《电力系统短路电流分析及其计算方法》课件

电力系统短路电流分析及其计算方法目录引言短路电流基础知识短路故障类型各种短路故障分析短路电流计算方法主要计算技术与应用应用与案例分析第一部分：引言电力系统基础电力系统运行原理短路概念短路定义与特性研究意义短路分析的重要性什么是短路电流？定义不同电位导体间发生异常连接时产生的过大电流产生原因绝缘损坏、外部击穿、误操作、设备故障影响因素系统阻抗、故障点位置、电源容量短路电流的重要性电力系统安全运行确保系统稳定性设备选型依据确定设备技术参数继电保护设计基础制定保护策略短路电流的特征幅值大可达正常工作电流的几十倍上升速度快毫秒级内达到峰值持续时间短通常在保护动作后迅速消失短路电流的组成交流分量与系统频率相同的周期性成分稳态短路电流衰减交流分量直流分量非周期性衰减成分故障初期最大随时间指数衰减取决于故障发生时刻短路电流的危害热效应导致设备过热烧毁电动力效应导致设备机械损坏电压骤降影响系统稳定运行减少短路危害的措施限制短路电流安装限流电抗器、分段运行快速切断故障高效保护装置、快速断路器合理选择设备设备的短路耐受能力满足要求第二部分：短路故障类型三相短路三相同时故障两相短路两相间故障相地短路相线与地连接复合短路多种故障同时发生三相短路定义三相同时相互连接形成的短路特点对称故障，计算最简单，电流最大发生概率较低，约占短路故障的5%两相短路定义两相导体之间直接接触形成的短路特点不对称故障，电流小于三相短路发生概率约占短路故障的15%两相接地短路1定义两相同时与地连接形成的短路2特点不对称故障，计算复杂3发生概率约占短路故障的10%单相接地短路定义单相与地之间形成的短路特点最常见的短路故障类型发生概率约占短路故障的70%各种短路类型的比较短路类型电流大小危害程度处理难度三相短路最大最严重计算简单两相短路中等较严重较复杂两相接地较大严重复杂单相接地较小较轻较复杂第三部分：短路电流计算方法标么值法采用标准单位进行计算有名值法直接使用物理量计算对称分量法分解不对称故障计算机辅助计算软件模拟与数值分析短路电流计算的基本假设1电压恒定故障前系统电压保持恒定2忽略负荷电流与短路电流相比负荷电流很小3忽略电容电流电容对短路计算影响不大计算短路电流的目的系统稳定性分析评估系统抗干扰能力继电保护设计确定保护整定值选择电气设备确定设备规格参数标么值法介绍定义采用基准值将实际参数换算为相对值优点简化计算、消除变压器变比影响应用范围广泛应用于各类电力系统分析标么值法的基本步骤选取基准值确定基准功率和基准电压计算各元件阻抗换算为标么值建立等值电路简化网络获得等值阻抗计算短路电流应用欧姆定律求解标么值法示例100MVA基准功率系统计算基础220kV基准电压主网电压等级0.15p.u.等值阻抗简化后的系统阻抗有名值法介绍定义直接使用欧姆、伏特等实际物理单位优点直观明了，结果无需转换应用范围适用于简单系统计算有名值法的基本步骤建立等值电路绘制系统简化电路图计算各元件阻抗确定各元件实际阻抗值求解短路电流应用电路理论计算有名值法示例对称分量法介绍定义将不对称三相系统分解为三个对称分量系统原理正序、负序、零序分量线性组合应用场景不对称短路故障分析对称分量法的基本步骤分解为对称分量应用对称分量变换矩阵建立序网络构建正、负、零序网络求解短路电流根据故障类型连接序网络对称分量法示例无穷大容量电源短路电流计算适用条件电源容量远大于短路点容量计算公式I=U/(√3·Z)应用范围大电网系统简化计算有限容量电源短路电流计算适用条件考虑电源内阻的实际系统计算公式I=E/(Zs+Zf)应用范围小型独立系统、微网电力系统元件的短路阻抗发电机同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗变压器漏抗、阻抗电压百分比输电