第五章電力系統(tǒng)故障與實用短路電流計算

第五章電力系統(tǒng)故障與實用短路電流計算第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日電力系統(tǒng)的故障簡單故障復合故障電力系統(tǒng)中某一處發(fā)生短路和斷相故障的情況兩個以上簡單故障的組合電力系統(tǒng)短路故障1.三相對稱短路2.單相接地短路

3.兩相短路

4.兩相接地短路

1.斷一相故障2.斷兩相故障電力系統(tǒng)斷相故障又稱橫向故障又稱縱向故障屬不對稱故障第一節(jié)故障概述2023/3/30第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日一.短路短路的概念

短路是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。短路也稱縱向故障。短路的原因

１．絕緣損壞

產生短路的主要原因是電氣設備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。

２．誤操作

運行人員在線路檢修后未拆除地線就加電壓等誤操作。2023/3/30第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日

短路的類型短路類型符號示意圖特點三相短路f(3)

對稱故障兩相短路f(2)非對稱故障單相接地短路f(1)非對稱故障兩相接地短路f(1,1)非對稱故障2023/3/30第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日短路的危害

１大電流產生巨大電動力，造成機械損壞；２燒毀設備（熱穩(wěn)定）；３電網大面積電壓下降；４破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定；５影響電力系統(tǒng)通訊。

2023/3/30第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日

短路的后果舉例2003年8月14日－美國大停電?美國東部(EDT)時間2003年8月14日16:11開始（北京時間8月15日晨4:11），美國東北部和加拿大東部聯合電網發(fā)生了大面積停電事故?紐約:交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和地下隧道里、冒酷熱步行回家?停電影響美國：俄亥俄州、密歇根州、紐約州、馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、賓夕法尼亞州、佛蒙特州（8個州）加拿大：安大略省、魁北克?。?個省）2023/3/30第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日?損失負荷：6180萬千瓦?5000萬居民失去電力供應?恢復需幾天時間

-8月14日19：30恢復134萬千瓦

-8月14日23：00恢復2130萬千瓦

-8月15日11：00恢復4860萬千瓦?美國切機20多臺（含9臺核電機組）美加共計切機百余臺?美經濟學家估計：美損失：300億美元/天安大略省損失：50億美元2003年8月14日－美國大停電2023/3/30第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日停電前后衛(wèi)星拍到的美國上空照片2023/3/30第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日

短路電流計算的意義是電氣設備選擇的依據；是網絡結構規(guī)劃、設計的依據；是電力系統(tǒng)保護配置的依據；是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制措施制定的依據。2023/3/30第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、斷線

斷線也稱縱向故障，例如一相斷線使系統(tǒng)發(fā)生兩相運行的非全相運行情況。一相斷線或兩相斷線故障也屬于不對稱故障，其分析計算方法與不對稱短路故障類似。在電力系統(tǒng)中的不同地點(兩處以上)同時發(fā)生不對稱故障的情況，稱為復雜故障。2023/3/30第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日三、故障分析中的基本假設1、假定同步發(fā)電機的轉速維持不變：由于電磁暫態(tài)過程的時間很短，系統(tǒng)中旋轉電機的機械運動變化非常微小（有慣性）；2、各發(fā)電機內電勢間的相位角---相對功率角變；3、異步電機的轉差率保持不變。

不考慮機電的相互作用！2023/3/30第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日四、短路故障的基本分析方法電氣量劇烈變化，采用微分方程分析，即：建立系統(tǒng)的微分方程模型（暫態(tài)模型），根據短路條件求解微分方程組。（以發(fā)電機機端三相短路為例進行分析）短路后進入穩(wěn)態(tài)：短路后的瞬間：各電氣量幅值、相位、頻率均不再變化，采用相量分析（類似于穩(wěn)態(tài)計算），求解代數方程組。（對稱分量法）

2023/3/30第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日

短路后的不同時段

短路后的瞬間短路發(fā)生時刻短路后進入穩(wěn)態(tài)2023/3/30第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、無限大容量電源電源功率為無限大時，外電路發(fā)生短路，電源的電壓和頻率（對應于同步機的轉速）保持恒定，無限大電源可以看作是由多個有限功率電源并聯而成，因而其內阻抗為零，電源電壓保持恒定。電源距短路點的電氣距離較遠時，由短路而引起的電源送出功率的變化遠小于電源的容量，這時可設，則該電源為無限大容量電源。電源的端電壓及頻率在短路后的暫態(tài)過程中保持不變概念重要特性第二節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析2023/3/30第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日

二,

暫態(tài)過程分析

當在f點發(fā)生三相短路時，電路被分成兩個獨立的回路。左邊回路仍與電源連接，右邊回路則沒有電源。

2023/3/30第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日上圖所示的三相短路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài)，其a相的電流表達式為

式中右邊回路中，電流將從短路發(fā)生瞬間的值不斷衰減，一直到磁場中儲存的能量全部變?yōu)殡娮柚兴牡臒崮?，電流即衰減為零。左邊回路中，每相阻抗由原來的(R+R’)+jω(L+L’)減小為R+jωL，其穩(wěn)態(tài)電流必將增大。2023/3/30第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日短路后回路滿足以下方程其中2023/3/30第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日由于電感電流不能突變，因此有：

C值的確定代入通解得到：2023/3/30第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日所以不衰減！衰減時間常數：T=LR交流分量衰減的直流分量2023/3/30第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日無窮大電源短路電流

交流分量不衰減！2023/3/30第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日四,

短路沖擊電流和最大短路電流

（一）短路沖擊電流

短路電流在最惡劣短路情況下的最大瞬時值，稱為短路沖擊電流即，IM=KMIm

式中KM稱為沖擊系數，即沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數．

最大值在短路發(fā)生約半個周期后出現．2023/3/30第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日（二）最大有效值電流

在短路