电力系统短路故障的分析计算.doc
!16-17-18电力系统短路分析-正序负序零序
1 a1
a1
jX I V
2 a2
a2
jX I V
0 a0
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Ia1
E j( X1 X 2 X 0 )
Ia2 Va1
Ia0 E
Ia1 jX 1 Ia1
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X
0
)Ia1
Va2 jX 2 Ia1
Va0 jX 0 Ia1
➢ 所谓复合序网，是指根据边界条件所确定的短路点各
2022/3/24
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二、不对称短路电流计算
序阻抗：元件三相参数对称时，元件两端某一序的电压降 与通过该元件的同一序电流的比值。
正序阻抗 负序阻抗 零序阻抗
Z Z
(1) (2)
Va1/ Ia1 Va2/ Ia2
Z(0)
Va 0 /
Ia0
v 对于三相对称的元件中的不对称电流、电压的计算问题， 可以分解成三相对称的分量，分别进行计算。
1 3
1 1 1
a a2 1
a a
2
FFVU
1
FW
（5-35）
（5-38）
（5-39）
5
根据式（5-38），可以把三组三相对称相量合成为三个 不对称相量；
根据式（5-39），可以把三个不对称相量分解成三组三 相对称相量。
由式（5-39）可知，若 FU FV FW 0，则对称分量 中不包含零序分量。在三相系统中三相线电压之和恒等于 零，故线电压中没有零序分量。
量表示的边界条件为
UU1 UU 2 UU 0 0 IU1 IU 2 IU 0
(5-43)
➢ 将基本序网方程式(5-41)和边界条件方程式(5-43)联
立求解，可得短路点的正序分量电流为
电力系统发生不对称短路故障分析
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)摘要电力系统发生不对称短路故障的可能性是最大的，本课题要求通过对电力系统分析不对称短路故障进行分析与计算，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择和继电保护等提供重要的依据。
关键字：标么值；等值电路；不对称故障目录一、基础资料 (4)二、设计内容 (4)1.选择110kV为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。
并求出各序元件的参数。
(4)2.化简各序等值电路并求出各序总等值电抗。
(7)3.K处发生单相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。
求出短路电流。
(8)4.设在K处发生两相直接接地短路，列出边界条件并画出复合相序图。
求出短路电流。
(9)5.讨论正序定则及其应用。
并用正序定则直接求在K处发生两相直接短路时的短路电流。
(11)三、设计小结 (12)四、参考文献 (12)附录 (13)一、基础资料1.电力系统简单结构图如图1所示。
图1 电力系统结构图在K 点发生不对称短路，系统各元件标幺值参数如下：（为简洁，不加下标*） 发电机G1和G2：S n =120MV A ，U n =10.5kV ，次暂态电动势标幺值1.67，次暂态电抗标幺值0.9，负序电抗标幺值0.45；变压器T1：S n =60MV A ，U K %=10.5 变压器T2：S n =60MV A ，U K %=10.5线路L=105km ，单位长度电抗x 1= 0.4Ω/km ，x 0=3 x 1, 负荷L1：S n =60MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 负荷L2：S n =40MV A ，X 1=1.2，X 2=0.35 取S B =120MV A 和U B 为所在级平均额定电压。
二、设计内容1.选择110kV 为电压基本级，画出用标幺值表示的各序等值电路。
并求出各序元件的参数（要求列出基本公式，并加说明）在产品样本中，电力系统中各电器设备如发电机、变压器、电抗器等所给出的都是标么值，即以本身额定值为基准的标么值或百分值。
电力系统三相短路的分析与计算
算算3【例1】在图1所示网络中，设8.1;;100===M av B BK U U MVA S，求K 点发生三相短路时的冲击电流、短路电流的最大有效值、短路功率？解：采用标幺值的近似计算法 ①各元件电抗的标幺值1008.03.610008.05.0222.13.03.631001004100435.0301001005.10121.01151004.0402*2**2*1=⨯⨯==⨯⨯⨯=⨯==⨯==⨯⨯=L N B R T L X I I X X X②从短路点看进去的总电抗的标幺值： 7937.1*2***1*=+++=∑L R T L X X X X X③短路点短路电流的标幺值，近似认为短路点的开路电压fU 为该段的平均额定电压avU5575.01****===∑∑XX U I f f4④短路点短路电流的有名值kA I I I Bf f113.53.631005575.0*=⨯⨯=⨯=⑤冲击电流kAI i f M 01.13113.555.255.2=⨯== ⑥最大有效值电流kAI I f M 766.7113.552.152.1=⨯==⑦短路功率MVAI I S S S B f B f f 75.551005575.0**=⨯=⨯=⨯=[例2] 电力系统接线如图2（a ）所示，A 系统的容量不详，只知断路器B 1的切断容量为3500MV A ，C 系统的容量为100MV A ，电抗X C ＝0.3，各条线路单位长度电抗均为0.4Ω/km ，其他参数标于图中，试计算当f 1点发生三相短路时短路点的起始次暂态电流''1f I 及冲击电流i M ，(功率基准值和电压基准值取avBBU U MVA S ==,100)。
50km40kmf 1(3)A40km40km B 135kV(a)f 2(3)5X AX CX 1 X 2X 3X 4 X 5 f 1S AS C(b)S CX 9 X 7 X 8 X 10f 1X CS A(c)X 1X 11 (d)图2 简单系统等值电路(a) 系统图 (b)、(c)、(d)等值电路简化解：采用电源电势|0|''1E ≈和忽略负荷的近似条件，系统的等值电路图如图7-7(b)所示。
电力系统分析短路故障实验报告
电力系统分析上机报告——短路计算程序设计姓名：学号：班级:一、目的根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。
通过自己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。
二、上机内容电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。
采用所编制的程序进行《电力系统分析》例6-3题的对称短路计算。
有关数学模型和原理框图以及已知结果的例题，参见《电力系统分析》第六章。
常用的计算方法为节点导纳矩阵法或节点阻抗矩阵法，其形成方法分别参见《电力系统分析》第四章。
三、选择所用计算机语言的理由我们使用的是第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，它的优点如下：1.语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。
MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。
由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。
可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。
2.运算符丰富。
由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。
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4.程序限制不严格，程序设计自由度大。
例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。
5.程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。
6.MATLAB的图形功能强大。
在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。
MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。
7.MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。
由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。
电力系统短路分析
目录
CONTENTS
• 电力系统短路概述 • 短路电流计算 • 短路故障分析 • 电力系统短路保护 • 短路分析案例 • 结论与展望
01 电力系统短路概述
短路定义与分类
பைடு நூலகம்
短路定义
在电力系统中，由于某种原因导致电 路中的电流不经过负载直接流回电源 的现象。
短路分类
根据短路发生的位置和短路电流的大 小，可以分为单相短路、两相短路和 三相短路。
详细描述
针对传统短路保护装置存在的不足，研发了一种新型的短路保护装置。通过在多个场景下的应用和测试，该装置 表现出良好的性能和稳定性，能够有效提高电力系统的安全性和可靠性。
06 结论与展望
短路分析的重要性和意义
保障电力系统安全稳定运行
短路故障是电力系统中最常见的故障之一，对其进行准确分析有 助于及时发现和解决故障，降低对整个系统的影响。
系统稳定性下降
短路可能导致系统电压下降，影响电力系统 的稳定性。
火灾风险
短路可能导致电弧产生，引发火灾。
02 短路电流计算
短路电流计算方法
欧姆定律法
基于欧姆定律，通过系 统各元件的电阻和电感 计算短路电流的大小。
叠加法
将系统中的各个元件对 短路电流的贡献分别计 算，然后进行叠加得到
总短路电流。
等效电压源法
通过分析电流和电压的波形来判断 是否存在短路故障。
04
短路故障的预防与处理
加强设备维护和检修
定期检查设备的绝缘状况和运行状态， 及时发现并处理潜在的故障隐患。
提高设备质量
选用高质量的设备和材料，减少设备 故障和绝缘损坏的可能性。
安装保护装置
在关键设备和线路安装保护装置，如 断路器和熔断器，以便在发生短路故 障时及时切断电路。
电力系统分析短路计算——电力系统各序网络的建立
2.7电力系统各序网络的建立2.7.1概述当电力系统发生不对称短路时，三相电路的对称条件受到破坏，三相电路就成为不对称的了。
但是，应该看到，除了短路点具有某种三相不对称的部分外，系统其余部分仍然可以看成是对称的。
因此，分析电力系统不对称短路可以从研究这一局部的不对称对电力系统其余对称部分的影响入手。
现在根据图7-32所示的简单系统发生单相接地短路（a 相）来阐明应用对称分量法进行分析的基本方法。
设同步发电机直接与空载的输电线路相连，其中性点经阻抗接地。
若在a 相线路上某一点发生接地故障，故障点三相对地阻抗便出现不对称，短路相0Z a =，其余两相对地阻抗则不为零，各相对地电压亦不对称，短路相0U a =，其余两相不为零。
但是，除短路点外，系统其余部分每相的阻抗仍然相等。
可见短路点的不对称是使原来三相对称电路变为不对称的关键所在。
因此，在计算不对称短路时，必须抓住这个关键，设法在一定条件下，把短路点的不对称转化为对称，使由短路导致的三相不对称电路转化为三相对称电路，从而可以抽取其中的一相电路进行分析、计算。
实现上述转化的依据是对称分量法。
发生不对称短路时，短路点出现了一组不对称的三相电压（见图7-33(a)） 。
这组三相不对称的电压，可以用与它们的大小相等、方向相反的一组三相不对称的电势来替代，如图7-33(b) 所示。
显然这种情况同发生不对称短路的情况是等效的。
利用对称分量法将这组不对称电势分解为正序、负序及零序三组对称的电势（见图7-33(c)） 。
由于电路的其余部分仍然保持三相对称，电路的阻抗又是恒定的，因而各序具有独立性。
根据叠加原理，可以将图7-33(c)分解为图7-33(d)(e)(f) 所示的三个电路。
图7-33(d) 的电路称为正序网络，其中只有正序电势在起作用，包括发电机电势及故障点的正序电势。
网络中只有正序电流，它所遇到的阻抗就是正序阻抗。
图7-33(e)的电路称为负序网络。
由于短路发生后，发电机三相电势仍然是对称的，因而发电机只产生正序电势，没有负序和零序电势，只有故障点的负序分量电势在起作用，网络中只有负序电流，它所遇到的阻抗是负序阻抗。
不对称短路故障分析与计算(电力系统课程设计)
不对称短路故障分析
02
不对称短路故障类型
单相接地短路
其中一相电流通过接地电阻，其余两 相保持正常。
两相短路
两相接地短路
两相电流通过接地电阻，另一相保持 正常。
两相之间没有通过任何元件直接短路。
不对称短路故障产生的原因
01
02
03
设备故障
设备老化、绝缘损坏等原 因导致短路。
外部因素
如雷击、鸟类或其他异物 接触线路导致短路。
操作错误
如误操作或维护不当导致 短路。
不对称短路故障的危害
设备损坏
短路可能导致设备过热、烧毁或损坏。
安全隐患
短路可能引发火灾、爆炸等安全事故。
停电
短路可能导致电力系统的局部或全面停电。
经济损失
停电和设备损坏可能导致重大的经济损失。
不对称短路故障计算
03
方法
短路电流的计算
短路电流的计算是电力系统故障分析中的重要步骤，它涉及到电力系统的 运行状态和设备参数。
不对称短路故障分析与 计算(电力系统课程设计)
contents
目录
• 引言 • 不对称短路故障分析 • 不对称短路故障计算方法 • 不对称短路故障的预防与处理 • 电力系统不对称短路故障案例分析 • 结论与展望
引言
01
课程设计的目的和意义
掌握电力系统不对称短路故障的基本原理和计算 方法
培养解决实际问题的能力，提高电力系统安全稳 定运行的水平
故障描述
某高校电力系统在宿舍用电高峰期发生不对称短路故障，导致部 分宿舍楼停电。
故障原因
经调查发现，故障原因为学生私拉乱接电线，导致插座短路。
解决方案
加强学生用电安全教育，规范用电行为；加强宿舍用电管理，定 期检查和维护电路。
短路故障分析及计算
目录引言 (2)1电力系统短路故障说明 (3)2短路故障分析计算（解析法） (6)2.1各元件电抗标幺值的计算 (6)2.2短路次暂态电流标幺值计算 (9)2.3三相短路电流及短路功率计算 (11)3 Y 矩阵计算法 (12)4两种算法分析 (15)4.1解析法计算结果 (15)4.2 Y 矩阵计算结果 (15)致谢 (16)参考文献 (17)引言在电力系统可能发生的各种故障中，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路故障。
