仿真电力系统短路故障分析cfsn.docx

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1、中国石油大学胜利学院本科毕业设计（论文）本科生毕毕业设计计（论文文）题 目：运用MMatllab仿仿真分析析短路故故障学生姓名名：系 别：机电系系专业年级级：电气气工程及及其自动动化专业业 指导教师师：20133年 66 月 20 日摘 要要 本文先先对电力力系统的的短路故故障做了了简要介介绍，分分析了线线路运行行的基本本原理及及其运行行特点，并并对短路路故障的的过程进进行了理理论分析析。在深深入分析析三相短短路故障障的稳态态和暂态态电气量量的基础础上，总总结论述述了当今今三相短短路的的的各种流流行方案案，分别别阐述了了其基本本原理和和存在的的局限性性。并运运用派克克变换及及d.qq.o坐坐标

2、系统统的发电电机基本本方程和和拉氏运运算等对对其中的的三相短短路故障障电流等等做了详详细的论论述。并并且利用用Mattlabb中的ssimuulinnk仿真真软件包包，建立立了短路路系统的的统一模模型，通通过设置置统一的的线路参参数、仿仿真参数数。给出出了仿真真结果及及线路各各主要参参数的波波形图。最最后根据据仿真结结果，分分析目前前自动选选线法存存在的主主要问题题及以后后的发展展方向。关键词：短路故故障；派派克变换换；拉氏氏运算；MattlabbABSTTRACCTThiss paaperr fiirstt onn thhe tthreee-pphasse sshorrt ccirccuit

3、t off ellecttricc poowerr syysteem iis bbrieeflyy inntrooducced, annalyyzedd thhe bbasiic pprinncipple of opeerattionn off thhreee-phhasee ciircuuit andd itts ooperratiion chaaraccterristtic, annd tthe thrree-phaase shoort cirrcuiit ffaullt pproccesss unnderrtoook ttheooretticaal aanallysiis. In dep

4、pth anaalyssis of thrree-phaase shoort cirrcuiit ffaullt oof ssteaady staate andd trranssiennt eelecctriicall quuanttitiies bassed on thee suummaary, thhe tthreee-pphasse sshorrt ccirccuitt off vaarioous poppulaar pproggramms, resspecctivvelyy, eexpooundds iits bassic priinciiplees aand limmitaatioo

5、ns. Annd tthe usee off Peeck traansfformm annd dd.q.o ccoorrdinnatee syysteem oof tthe genneraatorr baasicc eqquattionn annd LLapllacee opperaatorr onn thhe tthreee-pphasse sshorrt-ccirccuitt cuurreent in dettaill. AAnd thee usse oof MMatllab in thee Siimullinkk siimullatiion sofftwaare pacckagge, t

6、o esttabllishh a uniifieed mmodeel oof tthreee-pphasse sshorrt-ccirccuitt syysteem, by setttinng tthe uniifieed ccirccuitt paarammeteers, thhe ssimuulattionn paarammeteers. Thhe ssimuulattionn reesullts aree prreseenteed aand thee maain parrameeterrs oof tthe wavvefoorm of linne. Finnallly, acccordd

7、ingg too thhe ssimuulattionn reesullts, annalyysiss off thhe ccurrrentt auutommatiic llinee seelecctioon mmethhod thee maain exiistiing proobleems andd thhe ffutuure dirrecttionn off deevellopmmentt.Keywwordds：Shorrt-ccirccuitt faailuure ;Peeck traansfformm;Thhe LLapllacee opperaatorr;Matllab目 录录第一章

8、序序言1 11.1 短路故故障研究究依据11 1.22 国内内外研究究现状111.2.1 国国外研究究现状111.2.2 国国内电力力系统研研究现状状2第二章电电力系统统对称短短路分析析5 2.11 电力力系统中中短路的的基本概概括52.1.1 短短路的分分类52.1.2 短短路发生生的原因因62.1.3 短短路发生生的危害害62.1.4 短短路故障障分析的的内容和和目的77 2.22 简单单无穷大大电源系系统三相相短路电电流分析析72.2.1 简简单无穷穷大电源源供电系系统的三三相短路路暂态电电流72.2.2 短短路后的的暂态过过程分析析8 2.22.3 短路冲冲击电流流10 2.2.4最大

