1电力系统短路电流计算
电力系统的短路电流计算方法
电力系统的短路电流计算方法在电力系统的运行过程中，短路事故是一种常见的故障形式。
短路电流的计算是电力系统设计和运行中重要的一部分，对于确保电力系统的稳定和安全运行至关重要。
本文将介绍电力系统的短路电流计算方法。
一、短路电流的概念和意义短路电流是指在系统中发生短路故障时产生的电流。
短路故障是指两个或多个系统元件之间的短接，导致电流异常增加。
短路电流的大小直接关系到系统设备的安全运行和保护装置的选择。
因此，准确计算短路电流对于系统的设计和运行至关重要。
二、对称短路电流的计算方法对称短路电流是指发生对称型短路故障（如三相短路故障）时的电流。
对称短路电流的计算方法主要有两种：解析法和数值法。
1. 解析法解析法是通过应用基本的电路理论和计算公式来计算短路电流。
首先需要确定短路电流的路线，然后根据系统参数和电路拓扑关系计算短路电流。
这种方法的优点是计算结果准确，但对于复杂的系统结构和参数较多的情况下，计算过程繁琐。
2. 数值法数值法是通过建立系统的模型，根据短路电流计算方程和计算程序进行计算。
数值法的优点是计算过程简单，适用于复杂系统结构和参数较多的情况。
常用的数值法有潮流法、有限差分法和外推法等。
这些方法在复杂系统中具有较大的优势，得到了广泛应用。
三、非对称短路电流的计算方法非对称短路电流是指发生非对称型短路故障时的电流。
由于非对称故障导致的电流不对称，计算方法相对复杂。
1. 正序、负序和零序分量法正序、负序和零序分量法是计算非对称短路电流的常用方法之一。
该方法将非对称电流分解为三个分量，即正序、负序和零序分量。
通过计算各个分量的电流值，再结合系统的参数和拓扑关系进行计算。
这种方法在非对称分析和保护装置选择中应用广泛。
2. 矩阵法矩阵法是一种基于复数计算的方法，通过建立节点矩阵和支路矩阵，求解节点电压和支路电流的未知量。
这种方法具有较强的适应性，能够计算各种复杂情况下的非对称短路电流。
四、短路电流计算中的注意事项在进行短路电流计算时，还需注意以下几个方面：1. 系统参数的准确性系统参数对于计算结果的准确性具有重要影响。
电力系统短路电流计算
电力系统短路电流计算附录1电力系统的短路计算1.1一般规定1.1.1一般要求1.1.1.1本附录适用于船舶交流电力系统三相短路的短路电流和短路功率因数的计算。
两相短路的短路电流值，可取为相应三相短路的短路电流值的0.866倍。
1.1.1.2本计算方法适用于交流50Hz或60Hz非网格形，且中性点通过阻抗接地或中性点绝缘的低压和高压三相电力系统。
其计算结果具有足够的精确度。
1.1.1.3采用本计算方法计算短路发生后100m以内的短路电流，其计算结果可用作：(1)校核所选用的保护电器的短路接通能力和短路分断能力；(2)校核汇流排等元件的电动力稳定性和热稳定性；(3)为电力系统保护的设计和整定提供依据；(4)为在必要时选择适当的限流设备，以能将短路电流限制在保护电器的能力范围之内提供依据。
1.1.1.4在计算最大短路电流时，应考虑最恶劣情况，即应计及对应于船舶或海上设施电站最大负载工况下：(1)所有可能并联连接于主汇流排的发电机(包括短时转移负载的发电机在内)所馈送的短路电流；(2)所有可能投入运行的电动机所馈送的短路电流。
1.1.1.5一般应计算下列各处的短路电流：(1)发电机输出端；(2)主汇流排；(3)应急配电板、区配电板以及分配电板的汇流排；(4)电力和照明变压器次级侧。
此外，为电力系统保护的设计和整定需要，有时还应进行馈电线末端短路电流的计算。
1.1.1.6计算所需要的发电机、电动机、变压器和电缆等的各项特征参数，应由产品制造厂提供，并保证足够的精确度。
1.1.2定义1.1.2.1短路在正常情况下电路中处于不同电压的两点或更多点，通过一比较低的电阻或阻抗偶然或有意的连接。
1.1.2.2短路电流在电源不变情况下，由于故障或误操作引起短路而产生的过电流。
1.1.2.3预期短路电流(针对开关电器)当开关电器的每一极由一阻抗可以忽略不计的导体代替时，电路中可能流过的短路电流。
1.1.2.4对称短路电流预期(可达到的)短路电流交流对称分量的方均根值。
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。
电力系统的短路电流的计算
3.4 电力系统三相短路的实用计算
在工程实际问题中，多数情况下只需计算短路瞬间的短路电流基波交流分量 的起始值。
基波交流分量的起始值的计算方法：将各同步发电机用其暂态电动势（或次暂态 电动势）和暂态电抗（或次暂态电抗）作为等值电势和电抗，短路点作为零电位， 然后将网络作为稳态交流电路进行计算。
短路冲击电流和最大有效值电流
短路电流的最大有效值：在短路过程中，任意时刻t的短路电流有效值
It，是以时刻t为中心的一个周期T内瞬时电流的方均根值。其表达式为：
IM
( I pm /
2)2
i2
t ( t 0.01s )
0.707I pm 1 2( K M 1)2
当KM＝1.8时，IM＝1.075Ipm； 当KM＝1.9时，IM＝1.145Ipm；
当转子旋转时，磁通切割定子导体而在其中感应电势。磁通首先切割A相导体，当转子转过120 度及240度，磁通再一次切割B相导体和C相导体。因此，A 相感应电势超前B相120度，