所谓短路，是指电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接。
在电力系统正常运行时，除了中性点外，相与相或相与地之间是相互绝缘的。
如果由于绝缘破坏而造成了通路，电力系统就发生了短路故障。
电力系统短路出现的原因：①电气设备载流部分的绝缘损坏；②操作人员违反安全操作规程而发生误操作；③鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏设备、导线绝缘层。
电力系统短路的后果：①短路时会产生很大电动力和很高温度，使短路电路中元件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。
②短路时，电路的电压骤降，将严重影响电气设备的正常运行。
③短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。
④严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。
⑤不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至发生误动作。
短路电流的计算目的：短路计算是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。
在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地以及单相短路接地。
其中三相短路造成的危害最大，本次课程设计的目的是在三相短路故障出现时分析与计算最大可能的故障电流和功率。
1电力系统短路故障说明（3 ）如图 1 所示的系统中 K点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。
电力系统故障分析与短路计算分析
正序分量 F a 1 , F b 1 , F c 1 对 称
负序分量 F a 2 , F b 2 , F c 2 分 零序分量 F a 0 , F b 0 , F c 0 量
F a F a0 F a1 F a2 F b F b0 F b1 F b2 F c F c0 F c1 F c2
电力系统故障分析与短路 计算分析
（电力系统不对称运行/故障分析方法--对称分量法）
出发点：
•电力系统不对称运行/故障时，采用相分量 分析复杂而困难·
•使用对称分量法将不对称相分量转化未对 称的序分量，可利用其对称性简化不对称运 行/故障分析
1. 对称分量法
不对称相量 F a , F b , F c
Ec ZG
ZL
U b U b0 U b1 U b2
Zn
Ia
Ib
Ic
Ua Ub Uc
U c U c0 U c1 U c2
Ea ZG
ZL
对称分量法
a2E a Z G
ZL
Ia
F a F a0 F a1 F a2 F b F b0 F b1 F b2 F c F c0 F c1 F c2
– 零序电流相同相位，只能通过大地或 与地连接的其他导体才能构成通路。
– 变压器中性点接地的数量和位置确定 了零序网络的结构。
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电力系统故障分析
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电力系统故障分析
aU a1
特Z n点: 各U序a 2 网三相a U a完2 全a 2U对a 2
称，可U分a 0 析单相U a 0序网U a 0
第8章 电力系统三相短路的分析与计算
泸州职业技术学院
电力系统
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计算短路电流的基本假设 8.1.6 计算短路电流的基本假设
1.电力系统在正常工作时三相是对称的。 1.电力系统在正常工作时三相是对称的。 电力系统在正常工作时三相是对称的 2.所有发电机的转速和电势相位在短路过程中保 2.所有发电机的转速和电势相位在短路过程中保 所有发电机的转速 不变。 持不变。 3.电力系统各元件的电容和电阻略去不计， 3.电力系统各元件的电容和电阻略去不计，只计 电力系统各元件的电容和电阻略去不计 电抗。 电抗。 4.各元件的电抗在短路过程中保持不变 4.各元件的电抗在短路过程中保持不变。 各元件的电抗在短路过程中保持不变。
第8章 电力系统三相 短路的分析与计算
§8-1 短路的基本概念
• 故障:一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障 故障:一般指短路和断线, • 简单故障:电力系统中的单一故障 简单故障: • 复杂故障:同时发生两个或两个以上故障 复杂故障: • 短路:指一切正常运行之外的相与相之间或相与地 短路: 之间的连接。 之间的连接。
电力系统 13
泸州职业技术学院
2.基准值的选取 2.基准值的选取
（1）除了要求和有名值同单位外，原则上可以是任意值。 （2）考虑采用标幺值计算的目的。 目的：（a)简化计算。 （b)便于对结果进行分析比较。 单相电路中处理
UP = ZI , SP = UP I
基准值的选取原则： 选四个物理量,使它们满足: 1.全系统只选一套
f (1,1)
非对称故障
10～20%
泸州职业技术学院
电力系统
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短路的危害 8.1.3 短路的危害
(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长， (1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可 电流剧增 能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应， 电动力效应 能使设备过热甚至损坏;由于短路电流的电动力效应， 导体间还将产生很大的机械应力， 导体间还将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至 损坏。 损坏。 (2)电压大幅度下降，对用户影响很大。 (2)电压大幅度下降，对用户影响很大。 电压大幅度下降 (3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时， (3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并 当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时 发电机可能失去同步， 列运行的发电机可能失去同步 列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定 造成大面积停电，这是短路最严重的后果。 性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。 (4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯 (4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯 发生不对称短路时 线路感应出电动势,影响通讯. 线路感应出电动势,影响通讯.
