【文章內(nèi)容簡介】 ，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和傷害周圍的人員；（2）產(chǎn)生從電源到短路故障點(diǎn)巨大的短路電流，可達(dá)正常負(fù)荷電流的幾倍到幾十倍；短路電流通過電氣設(shè)備，一方面會使導(dǎo)體大量發(fā)熱，導(dǎo)致設(shè)備因過熱而損壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形、扭曲或損壞；（3）短路也同時(shí)引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓降低得更多，從而可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報(bào)廢或設(shè)備損壞，如電動機(jī)過熱受損等；（4）電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，系統(tǒng)功率分布的突然變化，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)解列甚至瓦解和崩潰。（5）發(fā)生不對稱短路時(shí)，三相不平衡電流會在相鄰的通訊線路感應(yīng)出電動勢，產(chǎn)生的不平衡交變磁場對周圍的通信網(wǎng)絡(luò)、信號系統(tǒng)、晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。 短路故障分析的內(nèi)容和目的電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，首先是電力設(shè)備的安全運(yùn)行，當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生短路故障時(shí)，首先要求快速準(zhǔn)確的切除故障，這就要求在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，需要合理的選擇電氣設(shè)備、電氣接線，正確的配置和設(shè)計(jì)繼電保護(hù)以及限制短路電流的措施。例如，選擇斷路器，必須保證斷路器的開斷容量大于系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)流過本支路的最大短路電流，同時(shí)還要進(jìn)行短路后的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定校驗(yàn)。再比如，繼電保護(hù)的整定，也需要對系統(tǒng)進(jìn)行短路計(jì)算和分析。短路故障的分析和計(jì)算，主要是短路電流的計(jì)算和分析。當(dāng)系統(tǒng)突然發(fā)生短路時(shí)，短路電流將從故障前的正常運(yùn)行電流過渡到故障后的穩(wěn)態(tài)電流，短路電流是從短路后隨著時(shí)間的變化而變化的，因此有必要對電力系統(tǒng)三相短路后的故障暫態(tài)過程進(jìn)行分析。另外，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中的暫態(tài)電流將導(dǎo)致在定子中感應(yīng)出衰減的工頻分量、衰減的倍頻分量和衰減的直流分量。下面將分別對無窮大電源系統(tǒng)和同步發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生三相短路后，短路電流的過渡過程進(jìn)行分析和計(jì)算。2 .2 簡單無窮大電源系統(tǒng)三相短路電流分析 簡單無窮大電源供電系統(tǒng)的三相短路暫態(tài)電流如圖21所示的簡單對稱三相系統(tǒng)，電源為無限大功率電源，即恒定電勢源，A相的電源，B相和C相的電源依次與A相相差120度。假設(shè)在t=0時(shí)刻，突然在F點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)，分析其暫態(tài)過程。圖21 無窮大電源三相系統(tǒng) 短路后的暫態(tài)過程分析 對于圖21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： (21) 式中 (22) (23) 當(dāng)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，而右邊的回路則變?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，一直衰減到磁場中儲存的能量全部變?yōu)殡娮柚兴牡臒崮?，電流即衰減為零。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)過程的分析與計(jì)算就是針對這一回路的。