B相超前C相120度。
3.3 同步发电机突然三相短路的物理过程
同步发电机空载时突然三相短路的物理过程
电枢反应：同步电机在空载时，定子电流为零，气隙中仅存在着转子磁势。负载后， 除转子磁势外，定子三相电流也产生电枢磁势。同步电机在负载时，随着电枢磁势 的产生，使气隙中的磁势从空载时的磁势改变为负载时的合成磁势。因此，电枢磁 势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。
电力系统短路电流计算方法
电力系统短路电流计算方法短路电流计算呢，是电力系统分析里挺重要的一事儿。
有一种比较简单的方法叫欧姆法。
这个就有点像咱们以前学的简单电路计算，根据电路里的电阻、电抗这些参数来算。
比如说，知道了电源的电动势，再把电路里的电阻、电抗啥的都找出来，按照欧姆定律的那些变形公式就能算出短路电流啦。
不过这个方法呢，在一些复杂的电力系统里就有点吃力喽，因为电力系统一复杂，电路结构就变得超级复杂，找那些参数就像在一团乱麻里找线头一样。
还有一种方法是标幺制法。
这名字听起来是不是有点酷？这个方法就很巧妙啦。
它是把各个物理量都转化成相对值来计算。
就好比把不同单位的东西都换算成一种特殊的相对单位，这样在计算的时候就方便很多。
在标幺制法里呢，我们要先选一个基准值，这个基准值就像是一个标准的尺子，然后把所有的参数都按照这个尺子来换算成标幺值。
这样做的好处就是不管电力系统多复杂，只要按照这个套路来，计算就会变得比较清晰。
在计算短路电流的时候啊，我们还得考虑很多因素呢。
像发电机的电抗，线路的电抗这些都是影响短路电流大小的关键因素。
发电机要是电抗小，短路的时候电流可能就会很大，就像一个大力水手突然发力一样。
线路的电抗也类似，如果线路短，电抗小，那短路电流也容易变大。
另外呀，计算的时候还要注意短路的类型。
有三相短路、两相短路这些不同的情况呢。
三相短路是最严重的一种短路情况，就像三个小伙伴同时出了问题一样。
它产生的短路电流往往是最大的。
不同类型的短路，计算方法也会有一些小区别。
宝子，电力系统短路电流计算虽然有点复杂，但是只要掌握了这些方法，多做几道题，也就慢慢熟悉啦。
就像学骑自行车，刚开始有点难，摔几跤，慢慢就骑得顺溜啦。
电力系统短路电流计算及标幺值算法
电力系统短路电流计算及标幺值算法一、短路电流计算方法短路电流计算是电力系统设计和运行中的重要工作之一，它可以用来确定电力系统设备的选型和保护装置的设置。
一般而言，短路电流计算有三种主要的方法：解析法、计算机法和试验法。
1.解析法：解析法是利用电路的解析模型，通过简化的计算方法来估算短路电流。
该方法适用于简化的电路模型，如单相等效模型或对称分量法。
其中，单相等效模型是将三相系统简化为单相系统进行计算，对于简单的配电系统较为实用。
而对称分量法则是将三相系统分解为正序、负序和零序三部分进行计算，适用于较为复杂的计算。
2.计算机法：计算机法是运用电力系统仿真软件进行短路电流计算，其中最常用的软件包括PSS/E、ETAP、PowerWorld等。
该方法可以更加精确地模拟电力系统的实际运行情况，适用于复杂的大型电力系统。
通过输入系统的拓扑结构和参数，软件可以自动计算得到短路电流及其分布情况。
3.试验法：试验法是通过实际的短路试验来测量电力系统的短路电流。
该方法需要选取适当的试验装置和测试方法，并进行数据处理来得到准确的短路电流数值。
试验法适用于对系统的实测与验证，尤其对于重要设备或复杂系统来说更具可靠性。
标幺值是将物理量除以其基准值得到的比值，它可以用来统一比较和分析不同系统中的电流、电压等参数。
在电力系统中，短路电流的标幺值常用于比较不同设备和不同系统的短路能力。
短路电流的标幺值计算方法一般有以下几种：1.基准短路电流法：基准短路电流法是将电力系统的短路电流与一个基准电流进行比较，得到标幺值。
基准短路电流可以是短路电流中最大值，也可以是系统额定电流、设备额定电流等。
该方法适用于对系统整体的短路能力进行评估。
2.额定电流法：额定电流法是将短路电流与设备或系统的额定电流进行比较，得到标幺值。
该方法适用于对设备的短路能力进行评估，如断路器、开关等。
3.等值电路法：等值电路法是通过将电力系统简化为等效电路进行计算，然后将计算得到的电流与基准电流进行比较，得到标幺值。
电力系统短路电流计算
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6.2 起始次暂态电流和冲击电流的实用计算
➢ 综合负荷 次暂态电势 次暂态电抗
二、冲击电流的计算x 0.35
➢ 负荷提供的冲击电流 ➢ 电源提供的冲击电流 ➢ 总的冲击电流
E 0.8
iim.LD kim.LD 2ILD
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（2）进行网络6变.3换短路电流计算曲线及其应用
按照电源合并的原则，将网络中的电源合并成干组， 每组用一个等值发电机代表。无限大功率电源另成一组。 求出各等值发电机对短路点的转移电抗 以及无限大 功率电源对短路点的转移电抗
6.1 短路电流计算的基本原理和方法
