《電力系統(tǒng)短路分析》課件

電力系統(tǒng)短路分析本課件旨在系統(tǒng)地介紹電力系統(tǒng)短路分析的理論、方法和應(yīng)用，使學(xué)習(xí)者能夠掌握電力系統(tǒng)短路分析的基本概念、計(jì)算方法和應(yīng)用技巧，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。電力系統(tǒng)短路分析是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，通過對電力系統(tǒng)短路故障進(jìn)行分析，可以及時發(fā)現(xiàn)和排除故障隱患，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。課程簡介課程內(nèi)容本課程主要包括短路概述、短路計(jì)算的基本原理、短路電流計(jì)算方法、對稱短路計(jì)算、非對稱短路計(jì)算、短路電流的限制措施、短路計(jì)算的應(yīng)用、基于MATLAB的短路計(jì)算、智能電網(wǎng)中的短路分析、短路分析的發(fā)展趨勢等內(nèi)容。課程特色本課程注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過大量的案例分析和MATLAB仿真，使學(xué)習(xí)者能夠深入理解短路分析的原理和方法，掌握短路計(jì)算的應(yīng)用技巧。同時，本課程還關(guān)注智能電網(wǎng)中的短路分析問題，使學(xué)習(xí)者能夠了解短路分析的最新發(fā)展趨勢。課程目標(biāo)1掌握短路分析的基本概念了解短路的概念、類型、原因和危害，理解短路計(jì)算的目的和意義。2掌握短路計(jì)算的基本原理掌握標(biāo)幺值系統(tǒng)、阻抗變換、網(wǎng)絡(luò)等值、對稱分量法和序阻抗網(wǎng)絡(luò)等基本原理。3掌握短路電流計(jì)算方法掌握電壓源法、阻抗矩陣法、潮流法、疊加法和簡化計(jì)算方法等短路電流計(jì)算方法。4掌握短路計(jì)算的應(yīng)用了解短路計(jì)算在設(shè)備選擇和校驗(yàn)、繼電保護(hù)整定、電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力系統(tǒng)故障分析等方面的應(yīng)用。學(xué)習(xí)方法認(rèn)真聽講課堂上認(rèn)真聽講，積極思考，及時提問，做好筆記。課后復(fù)習(xí)課后及時復(fù)習(xí)，鞏固知識，完成作業(yè)，查閱相關(guān)資料。實(shí)踐操作積極參加實(shí)踐操作，運(yùn)用所學(xué)知識，解決實(shí)際問題。小組討論積極參與小組討論，交流學(xué)習(xí)心得，互相幫助，共同進(jìn)步。預(yù)備知識電路理論掌握電路的基本概念、定律和分析方法。電機(jī)學(xué)了解電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)和特性。電力系統(tǒng)基礎(chǔ)了解電力系統(tǒng)的組成、運(yùn)行和控制。第一章短路概述1短路的概念定義：電力系統(tǒng)中相與相之間或相與地之間發(fā)生的非正常連接。2短路的類型分類：三相短路、兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路。3短路的原因誘因：絕緣損壞、過電壓、外力破壞等。4短路的危害影響：設(shè)備損壞、系統(tǒng)不穩(wěn)定、人身安全威脅。1.1短路的概念定義電力系統(tǒng)中，原本具有一定阻抗的兩點(diǎn)之間，由于某種原因，阻抗突然降低到很小甚至為零的現(xiàn)象。本質(zhì)一種非正常運(yùn)行狀態(tài)，會導(dǎo)致電流急劇增大，電壓驟降。特點(diǎn)電流大、時間短、破壞性強(qiáng)。1.2短路的類型三相短路1兩相短路2單相接地短路3兩相接地短路41.3短路的原因1自然因素雷擊、地震、洪水等。2設(shè)備老化絕緣老化、機(jī)械損傷等。3人為因素誤操作、違章作業(yè)等。短路是電力系統(tǒng)中最常見的故障之一，其發(fā)生的原因多種多樣，既有自然因素的影響，也有設(shè)備自身老化以及人為因素的干擾。準(zhǔn)確分析短路原因，有助于采取針對性的預(yù)防措施，降低短路發(fā)生的概率。1.4短路電流的危害1設(shè)備損壞過電流和電動力作用。2系統(tǒng)不穩(wěn)定電壓驟降和功率振蕩。3人身安全電擊和火災(zāi)風(fēng)險。短路電流的危害是多方面的，不僅會對電力設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞，導(dǎo)致設(shè)備壽命縮短甚至報(bào)廢，還會引起電力系統(tǒng)電壓驟降和功率振蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。更重要的是，短路電流還會對人身安全構(gòu)成威脅，存在電擊和火災(zāi)風(fēng)險。1.5短路計(jì)算的目的和意義短路計(jì)算是電力系統(tǒng)分析的重要組成部分，其主要目的是為電力系統(tǒng)的設(shè)備選擇、繼電保護(hù)整定和系統(tǒng)規(guī)劃提供依據(jù)。通過短路計(jì)算，可以確定電力系統(tǒng)中各設(shè)備的短路電流承受能力，從而選擇合適的設(shè)備型號，避免因短路電流過大而導(dǎo)致設(shè)備損壞。