电力系统分析8_电力系统故障的分析与实用计算解析

0.01
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得 iimp I pm I pme Ta I pm (1 e Ta ) K imp I pm 2K imp I p
意味着短路电 流非周期分量
不衰减
0.01
其中，Kimp 1 e Ta ——短路电流冲击系数。
t
ia I pm cos(t 0 ) [Im sin( 0 ) I pm cos0 ]e Ta
由上式可知，当非周期分量电流的初始值Iap(0+)最大时， 短路全电流的瞬时值为最大，短路情况最严重，使非周期电流 有最大初值的条件是：
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
••
（1）向量差 I a I K 有最大可能值
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
第八章 电力系统三相短路的分析计算
8.1 短路的基本概念 8.2 无限大功率电源供电系统的三相短路 8.3 电力系统三相短路的实用计算 8.4 电力系统不对称短路的分析与计算 8.5 电力系统非全相运行的分析
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
8.1 短路的基本概念
式中 Im
Um (R R')2 (X X ')2
arctan
X X' R R'
arctan
(L L'
R R'
)
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
短路后分成两个独立回路。对于右半回路，最大电流发生在 故障初始瞬间，即正常运行电流，不会对设备产生危害。故 电路暂态过程的分析与计算主要针对左半回路。
不对称短路产生的不平衡磁场，会对附近的通讯系统及
弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作 。
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
短路计算的任务：
选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，如断路
器、互感器、母线等；
合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数； 在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比
短路后电路中的电流应满足：
Ria
L dia dt
Um sin( t 0 )
解微分方程得：
ia
Um Z
t
sin( t 0 k ) Ce Ta
t
I pm sin( t 0 km
Um R2 X 2
K
arctan
X R
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
较各种不同方案的接线图，确定是否需要采用限制短路电流 的措施等
进行短路电流计算的目的：
选择和校验各种电气设备 合理配置继电保护和自动装置 选择合理的电气接线图
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
二、短路的种类
➢对称短路： 三相短路k（3）
➢不对称短路： 两相短路k（2） 单相接地短路k（1） 两相接地短路k（1,1）
由于电路中存在电感，而电感中的电流不能突变，则短 路前一瞬间(t=0-)的电流应与短路后一瞬间的(t=0+)电流相 等。即
Im sin(0 ) I pm sin(0 k ) C
则
C Im sin(0 ) I pm sin(0 k ) inp0
t
∴ ia I pm sin( t 0 k ) [Im sin( 0 ) I pm sin( 0 k )]e Ta
在各种短路故障中，单相 接地占大多数（65%）， 三相短路的机会最少 （5%）.但三相短路的短 路电流最大，后果最严重。
图7-1 短路的类型
a）三相短路 b）两相短路 c）单相接地短路 d）两相接地短路 e）两相接地短
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
7.2 无限大功率电源供电系统的说三明：相无短限大路功率电源
二、无限大容量系统供电的三相短路暂态过程分析
图8-1所示为一由无限大功率电源供电的三相对称电路。
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图8-1 无限容量系统中的三相短路
a）三相电路 b）等值单相电路
短路前，系统中的a相电压和电流分别为
ua Um sin( t 0 )
ia Im sin( t 0 )
短路后电流 周期分量
非周期分 量电流
短路前电流 周期分量
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
三、短路冲击电流、短路电流最大有效值和短路功率 1.短路冲击电流
在最严重短路情况下，三相短路电流的最大可能瞬时值。
作用：检验电气设备和载流导体的动稳定度
在短路回路中，通常电抗远大于电阻，可认为k 900，故
图8-3 非周期分量最大时的短路电流波形图
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
iT
2
i
iimp
i
i 0
i
t Im
图8-3 非周期分量最大时的短路电流波形图
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
由图8-3，iimp发生在短路后约半个周期（0.01s）。由式
t
ik I pm cos t I pme Ta
（2）向量差
•
I
a
•
I
K
与时间轴平行
K 90
满足的条件应为：
短路前空载（即 Im (Ia ) 0 ）
短路瞬间电源电压过零值，即初始相角 0 0
将上述条件带入式（7-9）
t
因此 ik I pm cos t I pme Ta
（7-10）
对应的短路电流的变化曲线如图8-3所示。
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一、短路的原因及其后果
所谓短路,是指电力系统中正常情况以外的一切相与相之间或相与地 之间发生通路的情况。
短路的原因：
电气设备载流部分绝缘损坏（过电压、绝缘材料自然老
化、机械损伤）；
运行人员误操作（带负荷开关）； 其他因素（鸟兽跨接于裸露的载流部分、自然现象）。
短路的现象：
系统总阻抗大为减小，电流剧烈增加； 系统中的电压大幅度下降。
是一个相对概念，真正
一、无限大容量系统
的无限大功率电源是不 存在的。
无限容量系统（又叫无限大功率电源），是指系统的容量 为∞ ，内阻抗为零。
无限容量系统的特点：在电源外部发生短路，系统频率恒 定，电源母线上的电压基本不变，即认为它是一个恒压源。
在工程计算中，当电源内阻抗不超过短路回路总阻抗的 5%～10%时，就可认为该电源是无限大功率电源。
第八章 电力系统故障的分析与实用计算
短路的危害：
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；
短路电流产生很大的电动力，可引起设备机械变形、扭
曲甚至损坏；
短路时系统电压大幅度下降，严重影响电气设备的正常
工作；
严重的短路可导致并列运行的发电厂失去同步而解列，
破坏系统的稳定性。