*
zLD.k Vk2 / S LD.k 或
节点 k 接入负荷，相
*
yLD.k S LD.k / Vk2
当于在 YN 阵中与节点 k
对应的对角元素中
增加负荷导纳 yLD.k 。 最后形成包括所
有发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ机支路和负荷
支路的节点方程如下
YV I (6-2)
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，于是可V得f(i0) Z fi Ii Ifi Vfi / Z ff
同理可z得fi 电势IE源fii I和 电ZZ势fffi 源zim之间的（转6移-1阻3）抗为
zim zi zm / Zim
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6.1 短路电流计算的基本原理和方法
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第三章 电力系统的短路电流计算
直流电流的初值越大，暂态过程中短路冲击电流也就越大。
直流分量的起始值大小与电源电压的初始角 α 及短路前回路 中电流值 Im 0 及 ϕ 角等有关。
出现最大的短路冲击电流的条件：
图3-3为t=0时刻A相相量图 U& mA：电源电压； I&mA 0 ：短路前的电流； I& pmA ：短路电流交流分量； 相量在时间轴t上的投影
短路前瞬间电流
短路后瞬间电流
( ) 从而 c = Im 0 sin α −ϕ 0 − I pm sin(α −ϕ )
[ ( ) ] iA = I pm sin(ωt + α −ϕ )+ Im 0 sin α −ϕ 0 − I pm sin(α −ϕ ) e−t Ta
( ) iB = I pm sin ωt + α − 1200 −ϕ
后的T/2时刻出现。
在f＝50Hz的情况下，大约 为0.01s时出现冲击电流最 大值。
iM = I pm + I pme−0.01 Ta
( ) = 1 + e−0.01 Ta I pm
= K M I pm
KM：冲击系数，表示冲击电流为短路电流交流分量幅值的倍数。
冲击系数的变化范围 1 ≤ KM ≤ 2
3.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程
同步发电机稳态对称运行时，电枢反应磁动势的大 小固定，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相 对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。
当发电机端部突然三相短路时，定子电流在数值上将 急剧变化，由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必 然有其他电流自由分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。 此变化又会影响到转子，在转子绕组中感应出电流，进一 步影响定子电流的变化。
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定度。
第3章 电力系统短路电流计算
最大有 ：是指以 t 时刻为 中心的一周期内短路全电流瞬时值的均方根
值，即:
It
1 T
i t T 2
2
tT t
dt
2
1 T
tT
t T2 (i pt
ip
Um Z
sin(t
)
I pm
sin(t
)
I pm Um / R2 (L)2
arctg L
R
非周期分量inp：
t
inp Ae Ta
Ta＝ L / R
短路全电流表达式 ：
ia ip inp I pm sin(t ) Aet /Ta
在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的 5%～10%时，就可认为该电源是无限大功率电源。
第3章 电力系统短路电流计算
3.2.1 三相短路的暂态过程
图3-1 无限容量系统中的三相短路 a）三相电路 b）等值单相电路
第3章 电力系统短路电流计算 短路前：
uA Um sin(t )
短路前后瞬间电感中电流不能突变，故有：
Im sin( [0] ) I pm sin( ) A A inp0 Im sin( [0] ) I pm sin( )
a相短路电流
ia I pm sin(t ) [Im sin( [0]) I pm sin( )]et /Ta
第3章 电力系统短路电流计算
二、短路的类型
1、对称短路 —— 三相短路
2、不对称短路 ： 两相短路： 单相接地短路： 两相短路接地：
三相电流和电压仍是对称的
图3-0 短路的类型 a）三相短路 b）两相短路 c）单相接地短路 d）两相接地短路
第3章 电力系统短路电流计算
三、短路计算的目的和简化假设 1、计算短路电流的主要目的
第3章 电力系统短路电流计算
