电力系统各种短路向量分析

电力系统短路故障分析计算的基本知识1.1电力系统故障分析概述一、概念简介短路：电力系统故障的基本形式。

短路故障：电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。

短路类型：4种。

最多的短路类型：单相短路对称短路（三相短路）、非对称短路（其余三种短路类型）。

断线故障（非全相运行、纵向故障）：一相断线、二相断线。

不对称故障：非对称短路、断线故障简单、复杂故障：简单故障指系统中仅有一处短路或断线故障；复杂故障指系统中不同地点同时发生不对称故障。

二、短路原因、危害原因：客观（绝缘破坏：架空线绝缘子表面放电，大风、冰雹、台风）、主观（误操作）。

危害：短路电流大（热效应、电动效应）、故障点附件电压下降、功率不平衡失去稳定、不对称故障产生不平衡磁通影响通信线路。

解决措施：继电保护快速隔离、自动重合闸、串联电抗器等三、短路计算重要性电网三大计算之一。

电气设备选型、继电保护整定、确定限制短路电流措施。

四、短路计算的基本步骤1)制定电力系统故障时的等效网络；2)网络化简；3)对短路暂态过程进行实用计算。

1.2标幺制一、标幺制概念故障计算中用标幺值（相对值）表示，数值简明、运算简单、易于分析。

有名值（有单位的物理量）标幺值（相对值）＝基准值（与有名值同单位的物理量）二、基准选取三相电路系统基准值可任意，一般：4个基准值参数：SB(MVA)、UB(KV)、IB(KA)、ZB()满足关系：SB3UBIUB3ZBIB,则任意选定其中2个基准参数即可。

电网中一般选定：SB、UB则：SIB2UBSB、Z频率、角速度、时间的基准值频率：fBfN(额定频率）三、基准值改变时标幺值的换算角速度：B2fN(同步电角速度）1时间：tB(电角速度倒数）电抗某折算（下标N为基准下标B为基准）22SBSBUNUN某某(B)＝某某(N)2)某某(N)(2)(S)(UUS()UNIB)某某(N 发电机电抗标幺值：上式直接转换即可U(%)US变压器电抗标幺值(短路电压百分数转换)：某T某(B)＝()(2)100SNBU(%)UI()()电抗器电抗标幺值(电抗百分数转换)：某R某(B)＝100UBIN归算方法：功率不变、阻抗乘变比平方、电压乘变比、电流除变比1)有名值归算：可按上面原则直接归算到某个电压等级：方法一：先用有名值归算到某个电压等级，再统一转换为标幺值；方法二：把基准值归算到各个电压等级，再直接把各个电压等级的参数转换为标幺值即可。

2.7电力系统各序网络的建立2.7.1概述当电力系统发生不对称短路时，三相电路的对称条件受到破坏，三相电路就成为不对称的了。

但是，应该看到，除了短路点具有某种三相不对称的部分外，系统其余部分仍然可以看成是对称的。

因此，分析电力系统不对称短路可以从研究这一局部的不对称对电力系统其余对称部分的影响入手。

现在根据图7-32所示的简单系统发生单相接地短路（a 相）来阐明应用对称分量法进行分析的基本方法。

设同步发电机直接与空载的输电线路相连，其中性点经阻抗接地。

若在a 相线路上某一点发生接地故障，故障点三相对地阻抗便出现不对称，短路相0Z a =，其余两相对地阻抗则不为零，各相对地电压亦不对称，短路相0U a =，其余两相不为零。

但是，除短路点外，系统其余部分每相的阻抗仍然相等。

可见短路点的不对称是使原来三相对称电路变为不对称的关键所在。

因此，在计算不对称短路时，必须抓住这个关键，设法在一定条件下，把短路点的不对称转化为对称，使由短路导致的三相不对称电路转化为三相对称电路，从而可以抽取其中的一相电路进行分析、计算。