9、大有效值值电流111第三章 电力系系统短路路电流的的实用计计算12 3.11 交流流电流初初始值的的计算1123.1.1计算算的条件件和近似似12 3.22简单系系统计算算14第四章短短路系统统的调试试与仿真真17 4.11 仿真真模型的的设计与与仿真1174.1.1 实实例分析析17 4.11.2仿仿真参数数设置117 4.22 仿真真结果分分析184.2.1 单单相短路路故障波波形184.2.2相间间短路故故障波形形19 4.2.33 三相相短路故故障波形形214.3 仿真分分析小结结22第五章结结论与展展望24 5.11 主要要研究结结论24 5.22 待解解决的问问题和展展望24参考文

10、献献26致谢277第一章 序序言1.1 短路故故障研究究依据电力系统统的短路路故障是是严重的的，而又又是发生生几率最最多的故故障，一一般说来来，最严严重的短短路是三三相短路路。当发发生短路路时,其其短路电电流可达达数万安安以至十十几万安安，它们们所产生生的热效效应和电电动力效效应将使使电气设设备遭受受严重破破环。为为此，当当发生短短路时，继继电保护护装置必必须迅速速切除故故障线路路，以避避免故障障部分继继续遭受受危害，并并使非故故障部分分从不正正常运行行情况下下解脱出出来,这这要求电电气设备备必须有有足够的的机械强强度和热热稳定度度，开关关电气设设备必须须具备足足够的开开断能力力，即必必须经得

11、得起可能能最大短短路的侵侵扰而不不致损坏坏。因此此,电力力系统短短路电流流计算是是电力系系统运行行分析，设设计计算算的重要要环节，许许多电业业设计单单位和个个人倾注注极大精精力从事事这一工工作的研研究。由由于电力力系统结结构复杂杂，随着着生产发发展，技技术进步步系统日日趋扩大大和复杂杂化，短短路电流流计算工工作量也也随之增增大，采采用计算算机辅助助计算势势在并行行。 通过运运用MAATLAAB软件件进行的的仿真，了了解在输输电线路路上发生生各种故故障时的的系统变变化情况况。有针针对性的的改善输输电线路路所装设设的保护护装置，使使其能够够在线路路出现故故障时迅迅速做出出反应，保保证线路路安全运运

12、行，同同时运行行人员也也可以根根据保护护装置动动作情况况很快地地判断出出故障点点所处位位置，为为线路检检修争取取宝贵时时间并减减少因故故障而带带来的巨巨大损失失。安置在输输电线路路上的保保护装置置，当被被保护的的元件发发生故障障时，能能自动、迅迅速、有有选择的的将故障障从电力力系统中中切除，以以保证其其余部分分恢复正正常运行行，并使使故障元元件免于于继续受受伤害。当当被保护护元件发发生异常常运行状状态时，经经一定延延时动作作于信号号，以使使值班人人员采取取措施。1.2 国内外外研究现现状1.2.1 国国外研究究现状电力系统统市场发发展中的的自动控控制技术术趋向于于控制策策略的日日益优化化，呈现

13、现出适应应性强、协协调控制制完善、智智能优势势明显、区区域分布布日益平平衡的发发展趋势势。在设设计层面面电力自自动化系系统更注注重对多多机模型型的问题题处理，且且广泛借借助现代代控制理理论及工工具实现现综合高高效的控控制。在在实践控控制手段段的运用用中合理理引入了了大量的的计算机机、电子子器件及及远程通通信应用用技术。而而在研究究人员的的组合构构建中电电力企业业本着精精益求精精、综合合适用的的原则强强调基于于多功能能人才的的联合作作战模式式。在整整体电力力系统中中，其工工作方式式由原有有的开环环监测合合理向闭闭环控制制不断发发展，且且实现了了由高电电压等级级主体向向低电压压丰富扩扩展的安安全、

