電力系統(tǒng)短路故障

電力系統(tǒng)短路故障

電力系統(tǒng)短路故障

一、短路的一般概念

電力系統(tǒng)應(yīng)該正常不間斷地供電，保證用戶生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)

行。但是當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，可能破壞電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而影響

用戶的生產(chǎn)和生活。

〃短路〃是指電力系統(tǒng)中相與相之間或相與地之間，通過電弧或

其他較小阻抗形成的一種非正常連接。電力系統(tǒng)中發(fā)生短路的原因有

多種，歸納如下：

1）電氣設(shè)備絕緣損壞。其原因有設(shè)計(jì)不合理、安裝不合格、維護(hù)

不當(dāng)?shù)?，還有外界原因如架空線斷線、倒桿及挖溝時(shí)損壞電纜、雷擊

或過電壓等。

2）運(yùn)行人員誤操作。如帶負(fù)荷拉合隔離開關(guān)（刀閘）、帶地線合閘、

誤將帶地線的設(shè)備投入等。

3）其他原因。如鳥獸跨接導(dǎo)體造成短路等。

電力系統(tǒng)短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相接地短

路、兩相接地短路等。各種短路故障示意圖和代表符號(hào)如表1-1所示,

其中三相短路為對(duì)稱短路，其他為不對(duì)稱短路。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電力系統(tǒng)中各種短路故障發(fā)生的幾率

是不同的，其中發(fā)生三相短路的幾率最少，發(fā)生單相接地短路的幾率

最大。

在實(shí)際工程問題中，經(jīng)常需要計(jì)算短路電流，計(jì)算中涉及到如下

概念：

(1)無限大容量系統(tǒng)。無限大容量電力系統(tǒng)指，容量相對(duì)于被供電

系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，其特征是，當(dāng)被供電系統(tǒng)中負(fù)荷變動(dòng)甚

至發(fā)生短路故障，電力系統(tǒng)母線電壓及頻率基本維持不變。一般，電

力系統(tǒng)等值電源阻抗不超過短路電路阻抗的5%~10%,或電力系統(tǒng)

容量超過被供電系統(tǒng)容量50倍時(shí)，可視為無限大容量電力系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱

無限大系統(tǒng)或無窮大系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)HOkV配電網(wǎng)，可將供電變

壓器看作無窮大系統(tǒng)對(duì)llOkV配電網(wǎng)供電。

(2)短路電流周期分量。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，與正常負(fù)荷狀

態(tài)相比，供電回路的阻抗大為減小，因此出現(xiàn)數(shù)值很大的短路電流。

顯然，短路電流的大小由電源電壓和短路回路阻抗決定，電源電壓是

正弦周期分量，與之對(duì)應(yīng)，產(chǎn)生的是短路電流中的周期分量。在計(jì)算

中，通常求取的就是這個(gè)短路電流周期分量，即在非周期分量衰減完

畢后的穩(wěn)態(tài)短路電流。

(3)短路電流非周期分量。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，線路和設(shè)備上流

過負(fù)荷電流，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，在短路回路中將流過短路電流。由于短

路回路存在電感，導(dǎo)致電流不能突變，因此，在電流變化的過渡過程

中，將出現(xiàn)一個(gè)隨時(shí)間衰減的非周期分量電流，即短路電流中的非周

期分量。

(4)短路沖擊電流。短路全電流中的最大瞬時(shí)值稱為短路沖擊電流,

其數(shù)值約為短路電流周期分量的1.82倍。

二、三相對(duì)稱短路

在電力系統(tǒng)的各種短路故障中，雖然三相短路發(fā)生的幾率最小，

但其對(duì)電力系統(tǒng)的影響和危害最大。無窮大系統(tǒng)發(fā)生三相短路示意圖

如圖1-9所示。

三相短路時(shí)，三相仍然對(duì)稱，三相的短路回路完全相同，短路電

流相等，相位互差120。因此只計(jì)算一相即可。根據(jù)電路計(jì)算原理，采

用有名值計(jì)算三相短路電流周期分量如下：

I

=XEIsk3/)3((1-1)式中)3(kI——三相短路電流周期分量有

效值；

sE-等值電源線電動(dòng)勢(shì),實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用平均額定電壓；