同時，短路計(jì)算還可以為繼電保護(hù)的整定提供依據(jù)，確保繼電保護(hù)裝置能夠及時、準(zhǔn)確地切除故障，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。第二章短路計(jì)算的基本原理標(biāo)幺值系統(tǒng)將實(shí)際值轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值，簡化計(jì)算。阻抗變換改變阻抗的參考電壓等級。網(wǎng)絡(luò)等值簡化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，降低計(jì)算量。2.1標(biāo)幺值系統(tǒng)定義以選定的基準(zhǔn)值為單位來表示各物理量的數(shù)值。優(yōu)點(diǎn)簡化計(jì)算，消除電壓等級的影響，便于比較不同設(shè)備的運(yùn)行情況。2.2阻抗變換1目的將不同電壓等級的阻抗統(tǒng)一到同一電壓等級下進(jìn)行計(jì)算。2方法根據(jù)變壓器的變比關(guān)系進(jìn)行變換。3公式Z?=Z?*(U?/U?)22.3網(wǎng)絡(luò)等值目的簡化復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)，減少計(jì)算量。方法保留重要節(jié)點(diǎn)，將其他節(jié)點(diǎn)等效為阻抗或電源。常用方法Ward等值、線性規(guī)劃等值。2.4對稱分量法正序分量與原三相系統(tǒng)相序相同。負(fù)序分量與原三相系統(tǒng)相序相反。零序分量三相幅值相等，相位相同。2.5序阻抗網(wǎng)絡(luò)1正序阻抗網(wǎng)絡(luò)描述正序電流的流動路徑。2負(fù)序阻抗網(wǎng)絡(luò)描述負(fù)序電流的流動路徑。3零序阻抗網(wǎng)絡(luò)描述零序電流的流動路徑。第三章短路電流計(jì)算方法電壓源法將短路點(diǎn)視為電壓源，計(jì)算短路電流。阻抗矩陣法利用阻抗矩陣計(jì)算短路電流。潮流法利用潮流計(jì)算結(jié)果，計(jì)算短路電流。3.1電壓源法步驟11步驟22步驟33步驟443.2阻抗矩陣法1形成阻抗矩陣2求逆3計(jì)算短路電流阻抗矩陣法是一種常用的短路電流計(jì)算方法，其核心思想是利用電力系統(tǒng)的阻抗矩陣來描述電力網(wǎng)絡(luò)的電氣特性。該方法首先需要形成電力系統(tǒng)的阻抗矩陣，然后對阻抗矩陣進(jìn)行求逆運(yùn)算，得到導(dǎo)納矩陣。最后，根據(jù)導(dǎo)納矩陣和短路點(diǎn)的電壓，計(jì)算出短路電流。阻抗矩陣法具有計(jì)算精度高、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)的短路電流計(jì)算。3.3潮流法1潮流計(jì)算2疊加3計(jì)算短路電流潮流法是一種基于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果的短路電流計(jì)算方法。該方法首先需要進(jìn)行電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，得到電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓和功率分布情況。然后，在短路點(diǎn)處注入一個與短路電流方向相反的電流源，再次進(jìn)行潮流計(jì)算。最后，將兩次潮流計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行疊加，得到短路電流。潮流法具有計(jì)算速度快、占用內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)，適用于大規(guī)模電力系統(tǒng)的短路電流計(jì)算。3.4疊加法穩(wěn)態(tài)分量暫態(tài)分量疊加法是一種將短路電流分解為穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量進(jìn)行計(jì)算的方法。該方法首先需要計(jì)算短路電流的穩(wěn)態(tài)分量，即短路發(fā)生后經(jīng)過足夠長時間，電力系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時的短路電流。然后，計(jì)算短路電流的暫態(tài)分量，即短路發(fā)生后瞬間，由于電力系統(tǒng)電感和電容的存在，短路電流中存在的非周期性分量。最后，將穩(wěn)態(tài)分量和暫態(tài)分量進(jìn)行疊加，得到完整的短路電流。疊加法可以更準(zhǔn)確地描述短路電流的動態(tài)過程，適用于對短路電流的動態(tài)特性有較高要求的場合。3.5簡化計(jì)算方法忽略電阻忽略線路和變壓器的電阻。簡化網(wǎng)絡(luò)忽略非重要元件。近似計(jì)算采用近似公式計(jì)算。第四章對稱短路計(jì)算三相短路電力系統(tǒng)中最為嚴(yán)重的短路類型，三相同時發(fā)生短路，電流最大。計(jì)算簡化由于對稱性，計(jì)算較為簡單，只需考慮正序網(wǎng)絡(luò)。4.1三相短路計(jì)算1計(jì)算步驟1.確定計(jì)算點(diǎn)；2.建立正序網(wǎng)絡(luò)；3.計(jì)算等值阻抗；4.計(jì)算短路電流。2計(jì)算公式I=U/Z3注意事項(xiàng)考慮變壓器變比、線路阻抗等因素。