第五章電力系統(tǒng)故障與實(shí)用短路電流計(jì)算

第五章電力系統(tǒng)故障與實(shí)用短路電流計(jì)算第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三電力系統(tǒng)的故障簡單故障復(fù)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(gè)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2023/5/4第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三一.短路短路的概念

短路是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。

２．誤操作

運(yùn)行人員在線路檢修后未拆除地線就加電壓等誤操作。2023/5/4第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

短路的類型短路類型符號示意圖特點(diǎn)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2023/5/4第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三短路的危害

１大電流產(chǎn)生巨大電動力，造成機(jī)械損壞；２燒毀設(shè)備（熱穩(wěn)定）；３電網(wǎng)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。

2023/5/4第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

短路的后果舉例2003年8月14日－美國大停電?美國東部(EDT)時(shí)間2003年8月14日16:11開始（北京時(shí)間8月15日晨4:11），美國東北部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)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(gè)州）加拿大：安大略省、魁北克?。?個(gè)省）2023/5/4第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三?損失負(fù)荷：6180萬千瓦?5000萬居民失去電力供應(yīng)?恢復(fù)需幾天時(shí)間

-8月14日19：30恢復(fù)134萬千瓦

-8月14日23：00恢復(fù)2130萬千瓦

-8月15日11：00恢復(fù)4860萬千瓦?美國切機(jī)20多臺（含9臺核電機(jī)組）美加共計(jì)切機(jī)百余臺?美經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)：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2023/5/4第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三停電前后衛(wèi)星拍到的美國上空照片2023/5/4第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

短路電流計(jì)算的意義是電氣設(shè)備選擇的依據(jù)；是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的依據(jù)；是電力系統(tǒng)保護(hù)配置的依據(jù)；是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制措施制定的依據(jù)。2023/5/4第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三二、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(yùn)行的非全相運(yùn)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(jì)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(diǎn)(兩處以上)同時(shí)發(fā)生不對稱故障的情況，稱為復(fù)雜故障。2023/5/4第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三三、故障分析中的基本假設(shè)1、假定同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持不變：由于電磁暫態(tài)過程的時(shí)間很短，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動變化非常微?。ㄓ袘T性）；2、各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢間的相位角---相對功率角變；3、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率保持不變。

不考慮機(jī)電的相互作用！2023/5/4第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三四、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(jù)短路條件求解微分方程組。（以發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路為例進(jìn)行分析）短路后進(jìn)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(jì)算），求解代數(shù)方程組。（對稱分量法）

2023/5/4第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

短路后的不同時(shí)段

短路后的瞬間短路發(fā)生時(shí)刻短路后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)2023/5/4第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三一、無限大容量電源電源功率為無限大時(shí)，外電路發(fā)生短路，電源的電壓和頻率（對應(yīng)于同步機(jī)的轉(zhuǎn)速）保持恒定，無限大電源可以看作是由多個(gè)有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。電源距短路點(diǎn)的電氣距離較遠(yuǎn)時(shí)，由短路而引起的電源送出功率的變化遠(yuǎn)小于電源的容量，這時(shí)可設(shè)，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2023/5/4第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

二,

暫態(tài)過程分析

當(dāng)在f點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，電路被分成兩個(gè)獨(dú)立的回路。左邊回路仍與電源連接，右邊回路則沒有電源。

2023/5/4第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三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(dá)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。2023/5/4第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三短路后回路滿足以下方程其中2023/5/4第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三由于電感電流不能突變，因此有：

C值的確定代入通解得到：2023/5/4第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三所以不衰減！衰減時(shí)間常數(shù)：T=LR交流分量衰減的直流分量2023/5/4第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三無窮大電源短路電流

交流分量不衰減！2023/5/4第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三四,

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(shí)值，稱為短路沖擊電流即，IM=KMIm

式中KM稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數(shù)．

最大值在短路發(fā)生約半個(gè)周期后出現(xiàn)．2023/5/4第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（二）最大有效值電流

在短路