2）架空线路因大风或导线履冰引起电杆倒塌等，或因鸟 兽跨接裸露导体等； 3）电气设备因设计、安装及维护不良所致的设备缺陷引 发的短路； 4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如带负荷拉隔 离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等。
短路的现象：
电流剧烈增加； 系统中的电压大幅度下降。
为选择和校验各种电气设备的机械稳定性 和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电 流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的 周期分量以校验设备的热稳定性；
为设计和选择发电厂和变电所的电气主接 线提供必要的数据；
为合理配置电力系统中各种继电保护和自 动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。
第3章 电力系统短路电流计算
t
ia I pm cost I pme Ta
当t＝0.01s时出现最大值：
0.01
0.01
ish I pm I pme Ta (1 e Ta )I pm KM I pm
冲击系数KM:
0.01
KM 1 e Ta
且有：1≤KM≤2
工程计算时：
在发电机电压母线短路，取KM=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 KM=1.85； 在其他地点短路时，KM=1.8
第3章 电力系统短路电流计算
短路的后果（续） 4）短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能 导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳 定性，造成大面积停电。这是短路所导致的最严 重的后果。
5）巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电 磁场，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生 的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系 统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。
第3章 电力系统短路电流计算
短路的后果： 1）强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加， 短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏 甚至烧毁；
2）巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生 很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；
3）短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系 统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或 停转，造成产品报废甚至设备损坏；
iA Im sin(t [0] )
Im|0|
Um
(R R)2 2 (L L)2
[0]
arctg
(L L)
R R
第3章 电力系统短路电流计算
设在t = 0秒发生三相短路时的微分方程
L
dia dt
Ria
Um
sin(t
)
其解为： 周期分量ip：
第3章 电力系统短路电流计算
3.2.2短路冲击电流和最大有效值电流
短路冲击电流iM——短路电流最大可能的瞬时值
ia I pm sin(t ) [Im sin( [0]) I pm sin( )]et /Ta
出现条件：①φ≈90° ②短路前空载（Im=0） ③合闸角α=0
一、由无限容量系统供电时三相短路说源的明是物：一无个理限相大对过功概程率念电，
1. 无限容量系统的概念
真正的无限大功率电 源是不存在的。
无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系统的容量 为∞ ，内阻抗为零。
无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，电源母线上 的电压基本不变，即认为它是一个恒压源。
2、简化假设 1）负荷用恒定电抗表示或略去不计； 2）认为系统中各元件参数恒定，在高压网络中 不计元件的电阻和导纳，即各元件均用纯电 抗表示，并认为系统中各发电机的电势同相 位，从而避免了复数的运算； 3）系统除不对称故障处出现局部不对称外，其 余部分是三相对称的。
第3章 电力系统短路电流计算
3.2 无限大功率电源供电的三相短路电流分析
inpt )2 dt
2
简化，近似得
It
I
2 pt
I2 npt
第3章 电力系统短路电流计算
短路全电流的最大有效值IM ：出现在短路后的 第一周期内，又称为冲击电流的有效值。
iM I pm inpt 2I p inpt KM 2I p
因此
inpt (Ksh 1) 2I p Inp(t0.01s)