電力系統(tǒng)三相短路的分析與計(jì)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(yùn)行過程中時(shí)常會(huì)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(jiǎn)稱短路)。所謂短路是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(yùn)行時(shí)，除中性點(diǎn)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，單相短路接地占大多數(shù)。三相短路時(shí)三相回路依舊是對(duì)稱的，故稱為對(duì)稱短路；其它幾種短路均使三相回路不對(duì)稱，故稱

2、為不對(duì)稱短路。上述各種短路均是指在同一地點(diǎn)短路實(shí)際上也可能是在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生短路，例如兩相在不同地點(diǎn)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(duì)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(jī)、變壓器、電纜等的載流部分的絕緣材料在運(yùn)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(yùn)行人員在線路檢修后未拆除地線就加電壓等誤操作也會(huì)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?？傊?，產(chǎn)生短路的原因有客觀的，也有主觀的，只要運(yùn)行人員加強(qiáng)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(gè)很低的限度內(nèi)。表71短路類型短路對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)備有很大的危害。在發(fā)生短路時(shí)，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時(shí)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(diǎn)距發(fā)電機(jī)的電氣距離愈近（即阻抗愈?。?，短路電流愈大。例如在發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)定子回路的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)發(fā)電機(jī)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(diǎn)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(shí)，其熱效應(yīng)會(huì)引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。另一方面，導(dǎo)體也會(huì)受到很大的電動(dòng)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(dòng)穩(wěn)定度，使

5、電氣設(shè)備在通過最大可能的短路電流時(shí)不致?lián)p壞。短路種類短路類型示意圖符號(hào)發(fā)生幾率對(duì)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(duì)稱短路兩相接地短路f(11)20%圖71正常運(yùn)行和短路故障時(shí)各點(diǎn)的電壓3實(shí)際上，真正的無限大功率電源是沒有的，而只能是一個(gè)相對(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)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(diǎn)突然發(fā)生三相短路時(shí)，這個(gè)電路即被分成兩個(gè)獨(dú)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(chǎng)中儲(chǔ)存的能量全部變?yōu)殡娮柚兴牡臒崮埽娏骷此p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(jì)算就是針對(duì)這一回路的。假定短路在t=0秒時(shí)發(fā)生，由于電路仍為對(duì)稱，可以只研究其中的一相，例如a相，其電流的瞬時(shí)值應(yīng)滿足如下微分方程：（7)sin(?

8、????tURidtdiLmaa2）這是一個(gè)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(shí)間常數(shù)為微分方程式（72）的特征根的負(fù)倒數(shù)，即：aT（7aLT