析，目前常用的方法有解析法和数值计算法两种。
解析法主要是通过解析电路方程组，利用复数计算方法来求解短路电流。
数值计算法则通过建立系统的数值模型，利用计算机软件进行电流计算。
目前较为常用的软件有DigSILENT、PSS/E等。
总结起来，电力系统短路分析是对电力系统中各个组件进行短路计算，通过计算短路电流大小和分布情况，确定保护装置的设置参数和电力设备的选型设计。
电力系统分析课程设计-三相短路故障分析计算
目录摘要 (ii)一、基础资料 (3)1.电力系统简单结构图................................................ ....... . ..... .. ... . .... . .. . (3)2.电力系统参数 (3)3参数数据 (4)二、元件参数标幺值的计算及电力系统短路时的等值电路 (4)1.发电机电抗标幺值..................................................... ....... . ..... .. ... (4)2.负载电抗标幺值 (4)3变压器电抗标幺值 (4)4.线路电抗标幺值............................................. ........ ....... . ..... .. ... ... .. (4)5.电动机电抗标幺值........................................ ........ ....... . ..... .. ... ... .. (4)三、化简等值电路 (4)四、求出短路点的次暂态电流 (4)五、求出短路点冲击电流和短路功率 (4)六、设计心得............................................................. . . . . .. (20)七、参考文献............................................................. (21)电力系统课程设计《三相短路故障分析计算》电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的。
作为电力系统三大计算之一，分析与计算三相短路故障的参数更为重要。
设计示例是通过两种不同的方法进行分析与计算三相短路故障的各参数，进一步提高短路故障分析与计算的精度和速度，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。
无穷大功率电源供电系统三相短路分析
无穷大功率电源供电系统三相短路分析1.电力系统故障分析的意义在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其多数是短路故障。
所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。
电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。
其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。
例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。
大容量电力系统中，短路电流可达数万安。
这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。
在发电厂、变电所以及整个电力系统的设计工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、合理配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。
因此故障计算对于电力系统的设计和安全运行具有十分重要的意义。
2电力系统故障分析计算本文以无穷大功率电源供电发生三相短路分析。
即在此电路中假设电源电压幅值和频率均为恒定。
图2.1 无限大功率电源供电的三相电路突然短路假设无穷大功率电源供电系统如图2.2 所示，0.02s时刻变压器低压分母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。
线路参数为50L kM =，10.4x kM =Ω/，10.17r kM =Ω/;变压器的额定容量20N S MV A =•，短路电压s U %=10.5，短路损耗135s P kW ∆=，空载损耗0.8o I %=，空载电流0.8o I %=，变比11011T k =/，负载5S MW =，高低压绕组均为Y 形联接；并设供电点电压为110kV 。
图2.2 无穷大功率电源供电系统计算：变压器T 采用“Three-phrase-transformer （Two Windings ）”模型。