14、合合理性过过度，例例如从能能量管理理系统向向配电管管理系统统合理转转变等。再再者电力力系统自自动化实实现了由由单个元元件到部部分甚至至全系统统区域的的广泛发发展，例例如实现现了全过过程的监监测控制制及综合合数据采采集发展展、区域域电力系系统的稳稳定控制制发展等等。相应应的其单单一功能能也实现现了向多多元化、一一体化综综合功能能的发展展，例如如综合变变电站实实现了自自动化发发展与提提升。经过了数数十年的的研究发发展，国国外先进进的计算算机管理理技术、通通信及控控制技术术实现了了跨越式式提升，而而新时期期电力系系统则毋毋庸置疑疑的成为为集计算算机、通通信、控控制与电电力设备备、电力力电子为为一体的

15、的综合自自动化控控制系统统，其应应用内涵涵不断扩扩充、发发展外延延继续扩扩展，令令电力系系统自动动化市场场中包含含的信息息处理量量越来越越庞大、综综合因素素越来越越复杂，可可观、可可测的在在数据范范围越来来越广阔阔，能够够合理实实施闭环环控制、实实现良好好效果的的控制对对象则越越来越丰丰富。1.2.2国内内电力系系统研究究现状我国电力力发展的的基本方方针是：提高能能源效率率，保护护生态环环境，加加强电网网建设，大大力开发发水电，优优化发展展煤电，积积极推进进核电建建设，适适度发展展天然气气发电，鼓鼓励新能能源和可可再生能能源发电电，带动动装备工工业发展展，深化化体制改改革。在在此方针针的指导导

16、下，结结合近期期电力工工业建设设重点及及目标，我我国电力力发展将将呈现以以下四个个鲜明特特点：1.自动动化水平平逐步提提高、安安全性和和可靠性性受到充充分重视视。先进进的继电电保护装装置、变变电站综综合自动动化系统统、电网网调度自自动化系系统以及及电网安安全稳定定控制系系统得到到广泛应应用。随随着电网网建设和和网架结结构的加加强、电电网自动动化水平平的提高高，大陆陆电网安安全稳定定事故大大幅下降降。电网网供电可可靠性也也有较大大提高，平平均供电电可靠性性为999.8220%。 2.经经济、高高效和环环保。随随着大容容量机组组的应用用、电网网的发展展以及先先进技术术的广泛泛采用，煤煤耗与网网损逐

17、年年下降。新新建火电电厂将广广泛采用用大容量量、高效效、节水水机组，采采用脱硫硫技术和和控制NNOX的的排放。到到20220年，在在人口密密集地区区，将建建设600GW的的天然气气发电机机组和440GWW的核电电机组。在在电网建建设方面面，将采采用先进进技术提提高单位位走廊输输电能力力、降低低网损，加加强环境境和景观观保护，城城市电网网将逐步步提高电电缆化率率、推广广变电站站紧凑化化设计。3.结构调调整力度度将会继继续加大大。将重重点推进进水电流流域梯级级综合开开发，加加快建设设大型水水电基地地，因地地制宜开开发中小小型水电电站和发发展抽水水蓄能电电站，使使水电开开发率有有较大幅幅度提高高。合

18、理理布局发发展煤电电,加快快技术升升级，节节约资源源，保护护环境，节节约用水水，提高高煤电技技术水平平和经济济性。实实现百万万千瓦级级压水堆堆核电工工程设计计、设备备制造本本土化、批批量化的的目标，全全面掌握握新一代代百万千千瓦级压压水堆核核电站工工程设计计和设备备制造技技术，积积极推进进高温气气冷堆核核电技术术研究和和应用。在在电力负负荷中心心、环境境要求严严格、电电价承受受力强的的地区，因因地制宜宜建设适适当规模模的天然然气电厂厂，提高高天然气气发电比比重。在在风力资资源丰富富的地区区，开发发较大规规模的风风力发电电场；在在大电网网覆盖不不到的边边远地区区，发展展太阳能能光伏电电池发电电；

19、因地地制宜发发展地热热发电、潮潮汐电站站、生物物质能(秸秆等等)与沼沼气发电电等；与与垃圾处处理相结结合，在在大中城城市规划划建设垃垃圾发电电项目。4.技术进进步和产产业升级级步伐将将会加快快。电力力工业要要着眼于于走出一一条科技技含量高高、经济济效益好好、资源源消耗低低、环境境污染小小的新型型工业化化道路，促促进电力力设备的的本土化化。需要要重点发发展以下下几方面面工作：推广广单机容容量600万千瓦瓦及以上上大容量量超(超超)临界界机组。加加大大型型水电站站建设关关键技术术的研究究，加快快大容量量水电机机组设备备制造本本地化。积积极发展展洁净煤煤发电技技术；掌掌握空冷冷系统设设计制造造技术和

