电力系统故障分析与短路计算分析
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
电力系统分析短路计算与稳定性分析
电力系统分析短路计算与稳定性分析电力系统是指由发电厂、变电所、输电线路、配电变压器以及用户负荷组成的一套供电系统。
为了确保电力系统的稳定运行，分析短路计算和稳定性分析是至关重要的。
本文将介绍电力系统的短路计算和稳定性分析的方法和重要性。
一、短路计算短路是电力系统中最常见的故障之一，指导电流经过故障点形成了短路电流。
短路电流可能对电力系统的设备造成损坏，甚至引发火灾和电击等安全事故。
因此，进行短路计算对于电力系统的安全运行至关重要。
1.短路计算方法（1）对称分量法：通过对称分量法将三相电压和电流分解为正序、负序和零序分量，计算每个分量的幅值和相角，并进行合成，得到短路电流结果。
（2）复合导纳法：将电力系统中的电源和传输线路抽象为复合导纳，通过利用电源和线路的参数计算短路电流。
2.短路电流计算的依据短路电流计算的依据是电力系统的原始数据，主要包括电源电压等级、线路参数、设备参数以及导线长度等。
这些数据可以通过现场测试或者设备参数手册获取。
3.短路计算结果的分析短路计算的结果主要有短路电流的大小、相角以及缺陷点的场强等信息。
通过分析短路计算的结果，可以评估电力系统设备的承受能力，确定保护装置的额定电流，以及进行事故分析和故障排除。
二、电力系统稳定性分析电力系统的稳定性是指在各种外界干扰下，系统能够保持正常的运行状态。
电力系统的稳定性分析是为了预测和评估系统在故障和负载变化等异常情况下的运行行为，以保证系统的稳定性和安全性。
1.稳定性分类电力系统的稳定性分为动态稳定性和静态稳定性两类。
（1）动态稳定性：指电力系统在受到扰动后，系统能够从暂态过渡到稳态的能力。
（2）静态稳定性：指电力系统在电力负荷变化（包括短路故障）时，系统能够保持电压和频率稳定的能力。
2.稳定性分析方法（1）大系统稳定分析：大系统稳定分析是指对整个电力系统进行全面的稳定性评估，通常采用仿真和数学建模的方法。
（2）小系统稳定分析：小系统稳定分析主要针对变电站和母线，通过考虑电力系统的传输损耗、节点电压和频率的波动等因素，评估系统的稳定性。
电力系统中的短路电流计算原理与故障分析方法
电力系统中的短路电流计算原理与故障分析方法电力系统是供给电能的重要设备，而短路电流计算是电力系统设计和运行中至关重要的环节。
本文将介绍电力系统中短路电流的计算原理以及故障分析方法。
一、短路电流计算原理在电力系统中，当两个不同电压等级的设备发生短路故障时，会导致电流突然升高，形成短路电流。
短路电流计算是指通过计算短路电流的大小和特性，来确定电力系统设备的额定容量和选用适当的保护措施。
短路电流的计算原理基于以下几个关键因素：1. 电源特性：电源的内部电阻和电压特性会对短路电流产生影响。
一般来说，电源的短路电流越大，电源的内阻越小。
2. 电网拓扑结构：电网的拓扑结构指的是电源、输电线路和负载之间的连接关系。
不同的拓扑结构会对短路电流进行不同程度的限制。
3. 线路参数：输电线路的电阻、电抗和容量等参数也会对短路电流产生影响。
短路电流的大小与线路的特性有直接关系。
4. 设备参数：电力系统中的变压器、发电机、开关设备等都会对短路电流产生影响。
这些设备的特性和参数需要被准确考虑在内。
基于以上因素，短路电流的计算可以采用解析计算、仿真计算和实测计算等方法。
其中，解析计算是最常用的方法，通过分析电力系统的电路拓扑和设备参数来推导短路电流的计算公式，实现准确计算。
二、故障分析方法在电力系统中，故障是不可避免的，而对故障进行准确分析是确保电力系统安全运行的关键一环。
下面介绍几种常用的故障分析方法。
1. 弧光法：通过观察电力线路中发生故障时产生的弧光现象，来判断故障类型和位置。
这种方法操作简单，但只适用于较明显的故障。
2. 电流比较法：通过对比故障前后的电流值，来判断故障点的位置。
这种方法适用于故障比较明显、电流变化较大的情况。
3. 电流特征法：通过分析电流的变化特征，如振荡频率、幅值等，来判断故障类型和位置。
这种方法对故障类型的判断更准确，但需要运用复杂的信号处理技术。
4. 算法模型法：通过建立电力系统的数学模型，运用计算机仿真等方法进行系统分析，来判断故障类型和位置。
