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短路故障分析及计算

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目 录

引 言 .......................................... 2

1 电力系统短路故障说明 ........................... 3

2 短路故障分析计算（解析法） ..................... 6

2.1 各元件电抗标幺值的计算 .................... 6

2.2 短路次暂态电流标幺值计算 .................. 9

2.3 三相短路电流及短路功率计算 ............... 11

3 Y矩阵计算法 ................................... 12

4 两种算法分析 .................................. 15

4.1 解析法计算结果 ........................... 15

4.2 Y矩阵计算结果 ............................ 15

致 谢 ......................................... 16

参考文献 ........................................ 17

引 言

在电力系统可能发生的各种故障中，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路故障。所谓短路，是指电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接。在电力系统正常运行时，除了中性点外，相与相或相与地之间是相互绝缘的。如果由于绝缘破坏而造成了通路，电力系统就发生了短路故障。

电力系统短路出现的原因：

①电气设备载流部分的绝缘损坏；

②操作人员违反安全操作规程而发生误操作；

③鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏设备、导线绝缘层。

电力系统短路的后果：

①短路时会产生很大电动力和很高温度，使短路电路中元件受到损坏和破坏，甚至引发火灾事故。

②短路时，电路的电压骤降，将严重影响电气设备的正常运行。

③短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。

④严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

⑤不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至发生误动作。

短路电流的计算目的：

短路计算是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装置，避免在短路电流作用下损坏电气设备，保证供配电系统中出现短路时，保护装置能可靠动作。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地以及单相短路接地。其中三相短路造成的危害最大，本次课程设计的目的是在三相短路故障出现时分析与计算最大可能的故障电流和功率。

1 电力系统短路故障说明

如图1所示的系统中K（3）点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。

（1）发电机参数如下：

发电机G1：额定的有功功率110MW，额定电压NU=10.5kV；次暂态电抗标幺值''dX=0.264，功率因数Ncos=0.85 。

发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW；额定电压UN=10.5kV；次暂态电抗标幺值''dX=0.130；额定功率因数Ncos=0.80。

（2）变压器铭牌参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。

变压器T1：型号SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，变压器额定容量10MV·A，一次电压110kV，短路损耗59kW，空载损耗16.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=1.0。

变压器T2：型号SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，变压器额定容量31.5MV·A，一次电压110kV，短路损耗148kW，空载损耗38.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。

变压器T3：型号SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，变压器额定容量16MV·A，一次电压110kV，短路损耗86kW，空载损耗23.5kW，阻抗电压百分值KU%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。

（3）线路参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。

线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积120㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.408Ω/㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.79×10﹣6S／㎞。

对下标的说: X0(1)=X单位长度（正序） X0（2）=X单位长度（负序）

线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积150㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.401Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.85×10﹣6S／㎞。

线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积185㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.394Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.90×10﹣6S／㎞。

（4）负载L：容量为8＋j6（MV·A），负载的电抗标幺值为*LX**22*LLQSU；电动机为2MW，起动系数为6.5，额定功率因数为0.86。

3．参数数据

设基准容量SB=100MV·A；基准电压KVUUBav。

（1）SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB =100MV·A，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。

（2）UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV、6kV、10kV，而平均额定电压分别为115、6.3、10.5kV。平均电压Uav与线路额定电压相差5%的原则，故取UB=Uav。

（3）''I为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t等于初值（零）时的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计

算依据。

（4）Mi为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件及时间Kt=0.01s）。一般取冲击电流Mi=2×MK×''I=2.55''I。

（5）MK为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为1≤MK≤2，高压网络一般冲击系数MK=1.8。

2 短路故障分析计算（解析法）

2.1 各元件电抗标幺值的计算

电力系统等值电路如图

GMGG(3)KG1G2G2T1T3T210.20430.65660.30940.3320.41670.30996.080.29851.05106.60LS负载图2 电力系统等值电路

设基准容量BS100MVA•； 基准电压avUUB(KV)

（1）发电机电抗标幺值

NBGGPS100%XX•Ncos 公式①

式中 %XG——发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的%X100XG"d；

BS——已设定的基准容量（基值功率），AMV•；

NP——发电机的额定有功功率，MW

Ncos——发电机额定有功功率因数。

则发电机电抗标幺值由公式①得

204.085.0/110100264.01X 416.08.0/2510013.02X

（2）负载电抗标幺值

L2L2LQSUX 公式②

式中 U——元件所在网络的电压标幺值；

LS——负载容量标幺值；

LQ——负载无功功率标幺值。

则负载电抗标幺值由公式②得

61006100/119X

（3）变压器电抗标幺值

NTBKTSS100%UX• 公式③

则变压器电抗值标幺值由公式③得

;656.0161001005.103X

;33.05.311001005.104X

;05.1101001005.105X

变压器中主要指电抗，因其电抗TTRX，即TR可忽略，由变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为

