第一章緒論隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)的不斷進(jìn)步，供電系統(tǒng)的安全性和可靠性問(wèn)題日益成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。當(dāng)前，在低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，由于各種原因可能導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生多種類型的故障，短路問(wèn)題是電力技術(shù)研究的基本問(wèn)題之一，短路電流是電氣設(shè)備和導(dǎo)體選擇、繼電保護(hù)選型和整定計(jì)算等的基礎(chǔ)。低壓電網(wǎng)的短路電流往往不被人們所重視，在選擇低壓電器時(shí)只注意額定電流而忽視短路電流對(duì)設(shè)備的影響，常常是設(shè)備反復(fù)燒壞還找不到真正的原因。因此低壓電網(wǎng)運(yùn)行要避免或少發(fā)生低壓電器燒壞事故，就必須研究短路電流發(fā)生的規(guī)律。因此，短路電流計(jì)算是電力工程技術(shù)人員及技術(shù)工人不可或缺的基本技能。短路電流計(jì)算的目的是為了選擇電氣設(shè)備或?qū)﹄姎庠O(shè)備提出技術(shù)要求。本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括電力系統(tǒng)的故障類型及其分析方法、低壓配電網(wǎng)短路電流的計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)相關(guān)的計(jì)算程序，實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的目標(biāo)，減輕設(shè)計(jì)人員的工作量。第一章電力系統(tǒng)短路的基本知識(shí)2?1短路的一般概念2?1?1短路的原因、類型及后果所謂短路是指一切不正常的相與相之間或相與地面之間的通路。短路是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的故障。短路發(fā)生的原因是多種多樣的。其中最主要的的原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞。引起絕緣損壞的原因是過(guò)電壓和絕緣的自然老化。運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉隔離開(kāi)關(guān)也是短路發(fā)生的原因之一。引起短路的原因還有電氣設(shè)備的機(jī)械損傷及鳥(niǎo)獸造成的短路等。在電力系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路、單相短路接地、兩相短路接地和兩相短路。其中三相短路是最嚴(yán)重的短路，但發(fā)生的幾率很小。單相短路接地可占短路總次數(shù)的80%以上，最常見(jiàn)的短路就是單相短路接地，各類短路的示意圖和代表符號(hào)列于表2-1.表2-1各類短路的示意圖和代表符號(hào)J 聽(tīng)滋離 :ft2 心心 ■ 勺1S%1兩HEm ff!1K￡2>.t10%*VJ1tn \4■jr2I m—??￡1fGS% fMi%短路發(fā)生的地點(diǎn)、短路持續(xù)的時(shí)間、短路發(fā)生的種類直接決定了短路的危害程度，這種危害可能是局部性的，也可能是全局性的。一般而言，短路的危害表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：由于短路電流是正常工作電流的十幾倍到幾十倍，從而使電氣設(shè)備的載流部分產(chǎn)生巨大的機(jī)械應(yīng)力，可能破壞電氣設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)。短路發(fā)生后，如果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，由于短路電流產(chǎn)生巨大的熱量，可能燒毀電氣設(shè)備。短路發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)的電壓將大幅度下降。這對(duì)用戶處的電動(dòng)機(jī)影響很大。系統(tǒng)中80%以上的負(fù)荷是電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電壓下降后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將下降，甚至停轉(zhuǎn)。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)大，電動(dòng)機(jī)可能被燒壞。當(dāng)短路發(fā)生的地點(diǎn)距離發(fā)電機(jī)比較近而短路持續(xù)時(shí)間又較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)有可能失去同步，破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，造成大面積停電，這是短路故障最嚴(yán)重的后果。（5）當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，三相不平衡電流在輸電線路上產(chǎn)生很大的磁場(chǎng)，這將在附近的線路上感應(yīng)出很大的電動(dòng)勢(shì)。這對(duì)于架設(shè)在高壓電力線路附近的通信線路或鐵道信號(hào)系統(tǒng)有很大的影響。2?1?2短路計(jì)算的任務(wù)短路計(jì)算是電力系統(tǒng)中的基本計(jì)算之一。它的主要任務(wù)有：（1） 在選擇電氣設(shè)備時(shí)，要保證電氣設(shè)備有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，這都要以短路計(jì)算為依據(jù)。這里主要包括計(jì)算短路沖擊電流和短路電流的最大有效值以校驗(yàn)電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定性；計(jì)算穩(wěn)態(tài)短路電流以校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性。