(最新整理)短路故障分析
以下情况也可以看作无限大功率电源系统：（1）多台发电 机并联运行；（2）短路点远离电源等情况。
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二、三相短路的暂态过程分析
•短路前电路处于稳态：
eEmsin(t) i Ims in(t)
图7-1 简单三相电路短路
Im
Em
(RR)22(LL)2
t g1(LL)
RR
假定t＝0时刻发生短路 a相的微分方程式如下：
图7-3 短路电流非周期分量有最大可能值的条件图
将Im 0 ， 90 和 ＝0代入式短路全电流表达式：
iIPc mot sIPe m t/T a
短路电流的最大瞬时值在短路发生后约半个周期时出现
（如图7-4）。若 f 50 Hz，这个时间约为0.01秒，将其 代入式（７-8），可得短路冲击电流 ：
tg 1 L
R
（2）非周期电流 （直流分量或自由分量）
短路电流的自由分量,记为
t
ia PCep tCeTa
（C为由初始条件决定的积分常数）
p— 特征方程 RpL0 的根。
pR L
T a — 非周期分量电流衰减的时间常数
Ta
1 p
L R
积分常数的求解
短路后的全电流可表示为：
短路前电流：
i iP ia P I Ps m itn () C t/T a e
四、短路电流的有效值
•在短路过程中，任意时刻t的短路电流有效值， 是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均 方根值，即
ItT 1tt T T //2 2 it2d t T 1tt T T //2 2 (ip tia)p2d t t
为了简化计算，通常假定：非周期电流在以时间t为 中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间t的有效
电力系统中的短路故障分析与处理
电力系统中的短路故障分析与处理电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，但在使用过程中，由于各种原因可能会发生短路故障。
短路故障的发生不仅会影响电力系统的正常运行，还可能对设备造成损坏，甚至引发火灾等严重后果。
因此，对电力系统中的短路故障进行分析与处理显得尤为重要。
一、短路故障的定义与分类短路故障是指电路中两个相邻节点之间发生的电路异常连接，导致电流异常增大的现象。
根据故障的性质和原因，短路故障可以分为外部短路故障和内部短路故障。
外部短路故障是指由于外部原因，如树木、动物、天气等引起的短路现象。
这种故障通常出现在输电线路上，需要及时排除以恢复电力供应。
内部短路故障是指电力系统中的设备或元件本身出现故障，导致电路短路。
这种故障包括线路本身的短路、设备内部绝缘击穿等。
内部短路故障通常需要通过检修和更换故障设备来解决。
二、短路故障的分析方法1. 短路电流计算在分析短路故障时，首先需要计算短路电流。
短路电流计算是通过利用电气参数和故障点位置来确定短路电流的数值。
常用的短路电流计算方法包括对称分量法、复序分量法和有限元法等。
2. 故障点定位确定短路故障点的位置是解决故障的关键。
可以利用保护装置的故障信息提供线索，也可以通过现场实地勘查来确定故障点位置。
通过准确确定故障点位置，可以缩小故障范围，提高故障处理的效率。
3. 故障原因分析分析短路故障的原因是防止类似故障再次发生的关键。
故障原因可能涉及设备老化、材料缺陷、设计错误等众多方面。
通过仔细分析故障原因，可以制定合理的预防措施，提高电力系统的可靠性和安全性。
三、短路故障的处理方法1. 快速隔离故障在发生短路故障后，第一步是要及时隔离故障点，防止故障扩大。
可以通过保护装置的动作来实现快速隔离。
2. 检修故障设备隔离故障后，需要对故障设备进行检修或更换。
对于外部短路故障，可以进行简单的绝缘修复或清理工作。
对于内部短路故障，根据具体情况进行检修和更换。
3. 恢复正常供电在隔离和检修后，需要进行供电恢复工作，确保电力系统能够正常运行。
电力系统短路故障的检测与分析
电力系统短路故障的检测与分析电力系统是现代社会不可或缺的重要基础设施之一，然而电力系统运行中难免会遇到各种故障，其中短路故障是最常见的一种。
短路故障会导致电网电压异常，甚至引起火灾、爆炸等严重后果，因此短路故障的检测与分析具有重要的意义和紧迫性。
本文将从故障原因、检测方法、分析技术等方面，探讨电力系统短路故障的检测与分析。
一、短路故障的原因1.设备故障电力系统中存在各种设备，如变压器、开关、继电器等，这些设备由于长时间的运行、维护不当等原因，容易出现故障，导致短路发生。
2.外力作用外界因素也是导致短路故障的一个重要原因。
例如：人为损坏、鸟类触碰、动物攀爬、风力推动导线等，都可能导致短路故障发生。
3.环境影响环境因素也会对电力系统产生负面影响，如雨水侵入导线的接头处，导致接触失效，不能及时发现并处理；电线杆和电缆管的腐蚀老化等环境因素也会影响电力系统的正常运行。
二、短路故障的检测方法1.物理方法物理方法包括对电线杆、导线等进行检查，以发现短路故障。