20、和机组节节水改造造技术；掌握大大容量机机组烟气气脱硫的的设计制制造技术术。加快快1000万千瓦瓦级大型型核电站站设备制制造本地地化进程程。实现现6000千瓦至至兆瓦级级风电设设备本地地化。引引进第三三代核电电技术。建设功能能完善、信信息畅通通、相互互协调的的电力调调度自动动化系统统，建立立适应电电力市场场竞争需需要的技技术支持持系统，电电力行业业的信息息化达到到国际先先进水平平。加快电网网建设，优优化资源源配置。加加快推进进西电东东送三大大通道的的输电线线路建设设，合理理规划布布局，积积极采用用先进适适用技术术提高线线路输送送容量，节节约输电电通道资资源。建建设坚强强、清晰晰、合理理、可靠靠的

21、区域域电网。推推进大区区电网互互联，适适当控制制交流同同步电网网规模。继续续推进城城乡电网网建设与与改造，形形成安全全可靠的的配电网网络。完完善城乡乡配电网网结构，增增强供电电能力。加加快计算算机技术术、自动动化技术术和信息息技术的的推广应应用，提提高城网网自动化化水平和和供电可可靠性，满满足城乡乡居民用用电的需需求。完完善县城城电网的的功能、增增强小城城镇电网网的供电电能力，扩扩大电网网覆盖面面。发展循环环经济，创创建节约约型社会会。加强强发电、输输变电、用用电等环环节的科科学管理理，提高高能源使使用效率率。在加加快电力力建设，保保障电力力供给的的同时，将将节约资资源和提提高能效效提升到到与

22、电力力供应同同等重要要的地位位。通过过深化电电力需求求侧管理理，加强强全国联联网，调调整产业业结构，逐逐步降低低单位产产值能耗耗等节能能、节电电的综合合措施；通过节节能、节节电，加加强全国国联网，调调整产业业结构，逐逐步降低低单位产产值能耗耗等综合合措施。第二章 电力力系统对对称短路路分析2.1 电力系系统中短短路的基基本概括括2.1.1短路路的分类类在电力系系统的运运行过程程中,时时常会发发生故障障,如短短路故障障、断线线故障等等。其中中大多数数是短路路故障(简称短短路)。所谓短路路,是指指电力系系统正常常运行情情况以外外的相与与相之间间或相与与地(或或中性线线)之间间的连接接。在正正常运行

23、行时，除除中性点点外，相相与相或或相与地地之间是是绝缘的的。表22-1示示出三相相系统中中短路的的基本类类型。电电力系统统的运行行经验表表明，单单相短路路接地占占大多数数。三相相短路时时三相回回路依旧旧是对称称的，故故称为对对称短路路；其它它几种短短路均使使三相回回路不对对称，故故称为不不对称短短路。表 2-1 常常见短路路基本分分类短路种类类短路类型型示意图符号发生几率率对称短路路三相短路路f(3)5%不对称短短路单相接地地短路f(1)10%两相短路路f(2)65%两相接地地短路f(1,1)20%产生短路路的主要要原因是是电气设设备载流流部分的的相间绝绝缘或相相对地绝绝缘被损损坏。例例如架空

24、空输电线线的绝缘缘子可能能由于受受到过电电压（例例如由雷雷击引起起）而发发生闪络络或由于于空气的的污染使使绝缘子子表面在在正常工工作电压压下放电电。再如如其它电电气设备备，发电电机、变变压器、电电缆等的的载流部部分的绝绝缘材料料在运行行中损坏坏。鸟兽兽跨接在在裸露的的导线载载流部分分以及大大风或导导线覆冰冰引起架架空线路路杆塔倒倒塌所造造成的短短路也是是屡见不不鲜的。此此外，运运行人员员在线路路检修后后未拆除除地线就就加电压压等误操操作也会会引起短短路故障障。电力力系统的的短路故故障大多多数发生生在架空空线路部部分。总总之，产产生短路路的原因因有客观观的，也也有主观观的，只只要运行行人员加加强