100%USUUSXKNT2NT2BBT•• 公式④

式中 KU%——变压器阻抗电压百分数；

BS——基准容量，MV•A

NTS、NTU——变压器铭牌参数给定额定容量，MV•A、额定电压，kV；

BU——基准电压BU取平均电压avU，kV。

则线路电抗标幺值由公式④得

;309.0115115100100408.06X

;303.0115115100100401.07X

;298.0115115100100394.08X

（4）线路电抗标幺值

lx02BBWUSX 公式⑤

式中 0x——线路单位长度电抗；

l——线路长度，km；

BS——基准容量，MV•A；

BU——输电线路额定平均电压，基准电压avUUB，kV。

输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗WWRX，故WR0。由于不做特殊说明，故电导、电纳一般不计，故而只求电抗标幺值。

（5）电动机电抗标幺值（近似值）

NBMLPS6.51XcosN 公式⑥

式中 BS——设定的基准容量，MV•A；

NP——电动机额定的有功功率，MW；

cosN——电动机额定有功功率因数。

电动机电抗标幺值由公式⑥得

62.686.0/25.6100110X

2.2 短路次暂态电流标幺值计算

（1）短路次暂态电流标幺值（''*I）

KXEI （取''E1）

BBUSII3 （kA） 公式⑦

基准容量;100AMVSB•基准电压)(avKVUUB

（2）冲击电流Mi的计算

''''-0.01/T''8.12)e1(c22iIIIKMM

IM55.2i（kA） 公式⑧

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电力系统短路故障分析计算的基本知识

电力系统短路故障分析计算的基本知识

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：

SIB 2UBSB、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

电力系统短路故障的分析计算

电力系统短路故障的分析计算

电力系统短路故障的分析计算

电力系统短路故障的分析计算2010-09-1508:241-1作出无阻尼绕组同步电机在直轴方向的等值电路图并写出求取暂态电抗Xd'及

1、时间常数Td'的表达式再作出有阻尼绕组同步电机在直轴及交轴方向的等值电路图并写出求取Xd"及Xq"的表达式。

2、比较同步机下列的时间常数Ta、Td'、Td"、Tq"的大小以及汽轮发电机的下列电抗的大小以及及汽轮发电机及水轮发电机的下列电抗的大小并为它们按由大到小的次序重新排列Xd、Xd'、Xd"、Xq、Xq"、Xσ(定子漏抗)。

3、列出无阻尼绕组同步发电机在端点发生三相短路，定子及转子绕组中出现的各种电流分量并指出这些电流分量随时间而变化的规律及其衰减时间常数。(16)

1-5在电力系统暂态分析中，1.为什么要引入同步电机暂态电势Eq'?2.暂态电势Eq'的大小如何确定?3.在哪些情况下需要使用暂态电势Eq'?(10分)(科大92)

1-6简要论述下列问题:(24分)

1、试根据无阻尼绕组同步机的磁链及电压方程(略去电阻)，推导出用同步机暂态电势和暂态电抗的电压方程式:

uq=Eq'-idXd'ud=iqXq2、上述方程式应用于同步机的什么运行情况?为什么?解决什么问题?式中id、iq是什么电流?

3、试利用(1)的结果论证:三相短路电流实用计算中，无阻尼绕组同步机机端短路时一相的起始暂态电流(用标么值表示)的计算公式为:

I'=Eq'/Xd'

4、根据基本原理，并利用(1)推导出的方程，证明同步机机端三相短路整个暂态过程中Eq'及Eq之间的关系为:Eq/Eq'=Xd/Xd'

(重大83)

1-7无阻尼绕组同步发电机发生突然三相短路，在短路瞬刻及暂态过程中，其气隙电势Eqδ是如何变化的?(6分)

(重大84) 1-8应用派克方程研究同步发电机暂态过程时，为什么常略去变压器电势?并试从abc和dq0坐标系统说明pΨd=pΨd=0的含义。

短路电流分析与计算

短路电流分析与计算

短路电流分析与计算

短路电流是指电力系统在发生短路故障时，电流突然增大的现象。短路电流分析与计算是电力系统设计和运行中重要的内容之一，它能够帮助工程师确定系统中的安全操作范围，保护设备和人员的安全。