电力系统短路故障分析计算的基本知识
1 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。
二、基准选取三相电路系统基准值可任意，一般：频率、角速度、时间的基准值三、基准值改变时标幺值的换算位的物理量）基准值（与有名值同单量）有名值（有单位的物理标幺值（相对值）＝ B B B BBS U Z U I I I Z KA I KV MVA 2B B B B B B B B B B B B B 3S U S 2Z 3 U , U 3S )()()(U )(S 4===Ω、则：、电网中一般选定：个基准参数即可。
则任意选定其中＝满足关系：、、、个基准值参数：))(())(( ))((X B N )*(22)*(22)*(*(B)B N N B N N B N N I I U U X S S U U X U S S U X X ==→＝为基准）下标为基准折算（下标电抗电角速度倒数）时间：同步电角速度）角速度：额定频率）频率：(1(2 (f f N s B N s B B t f ωπωω====四、变压器联系的不同电压等级网络中各元件参数标幺值的计算✧ 原则：选定某个归算电压等级，对其它电压等级的参数用联系变压器变比进行归算。
短路故障分析及计算
目录引言 (2)1电力系统短路故障说明 (3)2短路故障分析计算（解析法） (6)2.1各元件电抗标幺值的计算 (6)2.2短路次暂态电流标幺值计算 (9)2.3三相短路电流及短路功率计算 (11)3 Y 矩阵计算法 (12)4两种算法分析 (15)4.1解析法计算结果 (15)4.2 Y 矩阵计算结果 (15)致谢 (16)参考文献 (17)引言在电力系统可能发生的各种故障中，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路故障。
所谓短路，是指电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接。
在电力系统正常运行时，除了中性点外，相与相或相与地之间是相互绝缘的。
如果由于绝缘破坏而造成了通路，电力系统就发生了短路故障。
电力系统短路出现的原因：①电气设备载流部分的绝缘损坏；②操作人员违反安全操作规程而发生误操作；③鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏设备、导线绝缘层。
电力系统短路的后果：①短路时会产生很大电动力和很高温度，使短路电路中元件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。
②短路时，电路的电压骤降，将严重影响电气设备的正常运行。
③短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。
④严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。
⑤不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至发生误动作。
短路电流的计算目的：短路计算是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。
在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地以及单相短路接地。
其中三相短路造成的危害最大，本次课程设计的目的是在三相短路故障出现时分析与计算最大可能的故障电流和功率。
1电力系统短路故障说明（3 ）如图 1 所示的系统中 K点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。
电力系统中的短路故障分析与处理
电力系统中的短路故障分析与处理电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，但在使用过程中，由于各种原因可能会发生短路故障。
短路故障的发生不仅会影响电力系统的正常运行，还可能对设备造成损坏，甚至引发火灾等严重后果。
因此，对电力系统中的短路故障进行分析与处理显得尤为重要。
一、短路故障的定义与分类短路故障是指电路中两个相邻节点之间发生的电路异常连接，导致电流异常增大的现象。
