6.电力系统短路的基本概念及三相短路的实用计算方法

电气设备及载流导体因绝缘老化、遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；

架空线路因风大或导线覆冰引起杆塔倒塌，或因鸟兽跨界裸露导体管线

电气设备因设计、安装及维护不良导致的设备缺陷引发的短路

运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后未拆除接地线就合闸送电等

原因

三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路

类型

短路电流可能达到正常工作电流的十几倍到几十倍，从而使电气设备的载流部分产生巨大机械应力，可能破坏设备的机械结构

短路发生后，如果持续时间较长，短路电流产生的巨大热量可能烧毁电气设备

短路发生时，系统的电压将大幅度下降。这对用户处的电动机影响很大。因为电动机的电磁转矩与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，电动机甚至可以停转，造成产品报废、设备损坏等严重后果。

当电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，造成大面积停电。

当发生不对称短路时，三相不平衡电流在输电线路上产生很大的磁场，这将在附近的线路上感应出很大的电动势。对于架设在高压电力线附近的通信线路或铁道信号系统有很大影响。

后果

短路的原因、类型及后果

在选择电气设备时，要保证电气设备有足够的动稳定性和热稳定性，这都要以短路计算为依据。主要包括冲击电流和短路电流最大有效值的计算以校验电气设备的动稳定性；稳态短路电流的计算以校验电气设备的热稳定性。

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，必须进行短路电流的计算。在计算中不仅要计算短路电流在电网中的分布情况，还要计算电网中节点电压的数值。

在设计发电厂或变电站的主接线时，需要对各种可能的设计方案进行详细的技术经济比较，以便确定最优设计方案，这也要以短路计算为依据。

进行电力系统暂态稳定计算时，也包括一些短路电流计算的内容。

短路计算的目的

不考虑发电机间摇摆现象和磁路饱和

假设发电机转子是对称的，所以可以用次暂态电抗xd和次暂态电势Eq''来代表。一般情况下认为负荷电流比短路电流要小很多，可忽略不计，从而可认为发电机短路前是空载条件，这时Eq''的标幺值就等于1

在网络方面。忽略线路对地电容，忽略变压器的励磁支路，在高压电网中可忽略电阻。

短路计算的简化假设条件

短路的一般概念

Y-△变换

星网变换

电源合并

网络的等值变换

利用网络的对称性化简

转移电抗

网络的变换与化简

如果外电路元件（变压器、电抗器、线路等）的等值阻抗Zf比电源内阻抗ZG∑大得多，则外电路中的电流变动时（如f点发生短路），供电系统的母线电压V变动甚微，在实际计算时可近似认为Ｖ等于常数，这种短路回路所接的电源便认为是无限大容量电源，即电源容量Ｓ＝无穷；电源的内阻抗Ｚ＝０，短路过程中电源的端电压恒定，电源的频率恒定。

如果系统电源阻抗不超过短路回路总阻抗的５％～１０％，就可以不考虑电源内阻抗，将系统电源近似的认为是无限大容量电源

概念

无限大容量电源供电的三相短路暂态过程分析

短路冲击电流

短路电流的最大有效值

短路功率

短路冲击电流、短路电流的最大有效值和短路功率

无限大容量电源的三相短路

一部分是计算短路瞬间（t=0时）短路电流周期分量的有效值，该电流一般称为起始此暂态电流，以I‘’表示（其中包括无限大容量电源供电的三相短路电流周期分量有效值的计算，如上一节所述）》》》》》计算用于电气设备的热稳定校验、断路器的开断容量校验及继电保护整定计算等。

另一部分是考虑周期分量衰减时，在三相短路的暂态过程中不同时刻短路电流周期分量有效值的计算（通常采用计算曲线法）》》》》》计算用于电气设备的热稳定校验

作用：计算有限容量电源（同步发电机）供电时，电力系统三相短路电流周期分量的有效值，该有效值是衰减的。

定义：在电力系统三相短路后第一个周期内认为短路电流周期分量是不衰减的，而求得的短路电流周期分量的有效值即为起始次暂态电流，也成0秒时短路电流周期分量有效值

计算电路中的各同步发电机（包括调相机）均用次暂态电抗xd‘’作为其等值电抗，认为xd‘’=xq‘’。这个假设对于因及时发电机和有阻尼绕组凸极发电机是接近实际的。对于无阻尼绕组凸极发电机较为近似，所引起的误差在允许范围内。

计算电路中的各同步发电机（包括调相机）均用次暂态电视E0‘’作为其等值电势，这是因为突然短路瞬间，认为同步电机的次暂态电势保持着短路发生前瞬间的数值。

电力系统的负荷中包含有大量的异步电动机，在正常运行的情况下，异步电动机转差率很小（s=2%~5%），可以近似的把异步电动机当做同步运行。根据短路瞬间转子绕组磁链守恒的原则，异步电动机也可以用于转子的总磁链成正比的次暂态电势E0‘’和相应的此暂态电抗xM''来代表。

由于变压器、电抗器和线路均属于静止元件，所以变压器、电抗器和线路的次暂态电抗即等于其稳态电抗。

在网络方面，忽略线路对地电容和变压器的励磁支路，因为一般短路时网络中电压较低，这些对地回路的电流较大。在计算110KV及以上高压电网时可忽略线路电阻的影响，只计电抗。而对于电缆线路或低压网络，可以用阻抗的模计算或用阻抗计算。

起始次暂态电流的计算条件

确定系统各元件的次暂态参数，做出系统的等值电路。

网络变换和花间

计算短路点的起始次暂态电流

计算起始次暂态电流的基本步骤

短路点冲击电流的计算

起始次暂态电流I‘’的计算

计算曲线的制作

计算曲线的应用

参数计算采用标幺值，选取基准容量Sb和基准电压VB=Vav

发电机电抗用xd‘’，略去网络各元件的电阻、输电线路的电容和变压器的励磁支路

无限大容量电源的内电抗为零

略去负荷

绘制等值网络，计算网络参数

进行网络变换和化简

将各转移电抗转化为计算电抗

查计算曲线

对于无限大容量电源的处理

计算短路电流周期分量的有名值

应用计算曲线计算任意时刻短路电流周期分量的计算步骤

应用计算曲线求任意时刻短路点的短路电流

电力系统三相短路实用计算

电力系统短路的基本概念及三相短路的实用计算方法