短路电流的计算是为了确定保护设备的能力和选择正确的保护装置。短路电流的计算通常包括对直流短路电流和对称短路电流的计算。

在进行短路电流计算之前，需要确定系统的拓扑结构和参数。拓扑结构包括继电器、开关、变压器等电气设备的连接方式；参数包括系统的电阻、电抗、电容等。

在计算三相短路电流时，需要考虑以下几个因素：

1.电气设备的短路能力：通过查阅设备的技术资料，可以确定设备的短路能力。电气设备通常有额定短路电流容量，表示设备在额定电压和频率下能够承受的最大短路电流。这个值通常以对称分量形式给出。

2.短路点的电阻和电抗：不同的短路点具有不同的电阻和电抗。电阻一般可以通过测量获得，电抗通常需要根据系统的拓扑结构和参数进行估计。

3.电源电压：电源电压是计算短路电流的重要参数。电源电压通常以震荡（复数）形式给出，其中包括震荡的大小和角度。

根据这些参数，可以使用不同的方法进行短路电流的计算，常用的方法包括传统方法和复数法。

传统方法通过分析电力系统的拓扑结构和参数，逐步计算各个电气设备的短路电流，最后将结果进行组合得到总的短路电流。 复数法是一种比较简单和快捷的计算方法。它将电力系统的拓扑结构和参数转化为等值复数阻抗，并使用基尔霍夫电压定律和欧姆定律进行计算。这种方法通常适用于均匀无电抗补偿的系统。

无论是使用传统方法还是复数法，计算的目的都是为了确定保护设备的动作电流和时间。动作电流是指保护装置开始动作的电流阈值，它通常是设备的额定电流的一些倍数。动作时间是指保护装置从检测到短路故障开始动作所需的时间，它是由保护装置的设计和设置参数决定的。

在进行短路电流计算时，还需要考虑一些特殊情况，例如接地短路、零序电流、接线方式等。这些情况都会对短路电流的计算和设备的保护产生影响，工程师需要根据具体情况进行分析和计算。

iec短路计算

iec短路计算

iec短路计算

IEC短路计算是电力系统设计和运行中的重要环节，它用于确定电力系统中短路电流的大小和分布情况，以确保电力设备的可靠运行和安全性。本文将从IEC短路计算的基本原理、计算方法、应用和注意事项等方面进行介绍。

一、IEC短路计算的基本原理

IEC短路计算是根据电力系统的拓扑结构和参数，通过对电路进行建模和分析，计算出电路中短路电流的值和分布情况。短路电流是指在系统发生短路故障时，电流通过短路点的大小。短路故障是指电力系统中两个或多个相或导线之间发生直接接触，导致电流异常增大的故障。

二、IEC短路计算的方法

IEC短路计算主要有两种方法，即解析法和数值法。解析法是根据电路的参数和拓扑结构，通过解析电路方程组，推导出短路电流的解析表达式。数值法是通过将电力系统的参数和拓扑结构离散化，转化为数值计算问题，使用数值计算方法求解短路电流。

三、IEC短路计算的应用

IEC短路计算在电力系统的设计、运行和维护中有着广泛的应用。在电力系统的设计中，短路计算可以帮助确定电力设备的额定容量和选型，以保证设备在短路故障发生时不会损坏。在电力系统的运行中，短路计算可以用于评估系统的稳定性和安全性，指导系统的运行和调度工作。在电力系统的维护中，短路计算可以用于确定故障点和故障电流的大小，指导故障处理和设备维修工作。

四、IEC短路计算的注意事项

在进行IEC短路计算时，需要注意以下几点。首先，要准确获取电力系统的参数和拓扑结构，包括电流变压器的参数、开关设备的额定电流和断电能力等。其次，要选择合适的计算方法和工具，确保计算结果的准确性和可靠性。同时，还要考虑设备的寿命和可靠性要求，合理选择电力设备的额定容量和保护装置的设置参数。最后，要根据计算结果进行合理的工程设计和操作决策，以确保电力系统的安全稳定运行。

五、总结

IEC短路计算是电力系统设计和运行中的重要环节，它可以帮助确定电力设备的可靠运行和安全性。本文从IEC短路计算的基本原理、计算方法、应用和注意事项等方面进行了介绍。通过对IEC短路计算的了解，可以更好地理解和应用短路计算在电力系统中的作用，提高电力系统的设计和运行水平。