短路的全電流為： (24) 由于三相電路對稱，只要用和代替式（24）中的就可分別得到b相和c相電流表達(dá)式?，F(xiàn)將三相短路電流表達(dá)式綜合如下： (25)圖 22三相電流短路波形圖圖22示出三相電流變化的情況（在某一初始相角為時(shí)）。由圖可見，短路前三相電流和短路后三相的交流分量均為幅值相等、相角相差的三個(gè)正弦電流，直流分量電流使t=0時(shí)短路電流值與短路前瞬間的電流值相等。由于有了直流分量，短路電流曲線的對稱軸不再是時(shí)間軸，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱軸。因此，當(dāng)已知一短路電流曲線時(shí)，可以應(yīng)用這個(gè)性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分，如圖22中所示，得到的等分線就是直流分量曲線。由圖22還可以看出，直流分量起始值越大，短路電流瞬時(shí)值越大。在電源電壓幅值和短路回路阻抗恒定的情況下，由式（24）和（25）可知，直流分量的起始值與電源電壓的初始相角（相應(yīng)于時(shí)刻發(fā)生短路）、短路前回路中的電流值有關(guān)。由式（24）可見，由于短路后的電流幅值比短路前的電流幅值大很多，直流分量起始值的最大值（絕對值）出現(xiàn)在|| 的值最小、||的值最大時(shí)，即，時(shí)。在高壓電網(wǎng)中，感抗值要比電阻值大得多，即，故，此時(shí)，或。 三相中直流電流起始值不可能同時(shí)最大或同時(shí)為零。在任意一個(gè)初相角下，總有一相的直流電流起始值較大，而有一相較小。由于短路瞬時(shí)是任意的，因此必須考慮有一相的直流分量起始值為最大值。 根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論：當(dāng)短路發(fā)生在電感電路中、短路前為空載的情況下直流分量電流最大，若初始相角滿足，則一相（a相）短路電流的直流分量起始值的絕對值達(dá)到最大值，即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。 短路沖擊電流短路電流在前述最惡劣短路情況下的最大瞬時(shí)值，稱為短路沖擊電流。根據(jù)以上分析，當(dāng)短路發(fā)生在電感電路中，且短路前空載、其中一相電源電壓過零點(diǎn)時(shí)，該相處于最嚴(yán)重的情況。以a相為例，將、代入式（25）得a相全電流的算式如下： （26）圖23 直流分量最大時(shí)短路電流波形電流波形示于圖23。從圖中可見，短路電流的最大瞬時(shí)值，即短路沖擊電流，將在短路發(fā)生經(jīng)過約半個(gè)周期后出現(xiàn)。當(dāng)f為50Hz時(shí)。由此可得沖擊電流值為： （27） 式中稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值對于交流電流幅值的倍數(shù)。很明顯，值為1～2。在使用計(jì)算中，～。沖擊電流主要用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動穩(wěn)定度。 在短路暫態(tài)過程中，任一時(shí)刻t的短路電流有效值，是以時(shí)刻t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值，即 （28） 式中假設(shè)在t前后一周內(nèi)不變。由圖24可知，最大有效值電流也是發(fā)生在短路后半個(gè)周期時(shí) （29） 時(shí)，；時(shí)。第3章 電力系統(tǒng)短路電流的實(shí)用計(jì)算上一章討論了無限電源供大電的系統(tǒng)三相短路電流的變化情形，認(rèn)為短路后電源電壓和頻率均保持不變，忽略了電源內(nèi)部的暫態(tài)變化過程，但是當(dāng)短路點(diǎn)距電源較近時(shí)，必須計(jì)及電源內(nèi)部的暫態(tài)變化過程，這個(gè)衰減變化過程主要分為三個(gè)階段即：次暫態(tài)階段、暫態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段，每一階段發(fā)電機(jī)都呈現(xiàn)不同的電抗和不同的衰減時(shí)間常數(shù)，此過程的分析較復(fù)雜。對于包含有許多臺發(fā)電機(jī)的實(shí)際電力系統(tǒng)，在進(jìn)行短路電流的工程實(shí)用計(jì)算時(shí)，沒有必要作復(fù)雜的分析。實(shí)際上，電力系統(tǒng)短路電流的工程計(jì)算在大多數(shù)情況下，只要求計(jì)算短路電流基頻交流分量的初始值，也稱為次暫態(tài)電流。這是由于使用快速保護(hù)和高速斷路器后，此外，若已知交流分量的初始值，即可以近似決定直流分量以至沖擊電流。交流分量初始值的計(jì)算原理比較簡單，可以手算，但對于大型電力系統(tǒng)則一般應(yīng)用計(jì)算