根据给定的数据：变压器的电阻为：33222101011020000T N N s P U R S (2-1)∆=⨯=⨯= 4.08Ω135Ω⨯ 变压器的电抗为:3322100101010.511010020000T N Ns X U U S (22)%= ==-⨯⨯⨯Ω63.53Ω ⨯⨯ 则变压器的漏感：30.20263.5323.1450(2)L H H x f ττ(2)== =- ⨯⨯/π变压器的励磁电阻为： 3352oP ==2221011010 5.510m N U R (2-4)∆= ⨯⨯ΩΩ ⨯ 变压器的励磁电抗为：33210021001100.820001010N N m o U I S x %= = ⨯ = (2-5) ⨯Ω75625Ω⨯⨯变压器的励磁电感为：(26)240.87562521450(2)m m H H L x f ===-⨯3.⨯/π 输电线路L 采用“Three-Phase series RLC Branch ”模型。
电气工程概论第六章
a I a a Ib I 1 c
2
运算子
ae
j120
第五节
简单不对称短路计算
暂态
由上式可以得出正序、负序、零序三组对称分量
矩阵形式 可以用反变换求出 三相不对称的相量
I120 SIabc
Iabc S I120
1
第五节
简单不对称短路计算
暂态
第一节
概述
暂态
短路电流对电力系统将产生极大的危害，主 要有以下方面：
(1)短路电流的热效应使设备急剧发热，持续时间过长就可 能导致设备过热损坏； (2)短路电流将产生很大的电动力，可能使设备永久变形或 严重损坏； (3)短路将引起系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常 工作； (4) 短路情况严重时，可能使电力系统的运行失去稳定， 造成电力系统解列，甚至崩溃，引起大面积停电； (5)不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及 弱电设备产生电磁干扰，影响正常工作。
暂态
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。
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
2 Ud Ud Zd 3I d S d Sd Id 3U d
S U I U Z I
第二节
标幺值
暂态
电力系统计算中有时采用一些物理量的相对 值来进行计算，这些相对值就叫作标幺值。
一、标幺值
有名值（任意单位） 标幺值 基准值（与有名值同单 位）
Z Z Z d ( R j X ) Z d R j X U U U d I I I d S S Sd ( P j Q) Sd P j Q
电力系统的短路分析
电力系统的短路分析短路是电力系统的严重故障。
所谓短路，其内容是指一切不正常的相与相或相与地（对于中性点接地的系统）之间发生通路的情况。
一、短路的原因产生短路的原因很多，其主要原因如下：1、元件损坏，如绝缘材料自然老化等。
2、气象条件恶化，如雷击等。
3、人为事故，如运行人员带负荷拉闸等。
（发生概率较高）4、其他，如工程建设时挖沟损伤电缆等。
二、短路的类型在三相系统中，可能发生的短路有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等四种。
三相短路也称对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。
其他类型的短路都是不对称短路。
注：1、单相接地短路发生的几率达65%左右。
2、短路故障大多数发生在架空输电线路。
3、电力系统中在不同地点发生短路，称为多重短路。
三、短路的后果短路的主要后果如下：1、短路故障使短路点附近支路出现比正常电流大许多倍的短路电流，产生较大的电动效应和热效应，破坏设备。
（此为最常见）2、短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。
3、短路会使并列运行的发电机失去同步，破坏系统的稳定，造成系统的解列，出现大面积停电。
4、不对称短路对附近通信线路和无线电波会产生电磁干扰。
四、电力系统降低短路故障的发生概率采取的措施1、采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。
2、通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备，保证无故障部分的安全运行。
3、架空线路普遍采用自动重合闸装置，发生短路时断路器迅速跳闸，经一定时间（0.4-1s）断路器自动合闸。
4、线路上的电抗器，通常也是为限制短路电流而装设的。
五、短路电流计算的目的为确保设备在短路情况下不至于被破坏，减轻短路后果和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。
在电力系统和电器设备的设计和运行中，短路计算也是解决一系列技术问题不可缺少的基本计算。
计算短路电流的具体目的如下：1、选择有足够机械稳定和热稳定的电器设备。
2、合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数。
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式中
Im
Im
Um R1 2 L1
2 2
L1 tan R 1
1
2
R
1
R2
Um 2 L1 L2
2
L1 L2 tan R R 2 1
1
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
周期电流 非周期电流
t
积分常数， 由初值决定