实现上述转化的依据是对称分量法。

发生不对称短路时，短路点出现了一组不对称的三相电压（见图7-33(a)） 。

这组三相不对称的电压，可以用与它们的大小相等、方向相反的一组三相不对称的电势来替代，如图7-33(b) 所示。

显然这种情况同发生不对称短路的情况是等效的。

利用对称分量法将这组不对称电势分解为正序、负序及零序三组对称的电势（见图7-33(c)） 。

由于电路的其余部分仍然保持三相对称，电路的阻抗又是恒定的，因而各序具有独立性。

根据叠加原理，可以将图7-33(c)分解为图7-33(d)(e)(f) 所示的三个电路。

图7-33(d) 的电路称为正序网络，其中只有正序电势在起作用，包括发电机电势及故障点的正序电势。

网络中只有正序电流，它所遇到的阻抗就是正序阻抗。

图7-33(e)的电路称为负序网络。

由于短路发生后，发电机三相电势仍然是对称的，因而发电机只产生正序电势，没有负序和零序电势，只有故障点的负序分量电势在起作用，网络中只有负序电流，它所遇到的阻抗是负序阻抗。

第一节电力系统故障概述在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，如短路故障、断线故障等。

其中大多数是短路故障（简称短路）。

所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。

在正常运行时,除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的.表7—1示出三相系统中短路的基本类型.电力系统的运行经验表明，单相短路接地占大多数。

三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路;其它几种短路均使三相回路不对称,故称为不对称短路.上述各种短路均是指在同一地点短路，实际上也可能是在不同地点同时发生短路，例如两相在不同地点短路.产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。

例如架空输电线的绝缘子可能由于受到过电压(例如由雷击引起）而发生闪络或由于空气的污染使绝缘子表面在正常工作电压下放电。

再如其它电气设备，发电机、变压器、电缆等的载流部分的绝缘材料在运行中损坏。

鸟兽跨接在裸露的导线载流部分以及大风或导线覆冰引起架空线路杆塔倒塌所造成的短路也是屡见不鲜的。

此外,运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障.电力系统的短路故障大多数发生在架空线路部分。

总之，产生短路的原因有客观的,也有主观的,只要运行人员加强责任心，严格按规章制度办事，就可以把短路故障的发生控制在一个很低的限度内。

表7—1 短路类型短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的Array危害。

在发生短路时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的短路电流值大大增加,可能超过该回路的额定电流许多倍.短路点距发电机的电气距离愈近（即阻抗愈小），短路电流愈大。

例如在发电机机端发生短路时，流过发电机定子回路的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10～15倍。

在大容量的系统中短路电流可达几万甚至几十万安培。

短路点的电弧有可能烧坏电气设备。

短路电流通过电气设备中的导体时，其热效应会引起导体或其绝缘的损坏。

10kV电力系统接地短路分析摘要：根据统计资料表明：在电力系统中，线路接地故障占总故障的70%以上。

在我国大部分10kV系统采用中性点不接地方式运行，当系统所接线路较多、较长、或电缆较多时，系统对地电容电流较大（如超过10A），当发生单相接地故障后，会引起弧光过电压等一系列问题，影响电网安全运行。

目前我国10kV电力系统中母线运行方式有不接地运行方式，经消弧线圈接地方式，经小电阻接地方式，不同的接地方式有不用的优缺点。

本文通过理论计算方法，分析不同种运行方式下接地短路电流及母线电压，为10kV电网实际运行方式安排提供理论依据。

关键词：10kV电力系统；中性点接地方式；短路分析中图分类号：Z861 背景在我国10kV电力系统中，中性点有三种运行方式。

一种是中性点不接地方式，又称中性点绝缘方式；一种是中性点经消弧线圈接地的方式；一种是中性点经电阻接地的运行方式，其按接地电阻的大小又分为高阻接地和低阻接地两种，中性点经高阻接地方式属于小接地电流系统，而中性点经低阻接地的方式属于大接地电流系统。

根据统计资料表明：在电力系统中，线路接地故障占总故障的70%以上。

在我国大部分10kV系统采用中性点不接地方式运行，当系统所接线路较多、较长、或电缆较多时，系统对地电容电流较大（如超过10A），当发生单相接地故障后，会引起弧光过电压等一系列问题，影响电网安全运行。

为此，相关规程规定当系统对地电容电流超过10A时应装设消弧线圈进行补偿，使故障点仅流过补偿后的零序电流，成为经消弧线圈接地系统。

中性点不同的运行方式，在电网发生单相接地时有明显的不同，因而决定着系统保护与监测装置的选择与运行，且各种接地方式都有其优缺点。

下面对不同的接地方式进行详细分析讨论。

2.中性点不接地方式我国目前运行的10kV电力系统多数采用中性点不接地方式运行，这种运行方式在线路发生单相接地时，有短路电路小，线路可以继续短时继续运行的优点，但也容易因线路发生单相接地故障后，长时间短路接地引发更严重的相间短路故障，没有及时切除故障可能引发社会人员人身触电事故。

