電力系統(tǒng)短路故障分析計(jì)算的基本知識(shí)

電力系統(tǒng)短路故障分析計(jì)算的基本知識(shí)1.1電力系統(tǒng)故障分析概述一、概念簡(jiǎn)介短路：電力系統(tǒng)故障的基本形式。短路故障：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。短路類型：4種。最多的短路類型：?jiǎn)蜗喽搪穼?duì)稱短路（三相短路）、非對(duì)稱短路（其余三種短路類型）。斷線故障（非全相運(yùn)行、縱向故障）：一相斷線、二相斷線。不對(duì)稱故障：非對(duì)稱短路、斷線故障簡(jiǎn)單、復(fù)雜故障：簡(jiǎn)單故障指系統(tǒng)中僅有一處短路或斷線故障；復(fù)雜故障指系統(tǒng)中不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生不對(duì)稱故障。二、短路原因、危害原因：客觀（絕緣破壞：架空線絕緣子表面放電，大風(fēng)、冰雹、臺(tái)風(fēng)）、主觀（誤操作）。危害：短路電流大（熱效應(yīng)、電動(dòng)效應(yīng)）、故障點(diǎn)附件電壓下降、功率不平衡失去穩(wěn)定、不對(duì)稱故障產(chǎn)生不平衡磁通影響通信線路。解決措施：繼電保護(hù)快速隔離、自動(dòng)重合閘、串聯(lián)電抗器等三、短路計(jì)算重要性電網(wǎng)三大計(jì)算之一。電氣設(shè)備選型、繼電保護(hù)整定、確定限制短路電流措施。四、短路計(jì)算的基本步驟1)制定電力系統(tǒng)故障時(shí)的等效網(wǎng)絡(luò)；2)網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)；3)對(duì)短路暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行實(shí)用計(jì)算。1.2標(biāo)幺制一、標(biāo)幺制概念故障計(jì)算中用標(biāo)幺值（相對(duì)值）表示，數(shù)值簡(jiǎn)明、運(yùn)算簡(jiǎn)單、易于分析。有名值（有單位的物理量）標(biāo)幺值（相對(duì)值）＝基準(zhǔn)值（與有名值同單位的物理量）二、基準(zhǔn)選取三相電路系統(tǒng)基準(zhǔn)值可任意，一般：4個(gè)基準(zhǔn)值參數(shù)：SB(MVA)、UB(KV)、IB(KA)、ZB()滿足關(guān)系：SB3UBIUB3ZBIB,則任意選定其中2個(gè)基準(zhǔn)參數(shù)即可。電網(wǎng)中一般選定：SB、UB則：SIB2UBSB、Z頻率、角速度、時(shí)間的基準(zhǔn)值頻率：fBfN(額定頻率）三、基準(zhǔn)值改變時(shí)標(biāo)幺值的換算角速度：B2fN(同步電角速度）1時(shí)間：tB(電角速度倒數(shù)）電抗某折算（下標(biāo)N為基準(zhǔn)下標(biāo)B為基準(zhǔn)）22SBSBUNUN某某(B)＝某某(N)2)某某(N)(2)(S)(UUS()UNIB)某某(N發(fā)電機(jī)電抗標(biāo)幺值：上式直接轉(zhuǎn)換即可U(%)US變壓器電抗標(biāo)幺值(短路電壓百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換)：某T某(B)＝()(2)100SNBU(%)UI()()電抗器電抗標(biāo)幺值(電抗百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換)：某R某(B)＝100UBIN歸算方法：功率不變、阻抗乘變比平方、電壓乘變比、電流除變比1)有名值歸算：可按上面原則直接歸算到某個(gè)電壓等級(jí)：方法一：先用有名值歸算到某個(gè)電壓等級(jí)，再統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值；方法二：把基準(zhǔn)值歸算到各個(gè)電壓等級(jí)，再直接把各個(gè)電壓等級(jí)的參數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值即可。