电力系统故障分析的基本知识

§1电力系统故障分析的基本知识

主要内容：

1、电力系统故障的基本概念

2、三相短路的暂态过程分析

3、短路冲击电流，短路电流的有效值，短路容量的概念及计算

§1.1 故障概述

1 故障分类

故障，事故：正常运行情况以外的相与相之间、相与地之间的连接或相的断开。

断线故障（纵向故障、非全相运行）简单故障对称故障

短路故障（横向故障）复杂故障不对称故障

名称图示符号

概率

⑴三相短路f（3）5%

⑵f（2）10%

⑶单相短路f（1）65%

⑷两相短路接地f（1。1）20%

⑸一相断线

⑹二相断线

2 短路原因

(1) 相间绝缘或相对地绝缘损坏；

(2) 误操作。

3 短路危害

(1) 大电流产生巨大电动力，造成机械损坏（动稳定）；

(2) 烧毁设备（热稳定）；

(3) 电网大面积电压下降；

(4) 破坏电力系统的稳定；

(5) 影响电力系统通讯。

4 减少短路危害的措施

(1) 采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。

(2) 通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备行。

(3) 架空线路普遍采用自动重合闸装置。

(4) 装设限流电抗器。

(5) 选择有足够电动力稳定和热稳定性的电气

设备。

5 短路计算目的

(1) 合理的配置继电保护及自动装置整定与校验。

(2) 选择最佳的主接线方案及电气设备，确定限流措施。

(3) 进行电力系统暂态稳定的计算。

(4) 确定电力线路对邻近通信线路的干扰等，

短路故障又称横向故障，断线故障又称纵向故障。

§1.3 无限大功率电源供电的三相短路分析

1 无限大功率电源的概念

(1) 无限大电源：常数、0、ω=常数

(2) 无限大功率电源是个相对概念。(若电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即可以认为电源为无限大电源。)

2 暂态过程分析

(1) 符号约定

|0|：故障前瞬间，相当“电路”中的0-

0：故障后瞬间，相当“电路”中的0+

p或ω：周期分量（）、ω：频率为ω的分量

α：非周期分量

m ：模值（）

M ：最大值（）

∞：稳态值（t→∞）

(2) 暂态过程分析

(对称短路可仅取一相分析，其他两相有模相同、相位差120°的结果。)

单相等值电路：

短路前：sin()a m u U t ωα=+,)sin(00ϕαω-+=t I i m a 式

中

2

2

2

0)

()(L L R R U I m

m '++'+=

ω；

)

()

(0R R L L arctg

'+'+=ωϕ

t ＝0s 时短路 短路后

右半部：零输入响应，'

100sin()a t

T a m i I e αϕ-

=-，'

''

a

L T R

=逐渐衰减至零。

左半部：零状态响应+零输入响应。

00sin()sin()sin() t

Ta

a m m pa aa

m i I t I I e

i i ωαϕαϕαϕ-⎡⎤=+-+---=+⎣⎦,a L T R

=

式中m I =

；L arctg R

ωϕ=

：交流分量、强制分量、周期分量；：直流分量、

非强制分量、非周期分量。

00sin(120)sin(120)sin(120) t

Ta

b m m m i I t I I e

ο

ο

ο

ωαϕαϕαϕ-⎡⎤=+--+-----⎣⎦00sin(120)sin(120)sin(120) t

Ta

c m m m i I t I I e

ο

ο

ο

ωαϕαϕαϕ-

⎡⎤=++-++--+-⎣⎦

几个结论：

1) 直流分量曲线是短路电流曲线的对称轴（可用于求直流分量）；

2) 直流分量起始值越大，短路电流瞬时值越大；（与两个因素有关）

3) 三相电流中总有一相最大，一相最小； 4) 短路前为空载，90οαϕ-=，a 相电流直流分量起始值达到最大值（稳态短路短路的幅值）。

负载下突然短路，初始状态的相量图

空载下突然短路：

3 几个概念

(1) 短路冲击电流

短路冲击电流：在最恶劣短路情况下的短路电流的最大瞬时值。

一般情况下：x>>R，︒

ϕ。所以最恶劣的情况

≈90

为：00,α=0o（或180o），即空载运行，电压过零瞬

间，则有

a

T t m m a e

I t I i -

+-=ωcos

冲击电流出现在短路发生后1/2周期（50, 0.01s ）则有

0.010.01(1)a

a

T T M m m m M m i I I e e

I k I --

=+=+=

冲击系数：a

T M e k 01.01-+=，冲击电流对周期电流幅

值的倍数（1<<2）

关于：

1) 对纯电阻电路，0 这时1 2）对纯感性电路，∞ 这时2 3）对实际电网， x >>R ，比较接近纯感性电路，

当短路发生在发动机机端时，1.9 当短路发生在发电厂高压母线时，1.85 当短路发生在一般线路时，1.8

4）要准确计算，应首先计算出短路点的等效电阻和等 效电抗，求出的准确值，然后带入a

T M e

k 01

.01-+=