根据故障的性质和原因，短路故障可以分为外部短路故障和内部短路故障。
外部短路故障是指由于外部原因，如树木、动物、天气等引起的短路现象。
这种故障通常出现在输电线路上，需要及时排除以恢复电力供应。
内部短路故障是指电力系统中的设备或元件本身出现故障，导致电路短路。
这种故障包括线路本身的短路、设备内部绝缘击穿等。
内部短路故障通常需要通过检修和更换故障设备来解决。
二、短路故障的分析方法1. 短路电流计算在分析短路故障时，首先需要计算短路电流。
短路电流计算是通过利用电气参数和故障点位置来确定短路电流的数值。
常用的短路电流计算方法包括对称分量法、复序分量法和有限元法等。
2. 故障点定位确定短路故障点的位置是解决故障的关键。
可以利用保护装置的故障信息提供线索，也可以通过现场实地勘查来确定故障点位置。
通过准确确定故障点位置，可以缩小故障范围，提高故障处理的效率。
3. 故障原因分析分析短路故障的原因是防止类似故障再次发生的关键。
故障原因可能涉及设备老化、材料缺陷、设计错误等众多方面。
通过仔细分析故障原因，可以制定合理的预防措施，提高电力系统的可靠性和安全性。
三、短路故障的处理方法1. 快速隔离故障在发生短路故障后，第一步是要及时隔离故障点，防止故障扩大。
可以通过保护装置的动作来实现快速隔离。
2. 检修故障设备隔离故障后，需要对故障设备进行检修或更换。
对于外部短路故障，可以进行简单的绝缘修复或清理工作。
对于内部短路故障，根据具体情况进行检修和更换。
3. 恢复正常供电在隔离和检修后，需要进行供电恢复工作，确保电力系统能够正常运行。
电力系统短路电流的计算与分析
电力系统短路电流的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，它为我们的生活提供了稳定可靠的电力供应。
然而，电力系统在运行过程中常常会遇到一些故障，其中最常见和严重的故障之一就是短路故障。
短路故障会引起电流异常增大，可能引发火灾、设备毁坏甚至电网崩溃等严重后果。
因此，计算和分析电力系统的短路电流是非常重要的。
短路电流指的是在短路点或短路区域产生的电流。
为了保证电力系统的安全运行，必须对短路电流进行准确的计算和分析。
首先，要计算短路电流，需要了解短路故障的类型。
短路故障一般分为单相短路和三相短路。
单相短路指的是电网中某一个相与地或两个相之间产生短路，而三相短路指的是三个相之间形成短路。
对于不同类型的短路故障，计算短路电流的方法也有所不同。
其次，要计算短路电流，还需要了解电力系统的参数和拓扑结构。
电力系统的参数包括发电机、变电站、输电线路、变压器等各个组成部分的电阻、电抗、容抗等参数。
拓扑结构指的是电力系统的连通关系，即各个组成部分之间的连接方式。
只有掌握了这些基础信息，才能进行短路电流的计算和分析。
短路电流的计算通常分为三个步骤。
首先，需要进行潮流计算，确定电力系统中各个节点的电压和电流。
其次，根据潮流计算的结果，选取短路点或短路区域，并假设所有其他节点均为短路。
然后，根据短路点或短路区域处的电阻、电抗、容抗等参数，进行短路电流的计算。
计算中常用的方法包括梯级方法、复合方法、综合法等。
这些方法都有各自的特点和适用范围，根据具体情况选择合适的方法进行计算。
短路电流的分析是对计算结果的解读和评估。
分析的目的是确定短路电流是否满足电力系统的安全要求，并对不满足要求的情况提出相应的措施。
分析需要考虑短路电流对设备的影响、电力系统的稳定性、保护装置的动作特性等因素。
通过对短路电流进行分析，可以帮助工程师制定合理的保护方案，提高电力系统的运行可靠性。
然而，短路电流的计算和分析并不是一项简单的任务，它涉及到电力系统的复杂性和多变性。
电力系统【第七章：电力系统三相短路的分析与计算】
电⼒系统【第七章：电⼒系统三相短路的分析与计算】⼀.电⼒系统故障概述 1.短路 短路是指电⼒系统正常运⾏情况下以外的相与相或相与地【或中性线】之间的故障连接。
2.对称短路与不对称短路 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，如下： 3.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。