25、责任任心，严严格按规规章制度度办事，就就可以把把短路故故障的发发生控制制在一个个很低的的限度内内。2.1.2 短短路发生生的原因因电力系统统发生短短路的原原因很多多，其根根本原因因是电气气设备的的各相载载流部分分的绝缘缘遭到破破坏，导导致相与与相之间间或者相相与地之之间发生生击穿放放电现象象。产生生短路的的原因很很多，主主要有如如下几个个方面：（1）雷雷击等各各种形式式的过电电压以及及绝缘材材料的自自然老化化，或遭遭受机械械损伤，致致使载流流导体的的绝缘被被损坏；（2）不不可预计计的自然然损坏，例例如架空空线路因因大风或或导线履履冰引起起电杆倒倒塌等，或或因鸟兽兽跨接裸裸露导体体等；（3）自自

26、然的污污秽加重重降低绝绝缘能力力；（4）运运行人员员违反安安全操作作规程而而误操作作，例如如运行人人员带负负荷拉刀刀闸，线线路或设设备检修修后未拆拆除接地地线就加加上电压压引起短短路等。2.1.3 短短路发生生的危害害 电力系系统发生生短路故故障后，通通常会产产生很大大的短路路电流，对对电力系系统的正正常运行行带来很很大的危危害：（1）短短路发生生时往往往会伴有电弧弧产生，它它不仅能能烧坏故故障元件件本身，也也可能烧烧坏周围围设备和和伤害周周围的人人员；（2）产产生从电电源到短短路故障障点巨大大的短路路电流，可可达正常常负荷电电流的几几倍到几几十倍；短路电电流通过过电气设设备，一一方面会会使导

27、体体大量发发热，导导致设备备因过热热而损坏坏；另一一方面巨巨大的短短路电流流还将产产生很大大的电动动力作用用于导体体，使导导体变形形、扭曲曲或损坏坏；（3）短短路也同同时引起起系统电电压大幅幅度降低低，特别别是靠近近短路点点处的电电压降低低得更多多，从而而可能导导致部分分用户或或全部用用户的供供电遭到到破坏。网网络电压压的降低低，使供供电设备备的正常常工作受受到损坏坏，也可可能导致致工厂的的产品报报废或设设备损坏坏，如电电动机过过热受损损等；（4）电电力系统统中出现现短路故故障时，系系统功率率分布的的突然变变化，可可能破坏坏各发电电厂并联联运行的的稳定性性，导致致整个系系统解列列甚至瓦瓦解和崩

28、崩溃。（5）发发生不对对称短路路时，三相不不平衡电电流会在在相邻的的通讯线线路感应应出电动动势，产生的的不平衡衡交变磁磁场对周周围的通通信网络络、信号号系统、晶晶闸管触触发系统统及自动动控制系系统产生生干扰。2.1.4 短短路故障障分析的的内容和和目的电力系统统的安全全运行，首首先是电电力设备备的安全全运行，当当电力设设备发生生短路故故障时，首首先要求求快速准准确的切切除故障障，这就就要求在在电力系系统的设设计和运运行中，需需要合理理的选择择电气设设备、电电气接线线，正确确的配置置和设计计继电保保护以及及限制短短路电流流的措施施。例如如，选择择断路器器，必须须保证断断路器的的开断容容量大于于系

29、统发发生短路路时流过过本支路路的最大大短路电电流，同同时还要要进行短短路后的的热稳定定和动稳稳定校验验。再比比如，继继电保护护的整定定，也需需要对系系统进行行短路计计算和分分析。短路故障障的分析析和计算算，主要要是短路路电流的的计算和和分析。当当系统突突然发生生短路时时，短路路电流将将从故障障前的正正常运行行电流过过渡到故故障后的的稳态电电流，短短路电流流是从短短路后随随着时间间的变化化而变化化的，因因此有必必要对电电力系统统三相短短路后的的故障暂暂态过程程进行分分析。另另外，同同步发电电机转子子中的暂暂态电流流将导致致在定子子中感应应出衰减减的工频频分量、衰衰减的倍倍频分量量和衰减减的直流流

