电力系统三相短路分析共50页

电网线路三相短路故障分析摘要：本文研究了电网线路三相短路故障。

通过Simulink对线路电流信号进行仿真模拟，进而故障进行识别和分析。

最后对三相故障的危害以及预防进行了分析。

关键词：三相电路；短路故障；信号仿真；故障识别1.前言三相系统的短路主要就是指电力系统故障中的横向故障[1]。

而具体的三相系统的短路故障包括三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路[2]。

在三相系统中，三相短路时，由于其被短路的三相阻抗相等，所以三相短路属于真正意义上的短路现象。

而且对于三相短路来说，它出现短路时电流和电源相等，所以认为它又是对称的短路现象。

通过实践检验可以了解到，一般经常发生的短路都是单相短路，三相短路的现象比较少见[3]，但是并不代表没有。

而且对于三相短路来说，它的危害以及影响的范围是极大的[4]。

因此，在具体的生活实践中，要积极地预防三相短路现象的出现，最大程度地保护人类的生活生产以及社会的进步不受到太大的影响。

2.故障分析2.1三相正常运行状态图1三相线路电路图及其相量图当三相线路正常运行时，三相电路图及其相量图如图1所示。

从图中可以看出：在星形接法下，三相电路正常运行时，三相线路上的线电压，相电压，线（相）电流均对称，夹角为120°。

2.2 单相接地短路故障分析中性点不接地，发生单相短路故障时，故障点电位变成0，即C相相电压为零。

单相接地短路故障（中性点不接地）电路图及相量图如图2所示。

图2单相接地短路故障（中性点不接地）电路图及其相量图中性点电位变为；则A相相电压变为，同理，B相相电压变为由于单相短路，C相经故障点与大地形成回路，故C相电流为，由于一般选取关联方向，故将C相电流反向。

