地区电网继电保护整定计算培训教材.docx

第一章电力系统故障分析及基础理论

1.1.电力系统短路的暂态过程

1.1.1.短路故障的暂态过程

一、电力系统短路故障及危害

短路是电力系统的严重故障.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)发生通路的情况。

产生短路的原因很多，主要有如下几个方面：(1)元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路等；(2)气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，山火引起线路对地短路故障，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；(3)违规操作，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加上电压等；(4)其它，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路.三相短路也称为对称短路，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。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。三相短路虽然很少发生，但情况较严重，应给以足够的重视。况且，从短路计算方法来看，一切不对称短路的计算，在采用对称分量法后，都归结为对称短路的计算.因此，对三相短路的研究是有其重要意义的.

随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下的几个方面：

(1)短路故障时短路点附近的支路中出现比正常值大许多倍的电流，由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，可能使导体及其支架遭到破坏。

(2)短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏.

(3)短路时系统电压大幅度下降，对用户影响很大。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩同端电压的平方成正比，电压下降时，电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降。当电压大幅度下降时，电动机甚至可能停转，造成产品报废、设备损坏等严重后果。

(4)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电厂可能失去同步，破坏系统稳定，造成大片地区停电。这是短路故障的最严重后果。

(5)发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等会产生严重的影响.

在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算，这些问题主要是：

(1)选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算作为依据.这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度，计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。

(2)为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数，必须对电力网中发生的各种短路进行计算和分析。在这些计算中不但要知道故障支路中的电流值，还必须知道电流在网络中的分布情况。有时还要知道系统中某些节点的电压值。

(3)在设计和选择发电厂和电力系统电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算.

(4)进行电力系统暂态稳定计算，研究短路对用户工作的影响等，也包含有一部分短路计算的内容.

此外，确定输电线路对通讯的干扰，对已发生故障进行分析，都必须进行短路计算。

在实际工作中，根据一定的任务进行短路计算时，必须首先确定计算条件。所谓计算条件，一般包括：短路发生时系统的运行方式、短路的类型和发生地点、以及短路发生后所采取的措施等。从短路计算的角度来看，系统运行方式指的是系统中投入运行的发电、变电、输电、用电的设备的多少以及它们之间相互联接的情况，计算不对称短路时，

还应包括中性点的运行状态。对于不同的计算目的，所采用的计算条件是不同的。1.1.2.恒电势源电路(无穷大电源)的三相短路

无限大功率电源是一种理想电源，它具有两个特点：一是电源提供的功率被看作是无穷大，即使在短路情况下引起的功率急剧变化也不引起系统频率的变化，即系统频率恒定；二是电源的内阻抗为零，即相当一恒压源，从而在短路时电源内部没有过渡过程。在实际中并不存在真正的无限大功率电源，但如果电源的内阻抗小于短路回路总阻抗的5~10%,则短路时电源电压的变化很小，则可近似认为其为一无限大功率电源。

无限大功率电源供电系统在某点K发生三相短路时的电路图如下图1—1。短路前电路处于稳态，每相的电阻和电感分别为和。由于电路对称，只写出一相(a相)的电势和电流如下：

(1-1)

式中，;

图1-1.