物理方法主要通过观察导线附近空气中是否有火花进而判断是否存在短路故障。
2.机电方法机电方法主要是通过对电力设备的检测，判断设备是否存在故障。
通过检测，可以发现设备是否损坏，导致电流走了捷径，从而引发短路故障。
3.电气方法电气方法能够更好地检测到电力系统的短路故障。
例如：电流互感器、电压互感器、电表、保护装置等能够对电力系统的电压、电流、电阻等进行测量，以便及时发现短路故障。
三、短路故障分析技术1.时域分析时域分析是一种分析技术，可以对电力系统故障进行处理。
通过时域分析，可以判断故障的类型和位置，并及时对故障进行处理。
2.频域分析频域分析是一种重要的分析技术，在电力系统短路故障分析中应用广泛。
通过对电力系统信号的频率分析，可以得到系统中各种频率成分的特点，并进一步判断故障类型及其位置。
3.阻抗分析阻抗分析是一种比较常见的分析技术，也是电力系统短路故障的重要检测手段之一。
电力系统各种短路向量分析
一、单相(A 相)接地短路故障点边界条件...0;0;0kB kC kA U I I ===即....1200kA kA kA kA U U U U =++=又 . (2)111()33kA kA kB kC kA I I a I a I I =++=. (2)211()33kA kA kB kC kA I I a I a I I =++= . 011()33k kA kB kC kA I I I I I =++= 所以...120kA kA k III== 以上就是以对称分量形式表示的故障点电压和电流的边界条件。
向量图如下：由向量图可知A相电流增大，B、C相电流为零，A相电压为零，B、C相电压增大。
二、B 、C 相接地短路。
故障点边界条件为...0;0;0kA kB kC I U U ===同上用对称分量表示，则 ...1200kA kA k I I I ++=...12013kA kA k kA U U U U === 相量图如下：有向量图可知，A 相电流为零，B 、C 相电流增大；A 相电压增大，B 、C 相电压为零。
故障点的边界条件为.....0;;kA kB kC kB kC I I I U U ==-=以对称分量形式表示故障点电压、电流边界条件：.....12120;;kA kA kA kA kA I I I U U ==-=向量图如下：由向量图可知，A 相电流为零，B 、C 相电流增大；A 相电压增大，B 、C 相电压减小。
故障点边界条件为......0;kA kB kC kA kB kC I I I U U U ++===以对称分量法表示，则...0120;0;0k kA kA I U U ===三相短路电流向量图如下：即短路电流向量仍然保持平衡，各项短路电压为零。
. .。
电力系统三相短路的分析计算
d q
X did X qiq
X adi f
f X adid X f i f
X X
d f
X ad X ad
Xa X f
∴
d q
( Xa X ad )id X qiq
X adi f
X aid
X ad (i f
id )
电力系统中某一处发生短路和 断相故障的情况
两个以上简单故障的组合
电力系统 短路故障
电力系统 断相故障
1.三相对称短路 2.单相接地短路 3.两相短路 4.两相接地短路
1.断一相故障 2.断两相故障
属
于
在各种短路故障中，单相
不
接地占大多数（65%），三
对
相短路的机会最少（5%）.
称
但三相短路的短路电流最
当电源距短路点的电气距离较远时，内阻抗相对于外阻抗要小得多，且 由短路而引起的电源送出功率的变化远小于电源的容量，这时认为电源的 电压幅值和频率都不发生变化。这样，可以将该电源视为恒定电势源或无 限大容量电源。
二、恒定电势源的三相短路
2.1、三相短路的暂态过程
短路前，系统中的A相电压和电流分别为
e Em sin(t ) i Im sin(t )
因此，在有限容量系统突然发生三相短路时，短路电流的 初值将大大超过稳态短路电流。
实际电机的绕组中都存在电阻，励磁绕组中的直流分量将衰减至零。 与该分量对应的定子电流中的自由分量也将逐步衰减，定子电流最终为 稳态短路电流。
三、同步发电机三相短路的暂态过程
同步发电机的暂态电势和暂态电抗
为了便于描述同步电机突然短路的暂态过程,需要确定一个短路瞬间不突 变的电势—交轴暂态电势 (通常以暂态后电势 代替)。
ch04-1电力系统故障分析及计算
Uq Eq jxd Id
Ud jxq Iq
U Ud Uq Eq jxq Iq jxd Id U Eq j(xq xd )Iq jxd I
id’
jX q
暂态电抗后电势E’
xd’ Eq’
+
uq
iq
ud
-
31
1、暂态电抗和暂态电势
id )
q xq iq
f xadid x f i f xad (i f id ) xf i f
iq
+
xq
ψq
-
无阻尼绕组Park方程的等值电路
25
戴维南定理 id’
Eq’
xd’
+
ψd
-
iq
+
xq
ψq
-
xa xf xad
xd’
磁链平衡等值电路 26
1、暂态电抗和暂态电势
从 d , f 方程中消去 i f ，得
)
ic
X
R' X' R' X'
