电力系统三相短路故障分析

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1、电力系统分析机械出版社朱一纶主编第6章电力系统三相短路故障分析6.1电力系统故障概述电力系统在运行时可能受到各种扰动，例如负荷切换以及系统内个别元件的绝缘老化引起不同相之间或相线与地线之间发生短路、断线等，这些扰动如果使电力系统不能正常运行，就称为电力系统故障。电力系统的故障简单故障复合故障电力系统中某一处发生短路和断相故障的情况两个以上简单故障的组合电力系统短路故障1.三相对称短路2.单相接地短路3.两相短路4.两相接地短路1.断一相故障2.断两相故障电力系统断相故障又称横向故障又称纵向故障属不对称故障6.1.

2、1电力系统故障原因及分类6.1.1电力系统故障原因及分类故障类型三相短路两相短路两相接地单相接地其它故障故障次数172891131932故障百分比1.14%1.88%6.12%88.7%2.16%2002年我国220kV电网输电线路故障统计表三相短路故障虽然很少发生，但情况比较严重，且三相短路时电力系统仍是三相对称的，称为对称故障，故本章分析三相短路故障6.1.1电力系统故障原因及分类发生短路故障时可能产生以下后果：通过短路点的很大短路电流和所燃起的电弧使短路点的元件发生故障甚至损坏。短路电流通过非故障设备时，由

3、于发热和电动力作用，引起它们使用寿命缩短甚至损坏。电力系统中部分地区的电压大大降低，使大量电力用户的正常工作遭到破坏。破坏电力系统中各发电厂之间并列运行的稳定性，引起系统振荡甚至使系统崩溃。6.1.2短路计算的简化假设1．不计入发电机间的摇摆现象和磁路饱和。2.假设发电机是对称的，不对发电机作过细的讨论，只用次暂态电动势和次暂态电抗来表示发电机。3．因为短路电流很大，相比之下可以忽略变压器的对地导纳（即忽略其励磁支路）。4．忽略电力线路的对地电容，在高压电网（110kV及110kV以上）忽略电力线路的电阻。电源距

4、短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源送出功率的变化远小于电源的容量，这时可设，称该电源为无限大容量电源。6.2.1无限大容量电源的概念电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中保持不变概念重要特性6.2无限大容量电源供电的电力系统三相短路理想概念，表示为：6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析短路发生前6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析设t=0时短路，则有合闸相角恰为短路瞬间a相电压的初相位角。K点出现三相短路后，图6.1的电路被分成两个独立的

5、回路，左边的电路仍与电源相连接，而右边的电路则变成不含电源的短路回路。由图6.1可以看出三相短路后电路仍然是三相对称的，所以只研究其中一相（这里我们仍选a相），根据基尔霍夫电压定律（KVL）：6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析其解就是短路电流积分常数，由初值决定周期电流非周期电流6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析由电路的初始条件来确定积分常数C，由换路定则知，电感中的电流不能突变，即在t=0时，有短路后a相电流的完整表达式式中为进行短路前后的对比，图6-2所示为t’=0.02秒（t=t’-

6、0.02=0)短路时电路短路前后的电流波形。6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析短路电流各分量之间的关系可以用相量图来表示。6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析合闸角短路电流非周期分量初值的大小与短路发生的时刻有关，也就是说与合闸角有关。根据三相对称电路的特点，还可以写出短路后b、c两相电流的表达式。虽然它们的电路参数是相同的，但它们的合闸角分别为和，可见非周期分量为最大值或零值的情况只可能在一相出现。6.2.2无限大容量电源供电的三相短路电流分析例6-1已知图6-1所示电路中，已知三相对称电

7、源的，R1=R2=10，L1=L2=10mH，则：1）设t=0时短路（即在a相电压瞬时值为零时短路）2）设t=0.005s时短路，3)设t=0.01s时短路，求各相的合闸相角，短路后电流的周期分量有效值，各相的非周期分量初值，时间常数。例6-1解：由结果可见在不同时刻短路时，合闸相角不同，且各相电流的非周期分量初值不同。合闸相角/度/kA/kA/sABCABCt=0时短路0-1201200.99950.0157-0.44040.42470.05t=0.005s短路45-751650.9995-0.3421-0.1

8、4440.48650.05t=0.01s短路90-30-1500.9995-0.49950.23620.26330.05(c)(b)图8-3三相短路时电流、电压相量图(a)电路图；(b)电流相量图；(c)电压相量图(a)三相短路时电流、电压相量图6.2.3短路冲击电流短路电流可能出现的最大瞬时值称为冲击电流，用表示。电路原来处于空载，即则，并假设短路后回路的感抗远大于电阻