電力工程基礎(chǔ)合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院6短路故障分析與計算6.1概述合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院電氣設(shè)備絕緣損壞；

所謂“短路”就是電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的情況。一、短路的原因及其后果運(yùn)行人員誤操作；

其他原因；

短路故障的后果很嚴(yán)重！

合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院二、短路的類型三相短路；

兩相短路；

兩相接地短路；

單相接地短路；

最嚴(yán)重！最常見！不對稱故障三、短路計算的目的和簡化假設(shè)選擇和校驗(yàn)各種電氣設(shè)備；

合理配置各種繼電保護(hù)和自動裝置；

作為選擇和評價電氣主接線的依據(jù)；

負(fù)荷用恒定電抗表示或略去不計；

各元件參數(shù)恒定，不計高壓網(wǎng)元件的電阻和導(dǎo)納，各發(fā)電機(jī)電勢同相位；

系統(tǒng)除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱外，其余部分是三相對稱的；

5.2標(biāo)幺制合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院電力系統(tǒng)計算主要涉及對稱三相電路，計算時習(xí)慣采用線電壓、線電流、三相功率、一相等值阻抗，這四個量應(yīng)滿足功率方程和歐姆定律。一、標(biāo)幺值在標(biāo)幺制中，三相電路計算公式與單相電路的計算公式完全性相同。標(biāo)幺值沒有單位二、基準(zhǔn)值的選擇工程計算中通常選擇功率基準(zhǔn)值和電壓基準(zhǔn)值。電流、阻抗的基準(zhǔn)值可推算出來。

應(yīng)用標(biāo)幺值計算，最后還需要將所得結(jié)果換算成有名值，其換算公式為：有名值=標(biāo)幺值×基準(zhǔn)值。合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院三、基準(zhǔn)值改變時標(biāo)幺值的換算必須把不同基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值換算成統(tǒng)一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值才能進(jìn)行計算。換算方法：先將以各自額定值作為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值還原成有名值；再按統(tǒng)一的基準(zhǔn)值換算成標(biāo)幺值。發(fā)電機(jī)

變壓器電抗器

輸電線路

基準(zhǔn)值該如何選擇？基準(zhǔn)功率可選擇某一整數(shù)或最大容量設(shè)備的額定功率，基準(zhǔn)電壓可取網(wǎng)絡(luò)各級額定電壓或平均額定電壓?；鶞?zhǔn)功率只有一個，基準(zhǔn)電壓可根據(jù)電壓等級數(shù)量確定。合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院四、變壓器聯(lián)系的多級電壓網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)幺值的計算多級電網(wǎng)中，標(biāo)幺值的計算方法有兩種。各電壓等級有名值先全部歸算到某一個電壓級（稱為基本級），然后將所有的有名值根據(jù)基準(zhǔn)功率和基本級的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行歸算。首先確定基本級和基本級的基準(zhǔn)電壓，然后按照各電壓級與基本級相聯(lián)系的變壓器的變比，確定其余各電壓級的電壓基準(zhǔn)值，再按全網(wǎng)統(tǒng)一的功率基準(zhǔn)值和各級電壓的電壓基準(zhǔn)值計算網(wǎng)絡(luò)各元件的電抗標(biāo)幺值。1、準(zhǔn)確計算法實(shí)際準(zhǔn)確變比或者近似變比2、近似計算法變壓器的實(shí)際變比改為由變壓器兩側(cè)網(wǎng)絡(luò)的平均額定電壓之比來代替約比相應(yīng)電壓級的額定電壓高5%合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院五、使用標(biāo)幺值的好處使計算大為簡化；某些非電的物理量標(biāo)幺值可與另一物理量的標(biāo)幺值相等，簡化計算公式；易于比較各種電氣設(shè)備的特性及參數(shù)；便于對計算結(jié)果作出分析，并判斷其正確與否。6.3無限大功率電源供電網(wǎng)絡(luò)的三相短路計算合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院無限大功率電源是指容量為無限大，內(nèi)阻抗為零的電源。在短路計算中，當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過短路回路總阻抗的5%～10%時，外電路發(fā)生短路對電源影響很小，可認(rèn)為此電源就是無限大功率電源。一、短路暫態(tài)過程分析KK左邊電路仍然與電源相連。沒有電源的短路電路合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院K短路發(fā)生前（以a相為例進(jìn)行分析）：一階常系數(shù)線性非齊次微分方程全電流=短路電流的強(qiáng)制分量（特解）+短路電流的自由分量（通解）假設(shè)當(dāng)t=0時，發(fā)生短路：短路電流的周期分量短路電流的非周期分量時間常數(shù)阻抗角阻抗周期分量的幅值電源電勢的初始角合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院K短路發(fā)生前（以a相為例進(jìn)行分析）：全電流=短路電流的強(qiáng)制分量（特解）+短路電流的自由分量（通解）假設(shè)當(dāng)t=0時，發(fā)生短路：時間常數(shù)阻抗角阻抗周期分量的幅值電源電勢的初始角=合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院K短路發(fā)生前（以a相為例進(jìn)行分析）：全電流=短路電流的強(qiáng)制分量（特解）+短路電流的自由分量（通解）假設(shè)當(dāng)t=0時，發(fā)生短路：時間常數(shù)阻抗角阻抗周期分量的幅值

合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院

相量差與時間軸平行時相量差與時間軸垂直時合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院

三相電路中，非周期分量出現(xiàn)最大值或零值的現(xiàn)象只有發(fā)生在其中一相；短路電流曲線不再與時間軸對稱，而是以非周期分量為對稱軸；三相短路時，只有周期分量是對稱的，各相非周期分量并不相等。