i ip ia 强制分量 自由分量
ip
Im
sin(t
)
Um Z
sin(t
)
ia Ce pt C exp( t / Ta )
Ta
L R
Z R2 X 2
arctg X
R
8
i (0)
i(0_)
Im(0) sin( (0) )
Im(0) sin( (0) ) Im sin( ) C
△ifa
△if
定转子子各各绕绕组组磁磁链量变保化持为初零始值定子转三子相绕绕组组磁的链磁变链化保持为21初零值
（三）忽略阻尼绕组同步电机突然三相短路 的物理分析
电力系统三相短路的分析计算
电力系统三相短路的分析计算
三相短路是指电力系统中三相导体之间发生短路故障，通常是由于设
备故障或外部原因引起的。
三相短路可能引起电流突然增大，电流过大很
容易导致设备的损坏或损坏。
因此，对三相短路进行及时的分析和计算非
常重要。
三相短路的分析计算主要包括以下几个方面：
1.短路电流计算：根据电力系统的拓扑结构和设备参数，通过计算和
仿真得到短路电流。
这是确定系统中短路故障的重要步骤，可以帮助工程
师了解系统中电流的大小和方向。
2.短路电流传播计算：根据系统中设备的参数，计算短路电流在系统
中的传播路径和传播过程。
这可以帮助工程师确定短路故障的类型和位置，以及各个设备受到的短路电流大小。
3.设备保护装置设定计算：根据短路电流的计算结果，确定设备保护
装置的动作时间和动作电流。
这可以帮助工程师对电力系统的保护装置进
行设置和校验，确保系统中的设备在短路故障发生时能够及时动作，保护
设备的安全运行。
4.短路电流对设备的影响计算：根据短路电流的计算结果，分析短路
故障对系统中设备的影响。
这可以帮助工程师评估设备的稳定性和可靠性，确保设备能够在短路故障发生时正常运行。
总之，电力系统三相短路的分析计算是电力系统工程中的重要任务之一、通过对短路电流的计算和分析，可以帮助工程师了解系统中的故障状态，确定短路故障的类型和位置，并对设备的保护装置进行设置和校验，
以确保系统的安全运行。
第7章电力系统短路分析
在某些情况下，高额定电压的电抗器可以装在低额 定电压的系统上，在计算电抗器电抗的标幺值时， 当电抗器的额定电压与所装系统的额定电压不同级 时，仍 2021/7/30 采用电抗器本身的额定电压值；同级时，也
（4）鸟兽跨接在裸露的载流部分以及风、雪、雹等自 然灾害也会造成短路。
2021/7/30
➢ 短路对电力系统正常运行和电气设备有很大的 危害。 在发生短路时，由于供电回路的阻抗减小以 及突然短路时的暂态过程，使短路点及其附近 设备流过的短路电流值大大增加，可能超过该 回路额定电流许多倍。短路点距发电机的电气 距离愈近（即阻抗愈小），短路电流愈大。
2021/7/30
2．短路电流造成的后果
（1）短路电流的热效应会使设备发热急剧增加 ，可能导致设备过热而损坏甚至烧毁；
（2）短路电流将在电气设备的导体间产生很大 的电动力，可引起设备机械变形、扭曲甚至损 坏；
（3）短路电流基本上是电感性电流，它将产生 较强的去磁性电枢反应，从而使发电机的端电 压下降，同时短路电流流过线路使其电压损失 增加。
I d Sd 3U d
Z d U d
3I d
U
2 d
Sd
（7-4）
2021/7/30
它们的标幺值分别为
S * U *I *
U
*
Z *I *
I
*
I
Id
3U d I Sd
Z * R*
jX * Sd R
U
2 d
j Sd X
U
2 d
（7-5）
在标幺制中，三相电路计算公式与单相计算公式完 全相同。因此，有名单位制中单相电路的基本公式 ，可直接应用于三相电路中标幺值的运算。
电力系统故障分析及短路电流计算
U 0 U 0
0 I 0
0 I 0
(a)
U 0
U Z0 0 I 0
0 I 0
(b)
电力系统中各元件的各序阻抗10
• ② YN,d接线变压器的零序阻抗
I U Ⅰ 0 0
Ⅰ Ⅱ
17
ZⅠ
U 0
I 0 Ⅰ
ZⅡ
I U Ⅰ 0 0
X 2 X d Xq X q Xd X 2 2 当转子上没有阻尼 绕组时 当转子上有阻尼 绕组时
13
• 在工程实际应用上在短路电流的计算中，发电机的负序电抗近似取作等 于正序电抗，即
X 2 X1
电力系统中各元件的各序阻抗7
• 发电机的零序电抗 • 由于三相零序电流幅值与相位都相同，发电机三相定子绕组的轴线在空 间位置上互相相差 120°，所以发电机三相定子绕组中流过零序电流时 产生的空间合成磁场是零。因此定子绕组产生的磁通只是经气隙构成回 路的漏磁通，它所对应的是漏电抗。由于漏磁通比较小，所以与之对应 的漏电抗也比较小。零序电抗为：
I 0 Ⅰ
3I 0 Ⅰ
I U 0 Ⅰ 0
若后面的变压器是YN,y接线（一次侧是 中性点接地的星形接线，二次侧是中性 ZⅡ ZⅠ 点不接地的星形接线）或是Y,y接线（ 一次侧与二次侧都是中性点不接地的星 I0 Ⅱ I I 0 Ⅰ m U0 形接线）或是D,y（一次侧是三角接线 Zm ，二次侧是中性点不接地的星形接线） 接线,这样，从前面变压器起，整个也 不出现在零序序网图中
电力系统故障分析及短路电流计算
一、 对称分量法的应用1
•