例1-1某電力系統(tǒng)如圖1-10所示，在母線B和母線C分別發(fā)生

三相短路，試求短路點(diǎn)的短路電流周期分量。(等值電源電抗為

O=22.0sX，線路單位電抗為kmx/38.01Q=,變壓器Tl、T2的額

定容量為lOOOkVA、短路電壓為5.4%=kU)

解：(1)母線B三相短路.

O

=+=+=Q

=?==J12.29.122.09.1538.0)l(lABskABABXXXLxXkAkV

XUIkAk86.212.235.103)1()3(1=0

(2)母線C三相短路。計(jì)算時(shí)需要將等值電源電抗和線路

電抗折算到0.4kV側(cè)，并計(jì)算變壓器電抗(詳細(xì)論述請(qǐng)參考電力系統(tǒng)

故障分析計(jì)算的有關(guān)書籍)。

21)2(32

.22132242

2//102.71000

)4.0(1005.4100%1076.25.104.09.1102.35.104.022.0TTABsk

TNCkTTACABABACssXXXXXSUUXXUUXXUUX

l)(otitititikCkBkA++=顯然,電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)僅有正

序分量。

(二)短路電流

1、兩相短路

無窮大系統(tǒng)供電發(fā)生BC兩相短路示意圖如圖1-12所示。電力系

統(tǒng)發(fā)生兩相短路，經(jīng)故障相和短路點(diǎn)構(gòu)成短路回路，由故障相電源的

線電動(dòng)拋產(chǎn)生短路電流，流過故障線路，非故障線路沒有短路電流，

因此出現(xiàn)三相不對(duì)稱。不在計(jì)負(fù)荷電流的情況下，三相的短路電流分

別為

kB

CCkCBBkBAAkAIIIIIIIIII-=+=+==+=21212

10(1-4)

可見兩相短路時(shí)的特點(diǎn)是，三相不對(duì)稱，出現(xiàn)負(fù)序電流；只有故

障相存在短路電流，目?jī)上嗟亩搪冯娏鲾?shù)值相等，相位相反。

「■AI

*MlHC

<.??b>健■0_______

根據(jù)圖1-12,短路電流數(shù)值可計(jì)算如上：

I

=XEIsk2)2((1-5)式中)2(kI——兩相短路電流周期分量有

效值。

sE——等值電源線電動(dòng)勢(shì),實(shí)際計(jì)算進(jìn)可以采用平均額定電壓；

IX------相短路回路總電抗。

將式(1-5)與式(1-1)比較可得

)303()2(866.02

3kkkill==(1-6)式(1-6)說明，兩相短路電流數(shù)值為同

一地點(diǎn)三相短路電流的0.866倍，在實(shí)際計(jì)算中，常常求出三相短路

電流后，直接用以上關(guān)系得到兩相短路電流。

2、單相接地短路

(1)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。

中性點(diǎn)直接接地的無窮大系統(tǒng)供電，發(fā)生A相單相接地短路示意

圖如圖1-13所示。

用I13中慢"血嫂發(fā)心兒炎上不饃住電

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中性點(diǎn)直接接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，經(jīng)直接接地的中性點(diǎn)、

故障相和短路點(diǎn)構(gòu)成短路回路，由故障相電源電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生短路電流，

流過故障線路，非故障線路沒有短路電流，因此出現(xiàn)三相不對(duì)稱，在

不計(jì)負(fù)荷電流的情況下，三相的短路

電流分別為

0030

210

2110

021=++==+++==++=CCCkCBBBBkBAAAkAIIIIII

IIIIIIH(1-7)可見單相接地短路時(shí)的特點(diǎn)是，三相不對(duì)稱，出現(xiàn)

負(fù)序電流和零序電流；故障相存在短路電流，在圖