4.系统中发⽣短路相当于改变了电⽹的结构，必然引起系统中功率分布的变化，⽽且发电机输出功率也相应发⽣变化。
5.为了减少短路对电⼒系统的危害，可以采⽤限制短路电流的措施，在线路上装设电抗器。
但是最主要的措施是迅速将发⽣短路的部分与系统其它部分进⾏隔离，这样发电机就可以照常向直接供电的负荷和配电所的负荷供电。
6.电⼒系统的短路故障有时也称为横向故障，因为它是相对相【或相对地】的故障。
还有⼀种故障称为纵向故障，即断线故障，指的是⼀相或多相断线使系统运⾏在⾮全相运⾏的情况。
在电⼒系统中的不同地点【两处以上】同时发⽣不对称故障的情况，称为复杂故障。
⼆.⽆限⼤功率电源供电的系统三相短路电流分析 1.电源功率⽆限⼤时外电路发⽣短路（⼀种扰动）引起的功率改变对电源来说微不⾜道，因⽽电源的电压和频率对应于同步发电机的转速保持恒定。
2.⽆限⼤电源可以看做由多个有限功率电源并联⽽成的，因其内阻抗为零，电源电压保持恒定。
实际上，真正的⽆限⼤电源是不存在的，只能是⼀种相对概念往往是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相对⼤⼩来判断电源是否作为⽆限⼤功率电源。
若供电电源的内阻抗⼩于短路回路总阻抗的10%时，则可认为供电电源为⽆限⼤功率电源。
在这种情况下，外电路发⽣短路对电源影响较⼩，可近似认为电源电压幅值和频率保持恒定。
3.当短路点突然发⽣三相短路时，这个电路即被分成两个独⽴的回路。
及有电源连接的回路和⽆电源连接的回路。
在有电源连接的回路中，其每相阻抗减⼩，对应的稳态电流必将增⼤。
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正序分量 F a 1 , F b 1 , F c 1 对 称
负序分量 F a 2 , F b 2 , F c 2 分 零序分量 F a 0 , F b 0 , F c 0 量
F a F a0 F a1 F a2 F b F b0 F b1 F b2 F c F c0 F c1 F c2
电力系统故障分析与短路 计算分析
（电力系统不对称运行/故障分析方法--对称分量法）
出发点：
•电力系统不对称运行/故障时，采用相分量 分析复杂而困难·
•使用对称分量法将不对称相分量转化未对 称的序分量，可利用其对称性简化不对称运 行/故障分析
1. 对称分量法
不对称相量 F a , F b , F c
Ec ZG
ZL
U b U b0 U b1 U b2
Zn
Ia
Ib
Ic
Ua Ub Uc
U c U c0 U c1 U c2
Ea ZG
ZL
对称分量法
a2E a Z G
ZL
Ia
F a F a0 F a1 F a2 F b F b0 F b1 F b2 F c F c0 F c1 F c2
– 零序电流相同相位，只能通过大地或 与地连接的其他导体才能构成通路。
– 变压器中性点接地的数量和位置确定 了零序网络的结构。
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电力系统故障分析
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电力系统故障分析
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电力系统故障分析
aU a1
特Z n点: 各U序a 2 网三相a U a完2 全a 2U对a 2
称，可U分a 0 析单相U a 0序网U a 0
Z G2 Z G2 Z G2
Zn
Z L2 Z L2 Z L2
Ia2 U a2
I b2 aU a2
负 序 网
I c2
a 2U a 2
E a Z G1 Z L1 a2E a Z G 1 Z L1
ZL
a
b
ZG
Ea
ZG
Eb Ec
c ZG
ZL
a相
短路
ZL
为例
Eb ZG
ZL
Ec ZG Zn
ZL
Ia
Ib
Ic
Ua Ub Uc
Ea
ZG
ZL
特殊相：a相
Eb
ZG
ZL
Ec
ZG
ZL
Zn
I a Ib 0
Ua 0
Ub
Ic 0 Uc
故障 网络
7
Ea 短路点阻抗、电压、电流不对称
U a U a0 U a1 U a2
a
1
1
1
F
a
0
F
b
1
a2
a
F
a1
F c
1
a
a
2
F
a
2
abc
012
1
012