4.2考慮電弧電阻的短路計(jì)算電弧電阻短路點(diǎn)處產(chǎn)生的電弧具有一定的電阻，會影響短路電流的大小。計(jì)算方法在短路計(jì)算中，將電弧電阻考慮在內(nèi)，修正短路電流的計(jì)算結(jié)果。影響因素電弧長度、電弧電流、電弧周圍介質(zhì)等因素會影響電弧電阻的大小。4.3考慮負(fù)荷的短路計(jì)算異步電機(jī)在短路過程中，異步電機(jī)將釋放電能，影響短路電流的大小。同步電機(jī)同步電機(jī)也會釋放電能，但其影響與異步電機(jī)不同。靜態(tài)負(fù)荷靜態(tài)負(fù)荷對短路電流的影響較小，可以忽略不計(jì)。4.4短路容量的計(jì)算1定義表征電力系統(tǒng)承受短路電流能力的一個指標(biāo)。2計(jì)算公式S=√3*U*I3意義用于設(shè)備選型和系統(tǒng)規(guī)劃。第五章非對稱短路計(jì)算單相接地短路兩相短路兩相接地短路5.1單相接地短路計(jì)算正序網(wǎng)絡(luò)1負(fù)序網(wǎng)絡(luò)2零序網(wǎng)絡(luò)35.2兩相短路計(jì)算1正序網(wǎng)絡(luò)2負(fù)序網(wǎng)絡(luò)兩相短路是指電力系統(tǒng)中兩相導(dǎo)體之間發(fā)生短路故障的情況。與三相短路相比，兩相短路是一種非對稱故障，需要利用對稱分量法進(jìn)行分析計(jì)算。在兩相短路計(jì)算中，需要分別建立電力系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)，然后將兩個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成一個完整的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。通過對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解，可以得到兩相短路電流的大小和分布情況。兩相短路計(jì)算的結(jié)果對于繼電保護(hù)的整定和故障診斷具有重要意義。5.3兩相接地短路計(jì)算1正序網(wǎng)絡(luò)2負(fù)序網(wǎng)絡(luò)3零序網(wǎng)絡(luò)兩相接地短路是指電力系統(tǒng)中兩相導(dǎo)體同時發(fā)生接地故障的情況。與單相接地短路相比，兩相接地短路的故障電流更大，對電力系統(tǒng)的危害也更大。在兩相接地短路計(jì)算中，需要同時建立電力系統(tǒng)的正序網(wǎng)絡(luò)、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)和零序網(wǎng)絡(luò)，然后將三個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，形成一個完整的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。通過對該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解，可以得到兩相接地短路電流的大小和分布情況。兩相接地短路計(jì)算的結(jié)果對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。5.4不同類型短路的比較不同類型的短路故障，其短路電流的大小和對電力系統(tǒng)的影響程度也不同。一般來說，三相短路是最為嚴(yán)重的短路類型，其短路電流最大，對電力系統(tǒng)的沖擊也最大。兩相短路的短路電流略小于三相短路，但仍然會對電力系統(tǒng)造成較大的影響。單相接地短路的短路電流相對較小，但由于接地電流的存在，容易引起接地故障，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。兩相接地短路的短路電流介于兩相短路和單相接地短路之間，其危害程度也介于兩者之間。第六章短路電流的限制措施限流電抗器限制短路電流的有效措施。快速斷路器快速切除故障，減少短路電流的持續(xù)時間。故障電流限制器一種新型的短路電流限制裝置。6.1限制短路電流的必要性保護(hù)設(shè)備防止短路電流損壞電力設(shè)備。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性減小短路電流對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。保障人身安全降低觸電和火災(zāi)風(fēng)險。6.2提高系統(tǒng)運(yùn)行電壓1原理提高電壓可以降低電流。2優(yōu)點(diǎn)可以降低短路電流，提高電力系統(tǒng)的輸送能力。3缺點(diǎn)需要更換設(shè)備，投資較大。6.3采用分裂母線運(yùn)行方式原理將母線分為多個部分，減少短路電流的流通路徑。優(yōu)點(diǎn)可以有效限制短路電流，提高電力系統(tǒng)的可靠性。缺點(diǎn)需要增加開關(guān)設(shè)備，運(yùn)行方式較為復(fù)雜。6.4采用串聯(lián)電抗器原理在電力系統(tǒng)中串聯(lián)電抗器，增加短路回路的阻抗，從而限制短路電流。優(yōu)點(diǎn)簡單可靠，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)會增加電力系統(tǒng)的電壓降，影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行。6.5采用快速斷路器1原理快速切除短路故障，減少短路電流的持續(xù)時間。