电力系统三相短路的分析与计算及三相短路的分类.docx

PAGE PAGE10 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 短路种类 短路种类 短路类型 示意图 符号 发生几率 对称短路 三相短路 f (3) 5% 单相接地短路 f(1) 10% 不对称短路 两相短路 f (2) 65% 两相接地短路 f (1,1) 20% 短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的 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。因此，各种电气设备应有足够的热稳定度和动稳定度， 使电气设备在通过最大可能的短路电流时不致损坏。 图7-1正常运行和短路故障时各点的电压 短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降得最多，结果可能使部分用户的供 电受到破坏。图7-1中示出了一简单供电网在正常运行时和在不同地点（ f1和f2）发生三相短路时各点 电压变化的情况。折线2表示 f1点短路后的各点电压。 f1点代表降压变电所的母线，其电压降至零。由 于流过发电机和线路L-1、L-2的短路电流比正常电流大，而且几乎是纯感性电流，因此发电机内电抗压降增加，发电机端电压下降。同时短路电流通过电抗器和L-1引起的电压降也增加，以至配电所母线电 压进一步下降。折线3表示短路发生在 f2点时的情形。电网电压的降低使由各母线供电的用电设备不能 正常工作，例如作为系统中最主要的电力负荷异步电动机，它的电磁转矩与外施电压的平方成正比，电压下降时电磁转矩将显著降低，使电动机转速减慢甚至完全停转，从而造成产品报废及设备损坏等严重后果。 系统中发生短路相当于改变了电网的结构，必然引起系统中功率分布的变化，则发电机输出功率也 相应地变化。如图7-1中，无论 f1或f2点短路，发电机输出的有功功率都要下降。但是发电机的输入功 率是由原动机的进汽量或进水量决定的，不可能立即变化，因而发电机的输入和输出功率不平衡，发电机的转速将发生变化，这就有可能引起并列运行的发电机失去同步，破坏系统的稳定，引起大片地区停电。这是短路造成的最严重的后果。 不对称接地短路所引起的不平衡电流产生的不平衡磁通，会在临近的平行的通信线路内感应出相当大的感应电动势，造成对通信系统的干扰，甚至危及设备和人身的安全。 为了减少短路对电力系统的危害，可以采取限制短路电流的措施，例如图7-1中所示的在线路上装 设电抗器。但是最主要的措施是迅速将发生短路的部分与系统其它部分隔离。例如在图7-1中 f1点短路 后可立即通过继电保护装置自动将L-2的断路器迅速断开，这样就将短路部分与系统分离，发电机可以照常向直接供电的负荷和配电所的负荷供电。由于大部分短路不是永久性的而是短暂性的，就是说当短路处和电源隔离后，故障处不再有短路电流流过，则该处可以重新恢复正常，因此现在广泛采取重合闸的措施。所谓重合闸就是当短路发生后断路器迅速断开，使故障部分与系统隔离，经过一定时间再将断路器合上。对于短暂性故障，系统就因此恢