三相短路故障分析

研究生课程论文

（2014—2015学年第1学期）

课程名称： 电力系统运行与控制

课程类型： 专业课

授课教师：

学 时： 36 学 分： 2.0 论文得分 批阅人签字

批阅意见：

论文题目 基于MATLAB的三相短路仿真与分析 姓名： 学号：

年级： 专业： 电气工程 学院： 电气学院

注意事项：

1、 以上各项由研究生本人认真填写；

2、 研究生课程论文应符合一般学术规范，具

有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；

3、 论文得分由批阅人填写，并签字确认；批

阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见（原则上不少于50字）；

4、 原则上要求所有课程论文均须用A4纸打

印，加装本封面，左侧

武汉华能阳光电气三相交流系统短路电流计算

武汉华能阳光电气有限公司

三相交流系统短路电流计算

第一部分：短路电流计算

1. 2. 3.

图 15 一台发电机馈电短路示意图

4.短路电流峰值ip

武汉华能阳光电气三相交流系统短路电流计算

武汉华能阳光电气有限公司

短路电流峰值ip的计算见第9.1.1.2条，发电机的电阻和电抗应用校正后的值，即KGRG和KGI〃d。

5. 对称开断电流Ib

对称开断电流Ib是电流I〃k在经一短暂时间衰减后达到的值，用系数μ表 示衰减常数，即

Ib=μI〃k(46)

μ与tmin和I〃k/IrG比值有关，可根据I〃k/IrG比值和选择的tmin

/IrG

对tmin 0.02s, =0.84+0.26e-0.26IkG

/对tmin 0.52s, =0.71+0.51e-0.30IkG

I对tmin 010.s, =0.62+0.72e-0.32对tmin 0.025s, =0.56+0.94e(47)

上式中，μ步调相机(tmin1.6倍额定负载下的励磁电压)。式中的I〃kG(I〃kG)和IkG应归算到同一电压下的值。计算电动机的μ值时，式中I〃 kG/I〃rM

当I〃kG/IkG≤2，式(47)中μ值取μ=1。 μ值也可按

. . .

6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析

6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程

上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。

同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图

图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子

武汉华能阳光电气三相交流系统短路电流计算

武汉华能阳光电气有限公司

三相交流系统短路电流计算

第一部分：短路电流计算

1. 2. 3.

图 15 一台发电机馈电短路示意图

4.短路电流峰值ip

武汉华能阳光电气三相交流系统短路电流计算

武汉华能阳光电气有限公司

短路电流峰值ip的计算见第9.1.1.2条，发电机的电阻和电抗应用校正后的值，即KGRG和KGI〃d。

5. 对称开断电流Ib

对称开断电流Ib是电流I〃k在经一短暂时间衰减后达到的值，用系数μ表 示衰减常数，即

Ib=μI〃k(46)

μ与tmin和I〃k/IrG比值有关，可根据I〃k/IrG比值和选择的tmin

/IrG

对tmin 0.02s, =0.84+0.26e-0.26IkG

/对tmin 0.52s, =0.71+0.51e-0.30IkG

I对tmin 010.s, =0.62+0.72e-0.32对tmin 0.025s, =0.56+0.94e(47)

上式中，μ步调相机(tmin1.6倍额定负载下的励磁电压)。式中的I〃kG(I〃kG)和IkG应归算到同一电压下的值。计算电动机的μ值时，式中I〃 kG/I〃rM

当I〃kG/IkG≤2，式(47)中μ值取μ=1。 μ值也可按

6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程

上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。

图6-6 凸极式同步发电机示意图

图6-6为凸极同步发电

中华人民共和国国家标准 三相交流系统短路电流计算

GB/T 15544—1995

Short-circuit current calculation in three-phase a.c. systems

国家技术监督局1995-04-06批准 1996-01-01实施

本标准等效采用IEC909(1988)《三相交流系统短路电流计算》(以下简称《909标准》)。

第一篇 概 述

1 主题内容与适用范围 1.1 主题内容

本标准规定了用等效电压源法计算三相交流系统短路电流，并提出了计算中采用的校正系数的求取方法及推荐值。 1.2 适用范围

本标准适用于标称电压380V～220kV，频率50Hz的三相交流系统的短路电流计算。 本标准不适用于受控条件(短路试验站)下人为短路和飞机、船舶用电气设备的短路计算。