2優(yōu)點(diǎn)可以有效保護(hù)電力設(shè)備，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3缺點(diǎn)成本較高，對繼電保護(hù)的要求較高。6.6采用限流電抗器原理一種特殊的電抗器，在正常運(yùn)行時阻抗較小，在短路時阻抗迅速增大，從而限制短路電流。優(yōu)點(diǎn)可以有效限制短路電流，且對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響較小。缺點(diǎn)成本較高，技術(shù)較為復(fù)雜。6.7采用故障電流限制器原理1優(yōu)點(diǎn)2缺點(diǎn)3第七章短路計(jì)算的應(yīng)用1設(shè)備選擇2繼電保護(hù)3系統(tǒng)規(guī)劃4系統(tǒng)運(yùn)行5故障分析短路計(jì)算在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，涵蓋了設(shè)備選擇、繼電保護(hù)整定、電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力系統(tǒng)故障分析等多個方面。通過短路計(jì)算，可以確定電力系統(tǒng)中各設(shè)備的短路電流承受能力，從而選擇合適的設(shè)備型號，避免因短路電流過大而導(dǎo)致設(shè)備損壞。同時，短路計(jì)算還可以為繼電保護(hù)的整定提供依據(jù)，確保繼電保護(hù)裝置能夠及時、準(zhǔn)確地切除故障，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，短路計(jì)算還可以為電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行提供重要參考，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。7.1設(shè)備選擇和校驗(yàn)1斷路器2隔離開關(guān)3互感器在電力系統(tǒng)中，各種設(shè)備的選型都需要考慮短路電流的影響。例如，斷路器需要能夠承受短路電流的沖擊，隔離開關(guān)需要能夠承受短路電流的電動力作用，互感器需要能夠準(zhǔn)確測量短路電流。通過短路計(jì)算，可以確定電力系統(tǒng)中各設(shè)備的短路電流承受能力，從而選擇合適的設(shè)備型號，避免因短路電流過大而導(dǎo)致設(shè)備損壞。同時，在設(shè)備投入運(yùn)行前，還需要進(jìn)行短路電流的校驗(yàn)，以確保設(shè)備能夠滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求。7.2繼電保護(hù)整定過流保護(hù)差動保護(hù)距離保護(hù)繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。繼電保護(hù)裝置需要能夠及時、準(zhǔn)確地切除故障，避免故障擴(kuò)大，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。繼電保護(hù)的整定需要考慮短路電流的影響，以確保繼電保護(hù)裝置能夠正確動作。通過短路計(jì)算，可以確定電力系統(tǒng)中各保護(hù)區(qū)域的短路電流范圍，從而合理整定繼電保護(hù)裝置的動作定值，提高繼電保護(hù)的靈敏性和可靠性。7.3電力系統(tǒng)規(guī)劃變電站選址線路走向系統(tǒng)擴(kuò)容7.4電力系統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行方式合理的運(yùn)行方式可以降低短路電流。安全穩(wěn)定保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。7.5電力系統(tǒng)故障分析1故障類型2故障原因3故障影響第八章基于MATLAB的短路計(jì)算MATLAB簡介MATLAB編程Simulink仿真8.1MATLAB簡介數(shù)值計(jì)算仿真分析編程開發(fā)8.2短路計(jì)算的MATLAB編程1數(shù)據(jù)輸入2矩陣計(jì)算3結(jié)果輸出8.3使用Simulink進(jìn)行短路仿真搭建模型設(shè)置參數(shù)運(yùn)行仿真8.4案例分析案例11案例22案例33第九章智能電網(wǎng)中的短路分析1智能電網(wǎng)2分布式電源3主動配電網(wǎng)4故障診斷智能電網(wǎng)是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，它具有高度的自動化、智能化和信息化等特點(diǎn)。在智能電網(wǎng)中，短路分析面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。由于分布式電源的接入，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，短路電流的計(jì)算也更加困難。同時，主動配電網(wǎng)的出現(xiàn)，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式更加靈活，短路電流的分布也更加難以預(yù)測。此外，智能短路故障診斷技術(shù)的發(fā)展，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了新的保障。