30、分量。下下面将分分别对无无穷大电电源系统统和同步步发电机机机端发发生三相相短路后后，短路路电流的的过渡过过程进行行分析和和计算。2 .22 简单单无穷大大电源系系统三相相短路电电流分析析2.2.1 简简单无穷穷大电源源供电系系统的三三相短路路暂态电电流如图2-1所示示的简单单对称三三相系统统，电源源为无限限大功率率电源，即即恒定电电势源，AA相的电电源，BB相和CC相的电电源依次次与A相相相差1120度度。假设设在t=0时刻刻，突然然在F点点发生三三相短路路时，分分析其暂暂态过程程。图2-11 无穷穷大电源源三相系系统2.2.2短路路后的暂暂态过程程分析对于图22-1所所示的三三相电路路，短路

31、路发生前前，电路路处于稳稳态，其其a相的的电流表表达式为为： (2-11) 式中 (22-2) (2-3) 当突然然发生三三相短路路时，这这个电路路即被分分成两个个独立的的回路。左左边的回回路仍与与电源连连接，而而右边的的回路则则变为没没有电源源的回路路。在右右边回路路中，电电流将从从短路发发生瞬间间的值不不断地衰衰减，一一直衰减减到磁场场中储存存的能量量全部变变为电阻阻中所消消耗的热热能，电电流即衰衰减为零零。在与与电源相相连的左左边回路路中，每每相阻抗抗由原来来的减小小为，其其稳态电电流值必必将增大大。短路路暂态过过程的分分析与计计算就是是针对这这一回路路的。短路的全全电流为为：(2-44

32、)由于三相相电路对对称，只只要用和和代替式式（2-4）中中的就可可分别得得到b相相和c相相电流表表达式。现现将三相相短路电电流表达达式综合合如下： (2-5)图 2-2三相相电流短短路波形形图图2-22示出三三相电流流变化的的情况（在在某一初初始相角角为时）。由由图可见见，短路路前三相相电流和和短路后后三相的的交流分分量均为为幅值相相等、相相角相差差的三个个正弦电电流，直直流分量量电流使使t=00时短路路电流值值与短路路前瞬间间的电流流值相等等。由于于有了直直流分量量，短路路电流曲曲线的对对称轴不不再是时时间轴，而而直流分分量曲线线本身就就是短路路电流曲曲线的对对称轴。因因此，当当已知一一短路

33、电电流曲线线时，可可以应用用这个性性质把直直流分量量从短路路电流曲曲线中分分离出来来，即将将短路电电流曲线线的两根根包络线线间的垂垂直线等等分，如如图2-2中所所示，得得到的等等分线就就是直流流分量曲曲线。由图2-2还可可以看出出，直流流分量起起始值越越大，短短路电流流瞬时值值越大。在在电源电电压幅值值和短路路回路阻阻抗恒定定的情况况下，由由式（22-4）和和（2-5）可可知，直直流分量量的起始始值与电电源电压压的初始始相角（相相应于时时刻发生生短路）、短短路前回回路中的的电流值值有关。由由式（22-4）可可见，由由于短路路后的电电流幅值值比短路路前的电电流幅值值大很多多，直流流分量起起始值的

34、的最大值值（绝对对值）出出现在|的值最最小、|的值值最大时时，即，时。在在高压电电网中，感感抗值要要比电阻阻值大得得多，即即，故，此此时，或或。三相中直直流电流流起始值值不可能能同时最最大或同同时为零零。在任任意一个个初相角角下，总总有一相相的直流流电流起起始值较较大，而而有一相相较小。由由于短路路瞬时是是任意的的，因此此必须考考虑有一一相的直直流分量量起始值值为最大大值。 根据前前面的分分析可以以得出这这样的结结论：当当短路发发生在电电感电路路中、短短路前为为空载的的情况下下直流分分量电流流最大，若若初始相相角满足足，则一一相（aa相）短短路电流流的直流流分量起起始值的的绝对值值达到最最大值