abc
1 1 1
1
1 3
1 1
a a2
a
2
a
Fa0 Fa1 Fa2
1 3
1 1 1
1 a a2
1 a2
Fa Fb
a Fc
6
2. 对称分量法分析不对称短路
ZL
k (1)
Ea ZG
– 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
13
❖•负序网络
– 发电机不产生负序电势，故所有电源 的负序电势为零。
– 负序网络的组成元件与正序网络完全 相同。
– 发电机等旋转元件的电抗应以其负序 电抗代替，其它静止元件的负序电抗 与正序电抗相同。
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❖零序网络
– 发电机不产生零序电势，故所有电源 的零序电势为零。
➢a相短路：
U a0 , Ib0 , Ic0
用 序
➢b、c两相短路：
U b U c, Ia 0 , Ib Ic
分 量
➢b、c两相接地短路：U b0 , U c0 , Ia0 表
示
11
3. 电力系统元件的各序参数和等值电路
• 应用对称分量法进行电力系统的不对称分析，首先 必须确定系统中各元件的各序参数 •元件的序阻抗指元件中流过某序电流时元件两端所 产生的序电压降与该序电流的比值
F a F a0 F a1 F a2 F b F b0 F b1 F b2 F c F c0 F c1 F c2
以故障特殊相序分量表示:
F a F a0 F a1 F a2
F b F a0 a2 F a1 a F a2
F c F a0 a F a1 a2 F a2
F
3
❖正序分量
F c1
120
120
F a1
120
F b1
F b1 F a1 e j120
F
c1
F
e j120
a1
❖零序分量
❖负序分量
F b2
120 120
120
F a2
F c2
F b2 F a2 e j120
F a0 F b0 F c0
F c2 F a 2 e j120 Fb0 Fc0 Fa0
–静止元件无论流过正序电流还是负序电流，并不改变相 与相之间的磁耦合关系，其正序阻抗与负序阻抗相等；零 序电抗较为复杂； –旋转元件，各序电流流过时引起不同的电磁过程，三序 电抗不相同
– 元件的各序参数可查阅相关手册。
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电力系统故障分析
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❖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。
aE a Z G1 Z L1 I a1
Zn
U a1
Z G0 Z G0 Z G0
Zn
Z L0 Z L0 Z L0
I a0 U a0
I b1 a 2U a1
正 序 网
I c1
aU a1
I b0 aU a0
零 序 网
I c0
a 2U a0
9
❖各序分量三相对称：大小、相位关系固定
三相电路对称——单相各序电路（序网）
4
引入旋转因子（算子）
a a11200 ej120
120
a2 11200 ej120
a2
120
1
120
1a2a0
❖正序分量
❖负序分量
F
bb11
Faa
2 1
eF
j 1a210
F
cc11
Faa 1Fe
j120 a1
❖零序分量
F b2 F a2 e j120 F c2 F a 2 e j120
Fb0 Fc0 Fa0
aE a Z G Z L
U a1
Zn
U a2
U a0
Ib
Ic
a 2U a1
aU a1
aU a2 U a0
a 2U a 2 U a0
8
E a 电Z G 源Z ：L 三相正序
三a 2 E相a 正Z G 序Z 网L 、I a 三相负序网
三相零序网 a E a Z G Z L
Ib
Ic
U a1
a 2U a1
Ea
Z 1
I a1
Z 2
Ia2
Z 0
I a0
U a1
正序网
U a2
负序网
U a0
零序网
❖序网基本方程
U a1EaIa1Z1
Ua2 Ia2Z2
Ua0 Ia0Z0
三个方程，六个变量，需补充三个方程
10
❖序网基本方程
U a1EaIa1Z1 Ua2 Ia2Z2
Ua0 Ia0Z0
❖边界条件：短路点处电压、电流方程