电力系统接地短路故障种类及接地保护方式直观分析展开全文电力系统按接地方式分类，有中性点接地系统和中性点不接地系统。

其中，两种接地系统按接地故障的方式分类，又有单相接地、两相接地、三相接地3种短路故障。

单相接地是最常见的线路故障，两相接地、三相接地出现几率小，但有明显的相间短路特征。

★中性点接地系统1.单相接地故障2.两相接地故障3.三相接地故障★中性点不接地系统1.单相接地故障2.单相接地故障3.三相接地故障☆单相接地故障特点：1.一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2.电流增大、电压降低为同一相别。

3.零序电流相位与故障相电流同向，零序电压与故障相电压反向。

4.故障相电压超前故障相电流约80度左右（短路阻抗角，又叫线路阻抗角）；零序电流超前零序电压约110度左右。

☆两相短路故障特点：1.两相电流增大，两相电压降低；没有零序电流、零序电压。

2.电流增大、电压降低为相同两个相别。

3.两个故障相电流基本反向。

4.故障相间电压超前故障相间电流约80度左右。

☆两相接地短路故障特点：1.两相电流增大，两相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2.电流增大、电压降低为相同两个相别。

3.零序电流向量为位于故障两相电流间。

4.故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；零序电流超前零序电压约110度左右。

☆三相短路故障特点：1.三相电流增大，三相电压降低；没有零序电流、零序电压。

2.故障相电压超前故障相电流约80度左右；故障相间电压超前故障相间电流同样约80度左右。

★电力系统工作接地（接地保护）变压器或发电机中性点通过接地装置与大地连接，称为工作接地。

工作接地分为直接接地与非直接接地（包括不接地或经消弧线圈接地）两类，工作接地的接地电阻不超过4?为合格。

☆电网中性点运行方式：大接地电流系统（110kV及以上）1.直接接地，又称为有效接地2.经低电阻接地大接地电流系统（35kV及以下）1.不接地，又称为中性点绝缘2.经消弧线圈接地3.经高阻接地煤矿电网中性点接地方式1.井下3300、1140、660V系统采用中性点不接地方式2.6、10kV主要采用中性点经消弧线圈接地方式3.35kV采用中性点不接地方式4.110kV采用中性点直接接地方式举例：中性点经消弧线圈接地和中性点直接接地★接地保护系统的型式文字代号☆第一个字母表示电力系统的对地关系：T--直接接地I--所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。

无穷大功率电源供电系统三相短路分析1.电力系统故障分析的意义在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其多数是短路故障。

所谓短路, 是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地的系统）发生系统通路的情况。

电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。

其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。

例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10〜15倍。

大容量电力系统中，短路电流可达数万安。

这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

在发电厂、变电所以及整个电力系统的设计工作中，都必须事先进行短路计算，以此作为合理选择电气接线、选用有足够热稳定度和动稳定度的电气设备及载流导体、确定限制短路电流的措施、合理配置各种继电保护并整定其参数等的重要依据。

因此故障计算对于电力系统的设计和安全运行具有十分重要的意义。

2电力系统故障分析计算本文以无穷大功率电源供电发生三相短路分析。

即在此电路中假设电源电压幅值和频率均为恒定。

图2.1无限大功率电源供电的三相电路突然短路假设无穷大功率电源供电系统如图2.2所示，0.02s时刻变压器低压分母线发生三相短路故障，仿真其短路电流周期分量幅值和冲击电流的大小。

线路参数 为L = 50kM ,召=0.4WM ,斤=0」;变压器的额定容量 S N =20MV^A,短路电压q% = 10.5,短路损耗* = 135RW,空载损耗 厶％ = 0.8,空载电流厶％ = 0.8,变比6=11(X11,负载S=5MW,高低压 绕组均为Y 形联接；并设供电点电压为HOkVo图2.2无穷大功率电源供电系统计算：变压器 T 采用 Three-phrase-transformer (Two Windings)n 模型。

根据给定的数据：变压器的电阻为：^=^xl0^^10xl0^ = 4.08Q变圧器的电抗为：则变压器的漏感:厶7/(2初=20浪0日402H 变压器的励磁电阻为：/?/n =_^xl03=i^-xl03Q=5.5xl05Q变压器的励磁电抗为:变压器的励磁电感为:输电线路L 采用u Three-Phase series RLC Branch”模型。