一组不对称的电气交流量可以分解正序，负序和零序三组 电气量。以A相为特殊相
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电力系统短路故障的分析计算电力系统短路故障的分析计算2010-09-1508:241-1作出无阻尼绕组同步电机在直轴方向的等值电路图并写出求取暂态电抗Xd'及1、时间常数Td'的表达式再作出有阻尼绕组同步电机在直轴及交轴方向的等值电路图并写出求取Xd"及Xq"的表达式。
2、比较同步机下列的时间常数Ta、Td'、Td"、Tq"的大小以及汽轮发电机的下列电抗的大小以及及汽轮发电机及水轮发电机的下列电抗的大小并为它们按由大到小的次序重新排列Xd、Xd'、Xd"、Xq、Xq"、Xσ(定子漏抗)。
3、列出无阻尼绕组同步发电机在端点发生三相短路，定子及转子绕组中出现的各种电流分量并指出这些电流分量随时间而变化的规律及其衰减时间常数。
(16)1-5在电力系统暂态分析中，1.为什么要引入同步电机暂态电势Eq'?2.暂态电势Eq'的大小如何确定?3.在哪些情况下需要使用暂态电势Eq'?(10分)(科大92)1-6简要论述下列问题:(24分)1、试根据无阻尼绕组同步机的磁链及电压方程(略去电阻)，推导出用同步机暂态电势和暂态电抗的电压方程式:uq=Eq'-idXd'ud=iqXq2、上述方程式应用于同步机的什么运行情况?为什么?解决什么问题?式中id、iq是什么电流?3、试利用(1)的结果论证:三相短路电流实用计算中，无阻尼绕组同步机机端短路时一相的起始暂态电流(用标么值表示)的计算公式为: I'=Eq'/Xd'4、根据基本原理，并利用(1)推导出的方程，证明同步机机端三相短路整个暂态过程中Eq'及Eq之间的关系为:Eq/Eq'=Xd/Xd'(重大83)1-7无阻尼绕组同步发电机发生突然三相短路，在短路瞬刻及暂态过程中，其气隙电势Eqδ是如何变化的?(6分)(重大84)1-8应用派克方程研究同步发电机暂态过程时，为什么常略去变压器电势?并试从abc和dq0坐标系统说明pΨd=pΨd=0的含义。
1-9为什么在研究变压器暂态过程时，可以用a,b,c坐标系统，而在研究同步机暂态过程时，通常总用d,q,0坐标系统?1-10同步电机的磁链方程经派克变换后，定子和转子间的互感系数为什么不可逆?通常采用什么办法来处理这个问题?(8分)(科大86)1-11、试写出d、q、o系统1，2，0坐标系统(即正、负、零坐标系统)与a、b、c坐标系统间的关系式(可以以电流或电压为例)2、采用d、q、o和1，2，0坐标系统的原因何在。
3、简单说明d、q、0坐标系统的物理概念。
1-12将同步发电机定子a、b、c三相的量变换成d、p、o坐标系统有何实际意义?若id=Icost.Iq=-Isint，求ia、ib和ic的表达式，并用磁链关系说明两者完全等效。
(15分)(湖大82)1-14计算和分析电力系统不对称短路时，为何要用序阻抗?在电力系统主要元件中(同步电机、异步机、变压器、输电线)，各序阻抗之间有何特点?数值上有何差异?隐极式同步电机的负序电抗为何不分直轴和交轴?1-15如果网络元件的电阻略去不计，而且正序电抗同负序电抗相等。
试证两相短路接地时的短路电流不小于其正序分量的1.5倍。
(8分) 1-16如图所示电力系统，两个负荷均为异步电动机。
若在K点发生三相短路，试分析在暂态过程中两个负荷对系统的影响。
(8分)(重大84) 1-17(20分)在图1-3系统中，升压变压器高次侧发生三相短路，假定:发电机没有阻尼绕组且转速不变，强行励磁装置不动作，变压器电阻和接地导纳不计，即近似地用-电抗(漏抗)代表变压器的参数。
1、试推导空载电势Eq和暂态电势Eq'表示式。
2、定性给出Eq和Eq'的变化曲线，并简要说明其变化过程的特点。
(浙江大学83年)1-19图1-5中，输电线l-1与l-2为同样架设之双回平行线路，假定开关B-1与B-2均处在断开位置时，d点发生单相接地故障，作复合序网。
(东北电院83年)1-20对于图1-6所示的不对称故障，试写出边界条件，并制订相应的复合序网1-22某110KV输电系统接线如图1-8，各元件参数均标明在图上，试画出系统的正序、负序和零序网络图，并在图上用奈么值标明元件上的阻抗值(SB=100MVA)。
1-23在上图所示输电线中间(K点)发生两相接地短路故障，B、C相经电阻rR接地见图1-9，试画出这种故障的复合序网。
(清华82年)1-24如图1-10所示网络:1、若在K点发生b、c二相直接短路后阻抗zy而接地的故障，试画出相应于这个故障的复合序网。
2、若在K点发生的是a、c相短路后直接接地的故障则相应的序网络(这里可以用只标出序网二个端点的等位网络来表示原来各个序网)应如何连接以形成复合序网络，假设所有的序网络都按习惯以a相作为基准也即序网络中的电流电压都是对应于a相的。
(16分)(南工)1-25(15分)1、做出下列电力系统K点发生单相接地短路时的零序电流分布及零序网络图(Xwo=co)2、试分别画出Yo/△-11结线变压器Yo侧发生A相接地短路及B、C两相短路时两侧的电流向量图。
(华北电院84年)1-26试给出以下几种情况下变压器两侧线路的三相电流相量图:1、Yo/△-11变压器Yo侧A相接地短路。