為了校驗(yàn)高壓斷路器的斷流能力，還必須計(jì)算指定時(shí)刻的短路電流有效值。（2） 為了合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置，并正確整定其參數(shù)，必須進(jìn)行短路電流的計(jì)算。在計(jì)算中，不僅要計(jì)算短路電流在電網(wǎng)中的分布情況，還要計(jì)算電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)電壓的數(shù)值。（3） 再設(shè)計(jì)發(fā)電廠或變電所的主接線時(shí)，需要對(duì)各種可能的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以便確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，這也要以短路計(jì)算為依據(jù)。（4） 進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的計(jì)算，也包含一些短路電流計(jì)算的內(nèi)容。2?1?3短路電流計(jì)算的特點(diǎn)（1） 配電變壓器容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電力系統(tǒng)的容量，因此變壓器一次側(cè)可以作為無(wú)窮大容量電源系統(tǒng)來(lái)考慮；（2） 低壓回路中各元件的電阻值與電抗值只比較大不能忽略，因此一般要用阻抗計(jì)算，只有當(dāng)短路回路的總電阻小于總電抗的1/3時(shí)，才可以忽略電阻的影響；（3） 低壓網(wǎng)中電壓一般只有一級(jí)，且元件的電阻多以mQ（毫歐）計(jì)，用有名值比較方便。2?1?4短路電流計(jì)算中的若干假設(shè)在短路電流的實(shí)際計(jì)算中，其計(jì)算量是巨大的。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常采取以下一些假設(shè)，這在計(jì)算中是可行的，也是實(shí)用的。（1） 短路過(guò)程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺。也就是說(shuō)，在整個(gè)短路過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣轉(zhuǎn)速是相同的，即各發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率是一樣的。并同時(shí)認(rèn)為各電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)均為同相位。對(duì)短路點(diǎn)而言，這樣計(jì)算所得的電流比實(shí)際值稍微偏大。（2） 負(fù)荷只做近似估計(jì)?？勺鳛楹愣娍?，或作為臨時(shí)的附加電源，或忽略不計(jì)。（3） 短路過(guò)程中，不計(jì)磁路的飽和，系統(tǒng)各元件的參數(shù)是恒定的，可以利用疊加原理。（4） 短路過(guò)程中，除不對(duì)稱故障處出現(xiàn)局部的不對(duì)稱外，其他部分仍視為對(duì)稱系統(tǒng)。（5） 系統(tǒng)中的各元件的等效電路能簡(jiǎn)化的就簡(jiǎn)化，一邊簡(jiǎn)化計(jì)算。例如：輸電線路，可以忽略其電阻和電容，而只用電抗來(lái)表示；電動(dòng)機(jī)、變壓器也只用電抗來(lái)表示等。（6） 金屬性短路。所謂金屬性短路，就是不考慮過(guò)渡電阻的影響，認(rèn)為過(guò)渡電阻等于零的理想的情況。實(shí)際上，相與相或相與地面的短路，往往經(jīng)過(guò)一定的電阻（例如外物電阻、電弧電阻、接地電阻等）而形成短路。

第三章電力系統(tǒng)的三相短路3.1無(wú)窮大電源的三相短路3?1?1無(wú)窮大電源三相短路的暫態(tài)過(guò)程在研究電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，從而推導(dǎo)出工程上適用的短路電流計(jì)算公式，常常對(duì)某些電源的容量看作無(wú)窮大。由于電源的容量為無(wú)窮大，當(dāng)外電路發(fā)生短路時(shí)引起的功率變化量與電源的容量相比可以忽略不計(jì)，網(wǎng)絡(luò)中的有功功率和無(wú)功功率均能保持平衡。因此，無(wú)窮大電源具有兩個(gè)特點(diǎn)：1、電源的頻率和電壓保持不變；2、電源的內(nèi)阻為0。當(dāng)然，無(wú)窮大電源是一個(gè)虛擬的概念，真正的無(wú)窮大電源是不存在的。但當(dāng)有多臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，或電源距短路點(diǎn)的電氣距離很近時(shí)，就可以將其等效電源近似地認(rèn)為是無(wú)窮大電源。這樣做當(dāng)然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，但在工程計(jì)算精度的要求范圍之內(nèi)。同時(shí)，將大大減少計(jì)算量，適用于工程計(jì)算，其計(jì)算更傾向于安全。圖3-1是無(wú)窮大電源供電的三相電路，短路前電路處于穩(wěn)態(tài)。由于電路三相對(duì)稱，可以用單相交流電路來(lái)代替三相交流電路。e=Esino（t+a■設(shè) nm '式中 交流電源的角頻率；式中 交流電源的角頻率；a 初相位，又稱合閘角。突然短路前電路處于穩(wěn)態(tài)，其電流為:iaL］=I爲(wèi)］sin（?t+a-plo］）其中t）其中t）］=R+R')2+?L+?L')2亦］,-1siR+R'當(dāng)電路突然在k處發(fā)生三相短路時(shí)，網(wǎng)絡(luò)被短路點(diǎn)分成兩個(gè)相互獨(dú)立的部分。短路點(diǎn)右側(cè)的電路，其流過(guò)電感L'的電流由短路前瞬間（t=0-）的電流逐漸衰減到零。儲(chǔ)存在電感L'上的磁場(chǎng)能W二1LiL（0-）全部以熱能的形式在R'上消耗掉。由于沒(méi)有電源的支持，其L2穩(wěn)態(tài)電流為零。短路點(diǎn)左側(cè)的電路，其電流由短路前瞬間（t=0-）的電流逐漸過(guò)渡到以新的阻抗值（R+