用各個(gè)電壓等級(jí)的平均電壓之比代替實(shí)際變壓器變比進(jìn)行參數(shù)歸算。（平均電壓一般大致為電網(wǎng)額定電壓的1.05倍）[例1-2]（p9）如圖所示的輸電系統(tǒng)當(dāng)K點(diǎn)發(fā)生三相短路，作標(biāo)幺值表示的等值電路并計(jì)算三相短路電流。各元件參數(shù)已標(biāo)于圖中。1.3無(wú)限大功率電源供電的三相短路電流分析一、無(wú)限大功率電源短路點(diǎn)距離電源的電氣距離較遠(yuǎn)時(shí)，短路導(dǎo)致電源輸出功率的變化量遠(yuǎn)小于電源所具有的功率，則稱該電源是無(wú)限大電源。特點(diǎn)：1)頻率恒定（有功變化量遠(yuǎn)小于電源的有功功率）。2)電壓恒定（無(wú)功變化量遠(yuǎn)小于電源的無(wú)功功率）。3)電源內(nèi)電抗為0（故電壓恒定）。實(shí)際上真正的無(wú)限大電源不存在。當(dāng)功率變化量小于3%電源功率，或者電源內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗的10%時(shí)候，可認(rèn)為電源為無(wú)限大電源。二、暫態(tài)過(guò)程分析穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行的a相電流值求解：Ua相量表達(dá)式為：Ia＝Z瞬時(shí)值表達(dá)式為：如圖所示三相短路發(fā)生時(shí)：1)電路被短路成左右二部分；2)右邊回路部分電流將衰減為0；3)左邊回路阻抗減小，穩(wěn)態(tài)電流增大，電感回路必然有暫態(tài)過(guò)程。di＝Umin(t)RL回路的微分方程為：LRiadt電流解為：iaImin(t)Ce＝ipaiaatTa其中：ipa為穩(wěn)態(tài)分量（交流分量、周期分量）（periodic）iaa為自由分量（直流分量、非周期分量）（aperiodic）RT常數(shù)：Ta＝a為直流分量的衰減時(shí)間LC為積分常數(shù)，等于直流分量的起始值。求C：根據(jù)楞次定律，電感電流不能突變。短路前后電感電流不能突變，也是直流分量出現(xiàn)的物理原因。短路沖擊電流：指在短路時(shí)可能達(dá)到的最大短路電流瞬時(shí)值。用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定度。圖1-5可看出：三相電流中那相的直流分量起始值越大，則其短路電流越大；各個(gè)分量（初始值相量）的圖形化分析：短路前后電流相量之差在時(shí)間軸上的投影即為直流分量的初始值。初始值相量與時(shí)間軸平行則達(dá)到最大值，如垂直則為0。最大短路沖擊電流發(fā)生的條件為：1)空載時(shí)發(fā)生短路(短路前電流為0）；2)電壓初相角與短路后回路的阻抗角之差為90°（此時(shí)直流分量初始值等于穩(wěn)態(tài)幅值）。最大短路電流條件：1)空載2)回路阻抗角90°3)電壓初始角0°或180°此時(shí)的短路全電流為：最大瞬時(shí)值在短路后半個(gè)周波出現(xiàn)，即0.01″（10m），其沖擊電流為：最大有效值電流：任意時(shí)刻t的有效值，指以時(shí)刻為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值。It(Im2)22at最大短路電流有效值：IM(Im2)i(t0.01)22I22(KM1)22I當(dāng)K1.8時(shí)，I＝1.52()MM2短路功率與斷開(kāi)容量目的：選擇開(kāi)關(guān)、斷路器等電氣設(shè)備時(shí)用到斷開(kāi)1.62(當(dāng)KM1.9時(shí)，IM＝I)容量（可斷容量），要求設(shè)備的可斷容量必須大于短路功率。短路功率：某支路的短