本标准主要作为进出口设备及对外工程投标使用，在国内工程计算中逐步推广采用。 2 引用标准

GB 156—93 额定电压

GB 2900.1—92 电工术语 基本术语 GB 2900.25—94 电工术语 旋转电机 3 术语

3.1 短

复杂电网三相短路计算的MATLAB仿真

题 目 复杂电网三相短路计算的MATLAB仿真 院 系 信电学院 专 业 电气工程及其自动化

摘要

随着电力工业的发展，用电负荷的不断增加，电力系统的规模随之越来越大，这就为电力系统的分析计算增加难度，而电力系统分析计算在现代社会则显得愈加重要，尤其对于故障情况时，能够及时快速的切除故障提供依据。本次课程设计从电力系统分析的基础知识出发，对电力系统的网络图进行简化，进行分析，运用支路追加法计算其阻抗矩阵、利用因子表分解法求解因子表、由阻抗矩阵和因子表计算任意支路短路故障点短路时的短路电流。并对计算结果进行对比分析，回代验证其正确性，进而完成电力系统的计算部分。

电力系统的运行表明，在解决事故故障时要不断的实验，在现实设备中很难实现，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。考虑这两种情况，寻求一种接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具十分重要，而MATLAB软件为解决具体的工程问题提供了快速、准确和简洁的途径。

关键词：电力系统 阻抗矩阵 故

第8章 电力系统三相 短路的分析与计算

§8-1 短路的基本概念

故障:一般指短路和断线,分为简单故障和复杂故障 故障:一般指短路和断线, 简单故障:电力系统中的单一故障 简单故障: 复杂故障:同时发生两个或两个以上故障 复杂故障: 短路:指一切正常运行之外的相与相之间或相与地 短路: 之间的连接。 之间的连接。

泸州职业技术学院

电力系统

短路的主要原因 8.1.1 短路的主要原因1.设备或装置存在隐患:绝缘材料的自然老化，设计、 1.设备或装置存在隐患:绝缘材料的自然老化，设计、 设备或装置存在隐患 自然老化 安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。 设备缺陷发展成短路 安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。 2.恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作， 2.恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空 恶劣天气 闪络放电或避雷器动作 线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。 线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。 3.人为误操作 如运行人员带负荷拉刀闸， 人为误操作， 3.人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备 检修后未拆除地线就加上电压引起短路。 检修后未拆除地线就加上电压引起短路。 4.挖沟损伤电缆，

三相同步发电机的突然短路实验

一、实验目的

1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。

2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。

4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波

形。

二、预习要点

1、三相同步电机突然短路的数学分析

三、实验项目

1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。

四、实验方法

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 D52

3、 观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形

（1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻Rf1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。Rf2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，Rf1调至最小位置，电阻Rf2调至最大位置。开关S处于断开状态。

（2）、先接通校正直流测功机的励磁电源

三相同步发电机的突然短路实验

一、实验目的

1、掌握超导体闭合回路磁链守恒原则。

2、熟悉三相突然短路的物理分析，短路电流及时间常数的计算。 3、了解瞬变电抗和超瞬变电抗及其测定方法。

4、 观察三相同步发电机在空载状态下突然短路时定子绕组以及励磁绕组通过的瞬间电流波

形。

二、预习要点

1、三相同步电机突然短路的数学分析

三、实验项目

1、观察突然短路时定子绕组以及励磁绕组的瞬间电流。

四、实验方法

1、实验设备 序 号 1 2 3 4 5 6 D52

3、 观察三相同步发电机突然短路瞬间的电流波形

（1）、按照图5-9接线，其中校正直流测功机的励磁电阻Rf1选用R1上的900Ω加900Ω共1800Ω阻值，限流电阻选用R2上的90Ω串联90Ω共180Ω阻值。电阻R选用R上的650Ω并联650Ω共325Ω阻值，再调到5Ω。Rf2选用R3上900Ω串联900Ω共1800Ω阻值。交流电流表选用MET01上的数模双显智能交流电流表，开关S选用D52上的交流接触器。同步机的励磁电源选用D52上提供的电源。启动之前电阻R1调至最大位置，Rf1调至最小位置，电阻Rf2调至最大位置。开关S处于断开状态。

（2）、先接通校正直流测功机的励磁电源