電力系統(tǒng)三相短路的分析與計算及三相短路的分類

1、1第一節(jié)第一節(jié)電力系統(tǒng)故障概述電力系統(tǒng)故障概述在電力系統(tǒng)的運行過程中時常會發(fā)生故障如短路故障、斷線故障等。其中大多數(shù)是短路故障(簡稱短路)。所謂短路是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地(或中性線)之間的連接。在正常運行時，除中性點外，相與相或相與地之間是絕緣的。表71示出三相系統(tǒng)中短路的基本類型。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，單相短路接地占大多數(shù)。三相短路時三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短路；其它幾種短路均使三相回路不對稱，故稱

2、為不對稱短路。上述各種短路均是指在同一地點短路實際上也可能是在不同地點同時發(fā)生短路，例如兩相在不同地點短路。產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。例如架空輸電線的絕緣子可能由于受到過電壓（例如由雷擊引起）而發(fā)生閃絡(luò)或由于空氣的污染使絕緣子表面在正常工作電壓下放電。再如其它電氣設(shè)備，發(fā)電機、變壓器、電纜等的載流部分的絕緣材料在運行中損壞。鳥獸跨接在裸露的導(dǎo)線載流部分以及大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起架空線路桿塔倒塌所造成的

3、短路也是屢見不鮮的。此外，運行人員在線路檢修后未拆除地線就加電壓等誤操作也會引起短路故障。電力系統(tǒng)的短路故障大多數(shù)發(fā)生在架空線路部分。總之，產(chǎn)生短路的原因有客觀的，也有主觀的，只要運行人員加強責(zé)任心，嚴(yán)格按規(guī)章制度辦事，就可以把短路故障的發(fā)生控制在一個很低的限度內(nèi)。表71短路類型短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設(shè)備有很大的危害。在發(fā)生短路時，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時的暫態(tài)過程，使短路回路中的短路電流值大大增加，可能超過該回

4、路的額定電流許多倍。短路點距發(fā)電機的電氣距離愈近（即阻抗愈?。?，短路電流愈大。例如在發(fā)電機機端發(fā)生短路時，流過發(fā)電機定子回路的短路電流最大瞬時值可達(dá)發(fā)電機額定電流的10～15倍。在大容量的系統(tǒng)中短路電流可達(dá)幾萬甚至幾十萬安培。短路點的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備。短路電流通過電氣設(shè)備中的導(dǎo)體時，其熱效應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。另一方面，導(dǎo)體也會受到很大的電動力的沖擊，致使導(dǎo)體變形，甚至損壞。因此，各種電氣設(shè)備應(yīng)有足夠的熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度，使

5、電氣設(shè)備在通過最大可能的短路電流時不致?lián)p壞。短路種類短路類型示意圖符號發(fā)生幾率對稱短路三相短路f(3)5%單相接地短路f(1)10%兩相短路f(2)65%不對稱短路兩相接地短路f(11)20%圖71正常運行和短路故障時各點的電壓3實際上，真正的無限大功率電源是沒有的，而只能是一個相對的概念，往往是以供電電源的內(nèi)阻抗與短路回路總阻抗的相對大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。若供電電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗的10%時，則可認(rèn)為供電電源

6、為無限大功率電源。在這種情況下，外電路發(fā)生短路對電源影響很小，可近似地認(rèn)為電源電壓幅值和頻率保持恒定。一、一、短路后的暫態(tài)過程分析短路后的暫態(tài)過程分析對于圖72所示的三相電路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài)，其a相的電流表達(dá)式為：（71）)sin(00??????tIima式中2220)()(LLRRUImm???????)()(0RRLLarctg???????當(dāng)在點突然發(fā)生三相短路時，這個電路即被分成兩個獨立的回路。左邊的回路仍與電源連接

7、，而f右邊的回路則變?yōu)闆]有電源的回路。在右邊回路中，電流將從短路發(fā)生瞬間的值不斷地衰減，一直衰減到磁場中儲存的能量全部變?yōu)殡娮柚兴牡臒崮?，電流即衰減為零。在與電源相連的左邊回路中，每相阻抗由原來的減小為，其穩(wěn)態(tài)電流值必將增大。短路暫態(tài)過程的????RRjLL??????RjL??分析與計算就是針對這一回路的。假定短路在t=0秒時發(fā)生，由于電路仍為對稱，可以只研究其中的一相，例如a相，其電流的瞬時值應(yīng)滿足如下微分方程：（7)sin(?

8、????tURidtdiLmaa2）這是一個一階常系數(shù)、線性非齊次的常微分方程，它的特解即為穩(wěn)態(tài)短路電流，又稱交流分量或周ai?期分量為：pai（7)sin()sin(??????????????tItZUiimmpaa3）式中，Z為短路回路每相阻抗（）的模值；為穩(wěn)態(tài)短路電流和電源電壓間的相角（RjL???）；為穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。RLarctg?mI短路電流的自由分量衰減時間常數(shù)為微分方程式（72）的特征根的負(fù)倒數(shù)，即：aT（7aLT