電力系統(tǒng)短路故障分析計算的基本知識

電力系統(tǒng)短路故障分析計算的基本知識1.1電力系統(tǒng)故障分析概述一、概念簡介短路：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：單相短路對稱短路（三相短路）、非對稱短路（其余三種短路類型）。斷線故障（非全相運行、縱向故障）：一相斷線、二相斷線。不對稱故障：非對稱短路、斷線故障簡單、復雜故障：簡單故障指系統(tǒng)中僅有一處短路或斷線故障；復雜故障指系統(tǒng)中不同地點同時發(fā)生不對稱故障。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、冰雹、臺風）、主觀（誤操作）。危害：短路電流大（熱效應、電動效應）、故障點附件電壓下降、功率不平衡失去穩(wěn)定、不對稱故障產(chǎn)生不平衡磁通影響通信線路。解決措施：繼電保護快速隔離、自動重合閘、串聯(lián)電抗器等三、短路計算重要性電網(wǎng)三大計算之一。電氣設備選型、繼電保護整定、確定限制短路電流措施。四、短路計算的基本步驟1)制定電力系統(tǒng)故障時的等效網(wǎng)絡；2)網(wǎng)絡化簡；3)對短路暫態(tài)過程進行實用計算。1.2標幺制一、標幺制概念故障計算中用標幺值（相對值）表示，數(shù)值簡明、運算簡單、易于分析。有名值（有單位的物理量）標幺值（相對值）＝基準值（與有名值同單位的物理量）二、基準選取三相電路系統(tǒng)基準值可任意，一般：4個基準值參數(shù)：SB(MVA)、UB(KV)、IB(KA)、ZB()滿足關系：SB3UBIUB3ZBIB,則任意選定其中2個基準參數(shù)即可。電網(wǎng)中一般選定：SB、UB則：SIB2UBSB、Z頻率、角速度、時間的基準值頻率：fBfN(額定頻率）三、基準值改變時標幺值的換算角速度：B2fN(同步電角速度）1時間：tB(電角速度倒數(shù)）電抗某折算（下標N為基準下標B為基準）22SBSBUNUN某某(B)＝某某(N)2)某某(N)(2)(S)(UUS()UNIB)某某(N發(fā)電機電抗標幺值：上式直接轉換即可U(%)US變壓器電抗標幺值(短路電壓百分數(shù)轉換)：某T某(B)＝()(2)100SNBU(%)UI()()電抗器電抗標幺值(電抗百分數(shù)轉換)：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電壓等級：方法一：先用有名值歸算到某個電壓等級，再統(tǒng)一轉換為標幺值；方法二：把基準值歸算到各個電壓等級，再直接把各個電壓等級的參數(shù)轉換為標幺值即可。用各個電壓等級的平均電壓之比代替實際變壓器變比進行參數(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K點發(fā)生三相短路，作標幺值表示的等值電路并計算三相短路電流。各元件參數(shù)已標于圖中。1.3無限大功率電源供電的三相短路電流分析一、無限大功率電源短路點距離電源的電氣距離較遠時，短路導致電源輸出功率的變化量遠小于電源所具有的功率，則稱該電源是無限大電源。特點：1)頻率恒定（有功變化量遠小于電源的有功功率）。2)電壓恒定（無功變化量遠小于電源的無功功率）。3)電源內電抗為0（故電壓恒定）。實際上真正的無限大電源不存在。當功率變化量小于3%電源功率，或者電源內阻抗小于短路回路總阻抗的10%時候，可認為電源為無限大電源。二、暫態(tài)過程分析穩(wěn)態(tài)正常運行的a相電流值求解：Ua相量表達式為：Ia＝Z瞬時值表達式為：如圖所示三相短路發(fā)生時：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：指在短路時可能達到的最大短路電流瞬時值。用于檢驗電氣設備和載流導體的動穩(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間軸上的投影即為直流分量的初始值。初始值相量與時間軸平行則達到最大值，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°此時的短路全電流為：最大瞬時值在短路后半個周波出現(xiàn)，即0.01″（10m），其沖擊電流為：最大有效值電流：任意時刻t的有效值，指以時刻為中心的一個周期內瞬時電流的均方根值。It(Im2)22at最大短路電流有效值：IM(Im2)i(t0.01)22I22(KM1)22I當K1.8時，I＝1.52()MM2短路功率與斷開容量目的：選擇開關、斷路器等電氣設備時用到斷開1.62(當KM1.9時，IM＝I)容量（可斷容量），要求設備的可斷容量必須大于短路功率。短路功率：某支路的短