35、，即即等于稳稳态短路路电流的的幅值。2.2.3 短短路冲击击电流短路电流流在前述述最恶劣劣短路情情况下的的最大瞬瞬时值，称称为短路路冲击电电流。根据以上上分析，当当短路发发生在电电感电路路中，且且短路前前空载、其其中一相相电源电电压过零零点时，该该相处于于最严重重的情况况。以aa相为例例，将、代入式式（2-5）得得a相全全电流的的算式如如下： （22-6）图2-33 直流流分量最最大时短短路电流流波形电流波形形示于图图2-33。从图图中可见见，短路路电流的的最大瞬瞬时值，即即短路冲冲击电流流，将在在短路发发生经过过约半个个周期后后出现。当当f为550Hzz时，此此时间约约为0.01ss。由此此

36、可得冲冲击电流流值为： （2-7） 式中称为为冲击系系数，即即冲击电电流值对对于交流流电流幅幅值的倍倍数。很很明显，值为12。在使用计算中，一般取为1.81.9。冲击电流流主要用用于检验验电气设设备和载载流导体体的动稳稳定度。2.2.4最大大有效值值电流在短路暂暂态过程程中，任任一时刻刻t的短短路电流流有效值值，是以以时刻tt为中心心的一个个周期内内瞬时电电流的均均方根值值，即 （2-8） 式中假设设在t前前后一周周内不变变。由图2-4可知知，最大大有效值值电流也也是发生生在短路路后半个个周期时时 （22-9） 时，；时，。第三章 电力系系统短路路电流的的实用计计算上一章讨讨论了无无限电源源供

37、大电电的系统统三相短短路电流流的变化化情形，认认为短路路后电源源电压和和频率均均保持不不变，忽忽略了电电源内部部的暂态态变化过过程，但但是当短短路点距距电源较较近时，必必须计及及电源内内部的暂暂态变化化过程，这个衰减变化过程主要分为三个阶段即：次暂态阶段、暂态阶段和稳态阶段，每一阶段发电机都呈现不同的电抗和不同的衰减时间常数，此过程的分析较复杂。对于包含有许多台发电机的实际电力系统，在进行短路电流的工程实用计算时，没有必要作复杂的分析。实际上，电力系统短路电流的工程计算在大多数情况下，只要求计算短路电流基频交流分量的初始值，也称为次暂态电流。这是由于使用快速保护和高速断路器后，断路器开断时间小

38、于0.1s，此外，若已知交流分量的初始值，即可以近似决定直流分量以至冲击电流。交流分量初始值的计算原理比较简单，可以手算，但对于大型电力系统则一般应用计算机来计算。工程上还用一种运算曲线，是按不同类型发电机，给出暂态过程中不同时刻短路电流交流分量有效值对发电机与短路点间电抗的关系曲线，它可用来近似计算短路后任意时刻的交流电流。3.1交交流电流流初始值值的计算算在短路后后瞬时发发电机可可用次暂暂态电动动势和次次暂态电电抗等值值，所以以短路交交流分量量初始值值的计算算实质上上是一个个稳态交交流电路路的计算算问题，只只是电力力系统有有些特殊殊问题需需要注意意。3.1.1计算算的条件件和近似似（1）

39、各台发发电机均均用次暂暂态电抗抗作为其其等值电电抗，即即假设dd轴和qq轴等值值电抗均均为。发发电机的的等值电电势则为为次暂态态电势： （331）虽然不具具有和那种在在突然短短路前后后不变的的特性，但但从计算算角度考考虑近似似认为不不突变是是可取的的。 调相机机虽然没没有驱动动的原动动机，但但在短路路后瞬间间由于惯惯性，转转子速度度保持不不变，在在励磁作作用下同同发电机机一样向向短路点点送短路路电流。在在计算时时它和发发电机一一样以和和为其等等值参数数。调相相机在短短路前若若为欠激激运行，即即吸收系系统无功功，根据据式（331），其其将小于于端电压压，所以以只有在在短路后后端电压压小于时时，调

40、相相机才送送出短路路电流。如果在计计算中忽忽略负荷荷，则短短路前为为空载状状态，所所有电源源的次暂暂态电动动势均取取为额定定电压，其其标幺值值为1，而而且同相相位。当短路点点远离电电源时，可可将发电电机端电电压母线线看作是是恒定电电压源，电电压值取取为额定定电压。（2）在在电网方方面，作作为短路路电流计计算时可可以比潮潮流计算算简单。一一般可以以忽略线线路对地地电容和和变压器器的励磁磁回路，因因为短路路时电网网电压较较低，这这些对“地”支路的的电流较较正常运运行时更更小，而而短路电电流很大大。另外外，在计计算高压压电网时时还可以以忽略电电阻。对对于必须须计及电电阻的低低压电网网或电缆缆线路，为