合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院

二、短路沖擊電流和最大有效值電流1、短路沖擊電流短路電流的可能最大瞬時值相量差有最大可能值非周期分量達(dá)到最大相量差與時間軸平行空載=0或180合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院

二、短路沖擊電流和最大有效值電流1、短路沖擊電流短路電流的可能最大瞬時值相量差有最大可能值非周期分量達(dá)到最大相量差與時間軸平行空載=0或180沖擊系數(shù)發(fā)電機(jī)電壓母線短路時：取1.9；發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線或發(fā)電機(jī)出線電抗器后發(fā)生短路時：取1.85；其他地點(diǎn)發(fā)生短路時：取1.8；有效值電流？校驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體短路時的動穩(wěn)定性合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院

2、最大有效值電流短路全電流的最大有效值電流出現(xiàn)在短路后的第一個周期內(nèi)，又稱為沖擊電流的有效值。發(fā)電機(jī)電壓母線短路時：取1.9；發(fā)電機(jī)高壓側(cè)母線或發(fā)電機(jī)出線電抗器后發(fā)生短路時：取1.85；其他地點(diǎn)發(fā)生短路時：取1.8；有效值電流？校驗(yàn)電氣設(shè)備的斷流能力或耐力強(qiáng)度合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院三、短路功率（短路容量）短路功率等于短路電流有效值乘以短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓），即注意：短路功率只是一個定義的計算量，而不是一個測量值。四、無限大功率系統(tǒng)的短路電流計算系統(tǒng)的內(nèi)阻抗為零，端電壓為常數(shù)，短路電流周期分量的幅值恒定且不隨時間變化而變化。短路電流計算的任務(wù)就是計算短路電流的周期分量。6.4有限容量電源供電網(wǎng)絡(luò)的三相短路計算有限大容量系統(tǒng)發(fā)生短路時，其短路電流周期分量幅值會隨時間變化。1、無阻尼繞組發(fā)電機(jī)一、同步發(fā)電機(jī)突然三相短路時的電磁暫態(tài)過程超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t勵磁繞組是閉合繞組該繞組交鏈的總磁鏈不能突變存在一個與勵磁繞組總磁鏈成正比的電勢在短路瞬間不能突變對應(yīng)的發(fā)電機(jī)電抗稱為暫態(tài)電抗，且此時不能把發(fā)電機(jī)的端電壓視為常數(shù)來處理2、有阻尼繞組發(fā)電機(jī)超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t勵磁繞組和阻尼繞組是閉合繞組兩者交鏈的總磁鏈不能突變存在一個與勵磁繞組和阻尼繞組總磁鏈成正比的電勢在短路瞬間不能突變對應(yīng)的發(fā)電機(jī)電抗稱為次暫態(tài)電抗，且合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院次暫態(tài)電勢：二、起始次暫態(tài)電流和沖擊電流的計算簡化公式：從發(fā)電機(jī)端到短路點(diǎn)的組合電抗除了發(fā)電機(jī)外，在短路時，有時可能也需要考慮異步電動機(jī)在短路瞬間發(fā)出沖擊電流的影響。異步電動機(jī)啟動電流的標(biāo)幺值，一般為4～7當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路時，次暫態(tài)電勢不突變，異步電動機(jī)殘壓低壓次暫態(tài)電勢時，電動機(jī)會暫時向系統(tǒng)提供一部分功率。只計及對短路沖擊電流的影響。合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院星網(wǎng)變換三、短路電流計算的實(shí)用方法1、網(wǎng)絡(luò)的等值簡化合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院等值變換合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院分裂電勢源和分裂短路點(diǎn)E1E2E1E2E1E2E1E2E1E2合肥工業(yè)大學(xué).電氣與自動化工程學(xué)院利用電路對稱性簡化網(wǎng)絡(luò)12電位相等的節(jié)點(diǎn)，可直接相連；等電位間的電抗可短接后除去。經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)化簡去除了電源電勢節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)以外的所有中間節(jié)點(diǎn)，最后得到的各個電源電勢節(jié)點(diǎn)和短路點(diǎn)間的直接聯(lián)系的電抗，即為轉(zhuǎn)移電抗。2、轉(zhuǎn)移電抗的概念kX1X2X3X4X5kX1kX3kX2k如果只在支路中加電勢，其他電勢為零，則與在支路中所產(chǎn)生的電流之比值，即為支路與支路之間的轉(zhuǎn)移電抗。網(wǎng)絡(luò)簡化法3、求取轉(zhuǎn)移電抗的方法星網(wǎng)變換等值變換分裂電勢源和分裂短路點(diǎn)利用電路對稱性簡化網(wǎng)絡(luò)單位電流法相對于輻射形網(wǎng)絡(luò)而言，采用單位電流法，可以使得計算過程更為簡便。kX1X2X3X4X5kX1kX3kX2kX1X2X3X4X5可假設(shè)流過X3的電流為1（標(biāo)幺值），然后逐步推導(dǎo)出其他電流，最后根據(jù)轉(zhuǎn)移電抗的定義求出各電源到短路點(diǎn)的轉(zhuǎn)移電抗。計算曲線4、應(yīng)用計算曲線計算短路電流計算電抗歸算到發(fā)電機(jī)額定容量的組合電抗的標(biāo)幺值和發(fā)電機(jī)次暫態(tài)電抗的標(biāo)幺值之和，并記作Xc。（1）作等值網(wǎng)絡(luò)；通過計算繪制成的一種短路電流周期分量隨時間和短路距離（計算電抗）而變化的曲線。（按汽輪機(jī)和水輪機(jī)