线路正序阻抗、零序阻抗电动机启动阻抗、运行阻抗发电机短路阻抗计算15-25%同步电抗稳态短路电流计算20-35%暂态电抗暂态过程分析15-25%次暂态电抗初始短路电流计算变压器短路阻抗计算小容量中容量大容量特大容量输电线路短路阻抗计算计算公式Z=R+jX(Ω/km)参数选取导线类型、杆塔结构、几何布置注意事项考虑温度影响、互感效应短路电流直流分量计算计算公式idc=√2·I·e^(-t/T)·sin(α)影响因素系统X/R比、合闸角、故障点位置衰减特性按指数规律衰减，时间常数T=X/R·ω短路电流周期分量计算1初始短路电流与次暂态电抗相关2暂态短路电流与暂态电抗相关3稳态短路电流与同步电抗相关短路容量计算定义S=√3·U·I(MVA)计算公式S=U²/Z(MVA)应用意义衡量系统强度，设备选型依据冲击短路电流计算定义短路电流瞬时值的最大值计算公式ip=κ·√2·I应用场景设备动稳定性校验短路电流计算的简化方法近似计算法忽略小影响因素，简化计算过程图表法利用预先计算的曲线和图表系数法利用修正系数校正标准值计算机辅助短路电流计算ETAP全面的电力系统分析工具PowerFactory专业电网分析软件PSASP中国电科院开发的分析程序第四部分：应用与案例分析设备选型断路器、母线、电缆选择保护设计继电保护整定值确定稳定性分析系统稳定运行能力评估3特殊系统分析分布式发电、直流系统断路器选择与校验选择原则额定电压、电流、短路开断能力校验项目热稳定性、动稳定性校验3计算示例校验系数确定、余量评估母线选择与校验63kA短时耐受电流热稳定性要求160kA动稳定电流机械强度要求4000A额定工作电流正常运行容量电缆选择与校验热稳定截面(mm²)实际选用截面(mm²)继电保护整定整定原则灵敏度、选择性、速动性、可靠性计算方法基于故障电流确定保护定值实例分析过电流保护、距离保护整定系统稳定性分析分析方法静态稳定性、暂态稳定性分析评估指标临界出口角、临界切除时间案例研究故障后系统暂态稳定分析大电网短路电流计算1建模方法详细模型、等值模型、混合方法2计算流程数据整理、模型建立、短路计算3结果分析短路电流分布、系统薄弱点识别分布式发电对短路电流的影响短路电流变化幅值、方向、分布改变保护配合问题选择性、灵敏度受影响解决方案自适应保护、通信辅助保护新能源并网对短路电流的影响太阳能发电逆变器限流特性、故障穿越能力风力发电不同发电机类型的故障电流特性案例分析高渗透率新能源并网系统保护直流输电系统短路电流分析特点无交流周期分量，电流上升速率快计算方法等值电路法、数值分析法案例研究直流线路故障、换流器故障分析微电网短路电流分析并网模式大电网支撑、短路电流较大孤岛模式逆变器限流、短路电流小保护策略自适应保护、模式识别实例分析模式切换过程保护配合4海上风电短路电流分析特点交直流混合系统，多点接入计算方法组合分析法，混合仿真案例研究内部故障与外部故障的影响高压直流换流站短路电流分析交流侧故障换流器阻断控制，交流系统支撑直流侧故障快速上升电流，需快速切断换流器内部故障复杂故障类型，多级保护配合柔性交流输电系统短路电流分析1控制特性动态响应、故障穿越2故障特征非线性特性、快速控制响应3分析方法时域仿真、状态空间分析电力电子设备对短路电流的影响影响机理电流限制控制、快速响应特性计算方法考虑控制特性的混合仿真案例分析逆变器主导系统短路特性短路电流限制技术短路故障定位技术定位原理行波法、阻抗法、人工智能方法方法比较精度、速度、适用条件对比案例分析复杂线路故障定位实例第五部分：总结基础理论短路特性、计算原理计算方法标么值法、对称分量法应用实践设备选型、保护设计发展趋势新型电力系统短路特性短路电流计算方法的比较方法优点缺点适用范围标么值法统一标准，消除变比需转换参数大型系统有名值法直观明了计算繁琐简单系统对