电力系统短路故障分析计算的基本知识

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。有名值（有单位的物理量）标幺值（相对值）＝基准值（与有名值同单位的物理量）二、基准选取三相电路系统基准值可任意，一般：4个基准值参数：SB(MVA)、UB(KV)、IB(KA)、ZB()满足关系：SB3UBIUB3ZBIB,则任意选定其中2个基准参数即可。电网中一般选定：SB、UB则：SIB2UBSB、Z频率、角速度、时间的基准值频率：fBfN(额定频率）三、基准值改变时标幺值的换算角速度：B2fN(同步电角速度）1时间：tB(电角速度倒数）电抗某折算（下标N为基准下标B为基准）22SBSBUNUN某某(B)＝某某(N)2)某某(N)(2)(S)(UUS()UNIB)某某(N发电机电抗标幺值：上式直接转换即可U(%)US变压器电抗标幺值(短路电压百分数转换)：某T某(B)＝()(2)100SNBU(%)UI()()电抗器电抗标幺值(电抗百分数转换)：某R某(B)＝100UBIN归算方法：功率不变、阻抗乘变比平方、电压乘变比、电流除变比1)有名值归算：可按上面原则直接归算到某个电压等级：方法一：先用有名值归算到某个电压等级，再统一转换为标幺值；方法二：把基准值归算到各个电压等级，再直接把各个电压等级的参数转换为标幺值即可。用各个电压等级的平均电压之比代替实际变压器变比进行参数归算。（平均电压一般大致为电网额定电压的1.05倍）[例1-2]（p9）如图所示的输电系统当K点发生三相短路，作标幺值表示的等值电路并计算三相短路电流。各元件参数已标于图中。1.3无限大功率电源供电的三相短路电流分析一、无限大功率电源短路点距离电源的电气距离较远时，短路导致电源输出功率的变化量远小于电源所具有的功率，则称该电源是无限大电源。特点：1)频率恒定（有功变化量远小于电源的有功功率）。2)电压恒定（无功变化量远小于电源的无功功率）。3)电源内电抗为0（故电压恒定）。实际上真正的无限大电源不存在。当功率变化量小于3%电源功率，或者电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%时候，可认为电源为无限大电源。二、暂态过程分析稳态正常运行的a相电流值求解：Ua相量表达式为：Ia＝Z瞬时值表达式为：如图所示三相短路发生时：1)电路被短路成左右二部分；2)右边回路部分电流将衰减为0；3)左边回路阻抗减小，稳态电流增大，电感回路必然有暂态过程。di＝Umin(t)RL回路的微分方程为：LRiadt电流解为：iaImin(t)Ce＝ipaiaatTa其中：ipa为稳态分量（交流分量、周期分量）（periodic）iaa为自由分量（直流分量、非周期分量）（aperiodic）RT常数：Ta＝a为直流分量的衰减时间LC为积分常数，等于直流分量的起始值。求C：根据楞次定律，电感电流不能突变。短路前后电感电流不能突变，也是直流分量出现的物理原因。短路冲击电流：指在短路时可能达到的最大短路电流瞬时值。用于检验电气设备和载流导体的动稳定度。图1-5可看出：三相电流中那相的直流分量起始值越大，则其短路电流越大；各个分量（初始值相量）的图形化分析：短路前后电流相量之差在时间轴上的投影即为直流分量的初始值。初始值相量与时间轴平行则达到最大值，如垂直则为0。最大短路冲击电流发生的条件为：1)空载时发生短路(短路前电流为0）；2)电压初相角与短路后回路的阻抗角之差为90°（此时直流分量初始值等于稳态幅值）。最大短路电流条件：1)空载2)回路阻抗角90°3)电压初始角0°或180°此时的短路全电流为：最大瞬时值在短路后半个周波出现，即0.01″（10m），其冲击电流为：最大有效值电流：任意时刻t的有效值，指以时刻为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值。It(Im2)22at最大短路电流有效值：IM(Im2)i(t0.01)22I22(KM1)22I当K1.8时，I＝1.52()MM2短路功率与断开容量目的：选择开关、断路器等电气设备时用到断开1.62(当KM1.9时，IM＝I)容量（可断容量），要求设备的可断容量必须大于短路功率。短路功率：某支路的短