电力系统分析短路计算

摘要

电能是现代社会中最重要，也是最方便的能源。电能具有许多优点，它可以方便地转化为别种形式的能，它的输送和分配易于实现；它的应用规模也很灵活。

电力系统正常运行的破坏多半是由短路故障引起的。发生短路时，系统从一种状态剧变到另一种状态，并伴随产生复杂的暂态现象。所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地发生通路的情况。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。

对于各种不对称短路，都可以对短路点列写各序网络的电势方程，根据不对称短路的不同类型列写边界条件方程。联立求解这些方程可以求得短路点电压和电流的各序分量。

关键词：短路各序网络不对称短路

电力系统不对称短路计算

1任务及题目要求分析

1.1序网络的制定及标幺值的计算

要制定序网络图，必须根据电力系统的接线图、中性点接地情况及各序电流的流通情况，在故障点增加电势，从故障点开始，逐步查明各序电流的流通情况。凡是某一序电流能流通的原件，都应当包括在该序网络中，并用相应的序参数和等值电路表示。

要计算各元件的标幺值，需根据所选取的基准功率和基准电压，并结合元件本身的特性。

1.2复合序网的绘制

要绘制复合序网，首先应在各序网络中计算出各序组合电抗及电源组合电势，再利用对称分量法对此种不对称短路进行分析，写出各序网络故障点的电压方程式（各元件都只用电抗表示），再根据不对称短路的具体边界条件写出的方程来求解。

1.3短路点入地电流及A相电压有名值的计算

要计算短路点入地电流及电压有名值，可以在复合序网中求解。在复合序网中可以很容易得到某相电流的各序分量，由此可以得出各相电流值，再根据具体短路情况找出哪相电流为入地电流即可，同时也可以计算出各相电压。

1.4发电机侧线路流过的各相电流有名值的计算

要计算发电机侧线路流过的各相电流有名值，应在各序网络中求出发电机侧线路流过的相电流的序分量，然后就容易求得各相电流有名值了。

2设计原理

2.1序网络的制定及标幺值的计算

2.1.1 各序网络的制定

正序网络的制定

除中性点接地阻抗、空载线路（不计导纳）以及空载变压器（不急励磁电流）以外，电力系统各元件均应包括在正序网络中，并且用相应的正序参数和等值电路表示。对于本题来说，正序网络应包括所有元件。

负序网络的制定

负序电流能流通的元件与正序相同，但所有电源的负序电势为零。因此，把正序网络中各元件的参数都用负序参数代替，并令电源电势等于零，而在短路点引入代替故障条件的不对称电势源中的负序分量，便得到负序电路。对于本题来说，去掉正序网络中的发电机电势，其他元件的参数用负序参数代替，短路点和零电位点分别用2f和2o表示即可。

零序网络的制定

在短路点施加代表故障边界条件的零序电势时，由于三相零序电流大小及相位相同，它们必须经过大地才能构成通路，而且电流的流通与变压器中性点接地情况及变压器的接法有密切的关系。对于本题来说，变压器1T的一次侧为三角形接法，所以1T的一次侧边的所有元件都不应包含在零序网络中；变压器2T的一次

侧是星形接法但未接地，故线路从2T （包含2T ）断开。本题中零序网络元件仅包含变压器1T 和线路L 的左边部分。

2.1.2标幺值的计算

发电机的电势标幺值由次暂态电势除以基准电压得到，正序电抗标幺值为次

暂态电抗值，负序电抗值已给；负荷的电抗标幺值已给。 变压器的标幺值计算公式为

()10000s T V X =

线路的标幺值计算公式为（正、负序）

()()100(%)021s L L V L x X X ⨯

⨯==

线路的零序电抗标幺值为

)

1()0(5.3L L X X =

2.2复合序网的绘制

B 、

C 两相短路接地时的故障情况如图所示。

图1 两相接地短路示意图

则两相接地不对称短路的边界条件为：

,0,0===∙

∙∙fc fb fa V V I

利用对称分量法将边界条件用序量表示，再结合各序网络故障点的电压方程式，共6个方程，则可得出各序网络在故障端口联接起来所构成的网络即复合序网。

2.3短路点入地电流及A 相电压有名值的计算

在复合序网中可以得到A 相电压和电流的各序分量，则可计算出短路点的入地电流。对于此题来说，就是B 相和C 相的短路电流。

a

b c

0=∙fa

I

fb

I

∙

fc I ∙

0=∙

fc

V

0=∙

fb

V

计算的公式为

)0()2()1(2

fa fa fa fb I I I I ∙

∙∙∙

++=αα )0()2(2)1(fa fa fa fc I I I I ∙

∙

∙

∙

++=αα

其中

2402

120,j j e

e

==αα

而A 相电压的标幺值为

)

0()

2()

1(fa fa fa fa

V

V

V

V

∙

∙

∙

∙

++=

再根据基准值计算得出有名值。

2.4发电机侧线路流过的各相电流有名值的计算

在各序网络中，都可以计算出发电机侧线路流过的A 相电流的序分量， 从

而得出A 相电流的标幺值，再根据基准值得出A 相电流的有名值。B 相和C 相电流的各序分量与A 相电流的各序分量有一定的关系，也可间接计算得出其标幺值，从而得出B 相和C 相电流的有名值。

3计算过程及步骤

3.1序网络的制定及标幺值的计算

选取基准功率S B

=60MVA ， 基准电压为平均额定电压。各元件的各序电抗标

幺值计算如下。