41、为了避免免复数运运算可以以近似用用阻抗模模值进行行计算。在在标幺值值运算中中采用近近似方法法，即不不考虑变变压器的的实际变变比，而而认为变变压器的的变比均均为平均均额定电电压之比比。（3）负负荷对短短路电流流的影响响是很难难准确估估计的。最最简单和和粗略的的估计方方法是不不计负荷荷（均断断开），即即短路前前按空载载情况决决定次暂暂态电动动势，短短路后电电网上依依旧不接接负荷。这这样近似似的可行行性是基基于负荷荷电流较较短路电电流小的的多的原原故，但但对于计计算远距距离短路路点的支支路电流流可能会会有较大大的误差差。短路前计计及负荷荷只需要要应用潮潮流计算算所得的的发电机机端电压压和发电电机注入

42、入功率，由由下式求求得各发发电机的的次暂态态电动势势： （332）G为发电电机的台台数。短路后电电网中的的负荷可可以近似似用恒定定阻抗表表示，阻阻抗值由由短路前前的潮流流计算结结果中的的负荷端端电压和和求得： (33)L为负荷荷总数。这种近似似的方法法没有计计及短路路后瞬时时电动机机倒送短短路电流流的现象象。短路路同时电电动机和和调相机机一样可可能送出出短路电电流。异异步电动动机也可可以用一一个与转转子绕组组交链的的磁链成成正比的的电动势势，称为为次暂态态电动势势以及相相应的次次暂态电电抗（d、q轴相同同）作为为定子交交流分量量的等值值电动势势和电抗抗。次暂暂态电动动势在短短路前后后瞬间不不变

43、，因因此同样样可以用用和计算短短路初始始电流。当当短路瞬瞬间异步步电动机机端电压压低于时时，异步步电动机机就变成成了一个个暂时电电源向外外供应短短路电流流。由正常运运行方式式计算而而得，设设正常时时电动机机端电压压为，吸吸收的电电流为，则则：（344） 其模值值为： （355） 式中为为功率因因数角。若若短路前前为额定定运行方方式，取取0.22，电动动机端点点短路的的交流电电流初始始值约为为电动机机额定电电流的44.5倍。 异步电电动机没没有励磁磁电源，故故短路后后的交流流最终衰衰减至零零，而且且由于电电动机转转子电阻阻相对于于电抗较较大，该该交流电电流衰减减较快，与与直流分分量的衰衰减时间间

44、常数差差不多，数数值约为为百分之之几秒。考考虑到此此现象，在在计算短短路冲击击电流时时虽仍应应用公式式，但一一般将冲冲击系数数取得较较小，如如容量为为10000KWW以上的的异步电电动机取取KM=1.771.8。 实际上上，负荷荷是综合合性的，很很难准确确计及电电动机对对短路电电流的影影响，而而且一般般电动机机距短路路点较远远，提供供的短路路电流不不大，因因此在实实用计算算中对于于短路点点附近，显显著提供供短路电电流的大大容量电电动机，才才按上述述方法以以、作为电电动机的的等值参参数计算算。3.2简简单系统统计算图311 简单单系统等等值电路路（a）系系统图；（b）等等值电路路；（cc）简化化等值电电路；（dd）应用用叠加原原理的等等值电路路 图31（aa）所示示为两台台发电机机向负荷荷供电的的简单系系统。母母线1、22、3上上均接有有综合性性负荷，现现分析母母线3发发生三相相短路时时，短路路电流交交流分量量的初始始值。图图311（b）是是系统的的等值电电路。在在采用了了和忽略略负荷的的近似后后，计算算用等值值电路如如图31（cc）所示示。对于于这样的的发电机机直接与与短路点点相连的的简单电电路，短短路电流流可直接接表示为为： （3-6） 另一种种方法是是应用叠叠加原理理，其等等值电路路图如776（dd）所示示，因正正常情况况下短路路点的电电流为零零，则短短路