2、Y/△-11变压器Y侧B、C相短路。
3、Yo/△-11变压器△侧B、C相短路。
4、Yo/△-12变压器Yo侧A相接地(西交大82年)1-28画出图示网络的零序等值电路图，并求出对R点的零序组合电抗Xo∑(取SB=100MVA，VB=Vau，平均额定电压)(10分)1-29在图1-13的网络中a、b为电源点，K为短路点，已知各支路电抗的标么值，试求各电源点，对短路点的转移电抗(15分)1-30在图1-14的电路中，欲使K点两相短路接地时的入地电流相等，变压器的中性点接地电抗Xp应为多少欧姆?(20分)(华中82年)1-31在图1-15中，已知K1点发生单相短路时10.5千伏侧的电流等于K2点三相短路电流的一半，试求系统等值电抗的欧姆值，假定系统的负序电抗同正序电抗相等(20分)1-32如图1-16所示网络:今设(1)三相基准功率SB=100MVA;(2)基准电压等于网络的平均额定电压，即VB=Vau;(3)冲击系数Km=1.8。
1、在K点发生三相短路时的冲击电流是多少?短路电流的最大有效值是多少?短路功率是多少?2、简述短路冲击电流的意义，何种情况下短路，其冲击电流最大。
(81年南工)1-33(15分)某系统的等值电路如下图所示，图中E1、E2分别为发电机1、2的电势，E3、E4、E4、E5分别为负荷电动机的电势，B母线的平均电压为6.3千伏，电抗参数是以基准值为SB=100兆伏安，VB=Vau的标么值。
试求:当B母线处发生三相短路(K(3))时的冲击电流值。
(华北电院83年)1-34下图所示电力系统当10.5kV母线发生三相短路时，试计算1短路电流周期分量的起始有效值I"。
2短路冲击电流的最大有效值Iimp。
3短路容量S".已知:G1、G2为无限大容量电源，l1:44KM;l2:34KM;单位电抗均为0.4Ω/KM;T1、T2同型号;Se=5.0MVA;短路电压为:V1-2=10.5%，V1-3=17%，V2-3=6%，取VB=Vav，SB=100MVA，用标幺值计算。
1-35同步发电机参数为Xd=1.2;Xd'=0.3;Xd"=0.12;Xq=0.5,Xq"=0.17,其运行方式如图所示。
试求:1、电机的同步电势Eq及Eq'、Eq"。
2、电机出口突然三相短路，求t=0同步电机供出短路周期分量的幅值。
(10分)(天大84年)1-36同步发电机空载同步速运行，机端电压为1(标么值)，设有调压器，机端(突然短路(三相短路)，短路0.05秒后励磁系统的电压阶跃为原有值的二倍，试求全过程短路电流的表达式(只求周期分量)，已知Xd=1,Xd'=0.2,Tdo=5秒，无阻尼绕组。
)(16分)1-39试计算图1-23中K点三相短路时的起始次暂态电流和冲击电流。
图中，当115千伏母线上短路时由等值系统C-1供给的短路容量S1″=1320兆伏安;当37千伏母线上短路时由等值系统C-2供给的短路容量S2″=114兆伏安。
1-41在如图(缺)所示网络中母线A短路，系统C1供给的短路功率Sc1"=1000MVA;母线B短路，系统C2供给的短路功率Sc2"=500MVA。
短路器CB的切断容量SCB"=200MVA电抗器R的额定电压VN=10KV，额定电流IN=0.4KA。
为使K点短路断路器CB能切断短路电流。
应当选用多大百分值的电抗器R?(该型号电抗器的百分值有3%，4%，5%，6%，8%，10%六种)(用标幺值计算，取SB=100MVA，VB=Vav) 1-43如图(缺)所示系统在110KV母线f处发生短路故障，试进行下列计算。
1作正序、零序等值网络(用标幺值表示)2三相短路时短路处短路电流、短路功率、冲击电流有名值(电动机冲击系数为1.6)3三相短路时cf支路上电流有名值。
4单相接地短路时，短路处三相电流及三序电压有名1-44如下图所示系统，在负荷回路K处发生单相接地短路，若要求发电机回路短路，电流IF≤381KA，则需在负荷回路内加装电抗器，试进行下列计算(20分)1、电抗器的百分值至少有多大(电抗器额定电压为10KV，额定电流为1KA，假定电抗器三序电抗相等)。
2、短路处三序电压有名值最低为多少KV?3、试判断K处发生何种类型的故障零序电流最大?(重大92年)1-45图示网络中，当K点发生A相接地短路时，试问流经断路器B的A相次暂态电流是多少千安?(20分)(科大86年)1-47试计算图中K点单相接地短路时发电机母线A的线电压，并绘出相时图。
1-48图1-32中变压器T1、T2及输电线路的电抗值都以统一基值的标么值给定。
电源的参数未知，变压器T2空载。
在F点发生a相直接接地故障，测出各相对地电压为Va=0,Vb=1∠-114°。
试求故障点的短路电流和流过变压器T1、T2中性点的电流。
1-49系统的接线如图，数据都标明在图上，1、画出各序等值网络，标明标么值参(基准值取100MVA为准)2、在K点发生单相接地故障，画出复合序网。
3、计算K处的短路电流有名值。
4、求发电机的三相电流(有名值，不必标明相别)。
1-50(20分)设在图1-34所表示的系统中，K点发生单相接地故障，求1、故障相短路电流的有名值。