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
• 由电路的初始条件来确定积分常数C，由换路定则 知，电感中的电流不能突变，即在t=0时，有
i(0 ) i0
短路后a相电流的完整表达式
ia I wm sin wt a w I m sin a I wm sin a w e
第6章 电力系统三相短路故障分析
电力系统在运行时可能受到各种扰动， 例如负荷切换以及系统内个别元件的绝 缘老化引起不同相之间或相线与地线之 间发生短路、断线等，这些扰动如果使 电力系统不能正常运行，就称为电力系 统故障。
6.1 电力系统故障原因及分类
电力系统中某一处发生短路 和断相故障的情况 两个以上简单故障的组合 1.三相对称短路 2.单相接地短路 3.两相短路 4.两相接地短路 1.断一相故障 2.断两相故障
t
ib I wm sin wt a 120 w I m sin a 120 I wm sin a 120
ia I wm sin wt a 120 w I m sin a 120 I wm sin a 120
6.2 由无限大容量电源供电的 三相短路的分析与计算
•6.2.1 无限大容量电源的概念
电源距短路点的电气距离较远时，由短路而 引起的电源送出功率的变化 S 远小于电源的 容量 S ，这时可设 S ，称该电源为无限 大容量电源。
概念
重要 特性
电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中 保持不变
三相短路故障虽然很少发生，但情况比较严重， 且三相短路时电力系统仍是三相对称的，称为 对称故障 ，本章分析三相短路故障。
6.1 电力系统故障原因及分类
• 发生短路故障时可能产生以下后果： 1. 通过短路点的很大短路电流和所燃起的电 弧使短路点的元件发生故障甚至损坏。 2. 短路电流通过非故障设备时，由于发热和 电动力作用，引起它们使用寿命缩短甚至 损坏。 3. 电力系统中部分地区的电压大大降低，使 大量电力用户的正常工作遭到破坏。 4. 破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的 稳定性，引起系统振荡甚至使系统崩溃。
• 虽然它们的电路参数是相同的，但它们的合 o o 120 闸角分别为 120 和 ，可见非周期 分量为最大值或零值的情况只可能在一相出 现。
例6-1
• 已知图6-1所示电路中，已知三相对称电源 的 ua 10 2 sin2 50t kV ，R1=R2=10， L1=L2=10mH，则： • 1）设t=0时短路（即在a相电压瞬时值为零 时短路） • 2）设t=0.0025s时短路， • 3) 设t=0.005s时短路， • 求各相的合闸相角，短路后电流的周期分 量有效值，各相的非周期分量初值，时间 常数。
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
• 由图6.1可以看出三相短路后电路仍然是三相 对称的，所以只研究其中一相（这里我们仍选 a相），根据基尔霍夫电压定律（KVL）：
di R1i L1 U m电流
i i i Im sint Ce
电力系统 的故障 复杂故障
又称横 向故障
简单故障
电力系统 短路故障
又称纵 向故障
属不对称 故障
电力系统 断相故障
6.1 电力系统故障原因及分类
2002年我国220kV电网输电线路故障统计表
故障类型 三相短路 两相短路 两相接地 单相接地 其它故障 故障次数 17 故障百分 1.14% 比 28 1.88% 91 6.12% 1319 88.7% 32 2.16%
• 短路电流各分量之间的关系可以用相量图来表示。 短路电流非周期 分量初值的大小 与短路发生的时 刻有关，也就是 说与合闸角 有 关。
合闸角
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
• 根据三相对称电路的特点，还可以写出短路 后b、c两相电流的表达式 。
ia I wm sin wt a w I m sin a I wm sin a w e
1
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
• 设t=0时短路，则有合闸相角 恰为短路瞬 间a相电压的初相位角 。 • K点出现三相短路后，图6.1的电路被分成两 个独立的回路，左边的电路仍与电源相连接 ，而右边的电路则变成不含电源的短路回路 • 在短接的右边回路中，电流将从短路发生瞬 间的初始值按指数规律衰减到零。 • 在与电源相接的左边电路中，每相阻抗变小 ，电流将由正常工作电流逐渐变成由短路阻 抗所决定的稳态短路电流。
理想概念，表示为：
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
6.2.2 无限大容量电源供电的三相短路电流分析
短路发生前
u U m sint
i I m sint
Im
R
1
R2
Um 2 L1 L2
2
2
L1 L2 tan R R 2 1
例6-1
• 解：由结果可见在不同时刻短路时，合闸相 角不同，且各相电流的非周期分量初值不同。
合闸相角/度 A t=0时短路 0 B -120 -75 -30 C 120 165 -150 0.954 0.954 0.954