由此可知：（1）短路相（C相）电流变为原相电流（无故障时）的3倍。

（2）三相相电压不再对称。

（3）三相线电压仍对称。

（4）不接地系统供电可靠性高（相对于中性点直接接地系统）,但绝缘水平要求也高因此发生单相短路故障（中性点不接地）时，可继续运行两小时。

电力系统三相短路分析电力系统短路是指电力系统中正常工作状态下的导体相互接触或与大地接触，导致电流过大而瞬间形成一个低阻值的回路，称为短路。

短路可能导致电力系统设备受损、事故发生甚至引发火灾等严重后果，因此对电力系统进行短路分析显得尤为重要。

电力系统短路分析的主要目的是确定短路电流大小及其分布情况，以便确定保护装置的设置参数和电气设备的选型设计。

在进行短路分析时需要考虑各种电力设备的参数、电力系统的拓扑结构以及电力系统的操作方式等因素。

电力系统短路分析可以分为对发电机、变压器、线路和负荷等不同组件进行短路分析。

首先对发电机进行短路分析，需要考虑其内部参数以及与系统的连接方式。

通常将发电机模型化为两个序列，即正序和负序。

正序各个参数均与实际相同，而负序则将相序改为逆序。

通过正序和负序的计算，可以得出发电机的短路电流。

接下来进行变压器的短路分析，变压器的短路分析主要是通过计算其短路阻抗，从而得出短路电流。

变压器的短路阻抗一般分为正序、负序和零序三种模式。

根据变压器的接法和绕组的配置，可以计算出不同模式下的短路电流。

线路的短路分析主要是通过计算线路的电阻、电抗和电容等参数，以及线路的长度和材料来得出短路电流。

线路的短路电流可以通过正序和零序计算得出。

负荷的短路分析一般较为简单，只需根据负荷的类型和连接方式计算出其短路电流。

在进行电力系统短路分析时，有两个重要的指标需要考虑，即故障电流和短路持续时间。

故障电流是指发生短路时电流的最大值，它对于各种保护设备的选择和设置均有重要的影响。

短路持续时间是指短路时电流的持续时间，它对于保护设备的热稳定性和热分散性有一定要求。

对于电力系统短路分析，目前常用的方法有解析法和数值计算法两种。

解析法主要是通过解析电路方程组，利用复数计算方法来求解短路电流。

数值计算法则通过建立系统的数值模型，利用计算机软件进行电流计算。

目前较为常用的软件有DigSILENT、PSS/E等。

总结起来，电力系统短路分析是对电力系统中各个组件进行短路计算，通过计算短路电流大小和分布情况，确定保护装置的设置参数和电力设备的选型设计。

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50L kM =，10.4x kM =Ω/，10.17r kM =Ω/;变压器的额定容量20N S MV A =•，短路电压s U %=10.5，短路损耗135s P kW ∆=，空载损耗0.8o I %=，空载电流0.8o I %=，变比11011T k =/，负载5S MW =，高低压绕组均为Y 形联接；并设供电点电压为110kV 。

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 ）”模型。

根据给定的数据：变压器的电阻为：33222101011020000T N N s P U R S (2-1)∆=⨯=⨯= 4.08Ω135Ω⨯ 变压器的电抗为:3322100101010.511010020000T N Ns X U U S (22)%= ==-⨯⨯⨯Ω63.53Ω ⨯⨯ 则变压器的漏感：30.20263.5323.1450(2)L H H x f ττ(2)== =- ⨯⨯/π变压器的励磁电阻为： 3352oP ==2221011010 5.510m N U R (2-4)∆= ⨯⨯ΩΩ ⨯ 变压器的励磁电抗为：33210021001100.820001010N N m o U I S x %= = ⨯ = (2-5) ⨯Ω75625Ω⨯⨯变压器的励磁电感为：(26)240.87562521450(2)m m H H L x f ===-⨯3.⨯/π 输电线路L 采用“Three-Phase series RLC Branch ”模型。

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.另一方面，导体也会受到很大的电动力的冲击，致使导体变形,甚至损坏。

电力系统的短路分析短路是电力系统的严重故障。

所谓短路，其内容是指一切不正常的相与相或相与地（对于中性点接地的系统）之间发生通路的情况。

一、短路的原因产生短路的原因很多，其主要原因如下：1、元件损坏，如绝缘材料自然老化等。

2、气象条件恶化，如雷击等。

3、人为事故，如运行人员带负荷拉闸等。

（发生概率较高）4、其他，如工程建设时挖沟损伤电缆等。

二、短路的类型在三相系统中，可能发生的短路有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路等四种。

三相短路也称对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态。

其他类型的短路都是不对称短路。

注：1、单相接地短路发生的几率达65%左右。

2、短路故障大多数发生在架空输电线路。

3、电力系统中在不同地点发生短路，称为多重短路。

三、短路的后果短路的主要后果如下：1、短路故障使短路点附近支路出现比正常电流大许多倍的短路电流，产生较大的电动效应和热效应，破坏设备。

（此为最常见）2、短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。

3、短路会使并列运行的发电机失去同步，破坏系统的稳定，造成系统的解列，出现大面积停电。

4、不对称短路对附近通信线路和无线电波会产生电磁干扰。

四、电力系统降低短路故障的发生概率采取的措施1、采用合理的防雷设施，加强运行维护管理等。

2、通过采用继电保护装置，迅速作用于切除故障设备，保证无故障部分的安全运行。

3、架空线路普遍采用自动重合闸装置，发生短路时断路器迅速跳闸，经一定时间（0.4-1s）断路器自动合闸。

4、线路上的电抗器，通常也是为限制短路电流而装设的。

五、短路电流计算的目的为确保设备在短路情况下不至于被破坏，减轻短路后果和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。

在电力系统和电器设备的设计和运行中，短路计算也是解决一系列技术问题不可缺少的基本计算。

计算短路电流的具体目的如下：1、选择有足够机械稳定和热稳定的电器设备。

2、合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数。