【正文】 n of development.Keywords：Shortcircuit failure 。The Laplace operator。當發(fā)生短路時,其短路電流可達數(shù)萬安以至十幾萬安，它們所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動力效應(yīng)將使電氣設(shè)備遭受嚴重破環(huán)。因此,電力系統(tǒng)短路電流計算是電力系統(tǒng)運行分析，設(shè)計計算的重要環(huán)節(jié)，許多電業(yè)設(shè)計單位和個人傾注極大精力從事這一工作的研究。 通過運用MATLAB軟件進行的仿真，了解在輸電線路上發(fā)生各種故障時的系統(tǒng)變化情況。安置在輸電線路上的保護裝置，當被保護的元件發(fā)生故障時，能自動、迅速、有選擇的將故障從電力系統(tǒng)中切除，以保證其余部分恢復(fù)正常運行，并使故障元件免于繼續(xù)受傷害。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)市場發(fā)展中的自動控制技術(shù)趨向于控制策略的日益優(yōu)化，呈現(xiàn)出適應(yīng)性強、協(xié)調(diào)控制完善、智能優(yōu)勢明顯、區(qū)域分布日益平衡的發(fā)展趨勢。在實踐控制手段的運用中合理引入了大量的計算機、電子器件及遠程通信應(yīng)用技術(shù)。在整體電力系統(tǒng)中，其工作方式由原有的開環(huán)監(jiān)測合理向閉環(huán)控制不斷發(fā)展，且實現(xiàn)了由高電壓等級主體向低電壓豐富擴展的安全、合理性過度，例如從能量管理系統(tǒng)向配電管理系統(tǒng)合理轉(zhuǎn)變等。相應(yīng)的其單一功能也實現(xiàn)了向多元化、一體化綜合功能的發(fā)展，例如綜合變電站實現(xiàn)了自動化發(fā)展與提升。我國電力發(fā)展的基本方針是：提高能源效率，保護生態(tài)環(huán)境，加強電網(wǎng)建設(shè)，大力開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進核電建設(shè)，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵新能源和可再生能源發(fā)電，帶動裝備工業(yè)發(fā)展，深化體制改革。先進的繼電保護裝置、變電站綜合自動化系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。電網(wǎng)供電可靠性也有較大提高，%。隨著大容量機組的應(yīng)用、電網(wǎng)的發(fā)展以及先進技術(shù)的廣泛采用，煤耗與網(wǎng)損逐年下降。到2020年，在人口密集地區(qū)，將建設(shè)60GW的天然氣發(fā)電機組和40GW的核電機組?！　?。合理布局發(fā)展煤電,加快技術(shù)升級，節(jié)約資源，保護環(huán)境，節(jié)約用水，提高煤電技術(shù)水平和經(jīng)濟性。在電力負荷中心、環(huán)境要求嚴格、電價承受力強的地區(qū)，因地制宜建設(shè)適當規(guī)模的天然氣電廠，提高天然氣發(fā)電比重?！　?。需要重點發(fā)展以下幾方面工作：　　推廣單機容量60萬千瓦及以上大容量超(超)臨界機組。積極發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)；掌握空冷系統(tǒng)設(shè)計制造技術(shù)和機組節(jié)水改造技術(shù)；掌握大容量機組煙氣脫硫的設(shè)計制造技術(shù)。實現(xiàn)600千瓦至兆瓦級風電設(shè)備本地化。建設(shè)功能完善、信息暢通、相互協(xié)調(diào)的電力調(diào)度自動化系統(tǒng)，建立適應(yīng)電力市場競爭需要的技術(shù)支持系統(tǒng)，電力行業(yè)的信息化達到國際先進水平。加快推進西電東送三大通道的輸電線路建設(shè)，合理規(guī)劃布局，積極采用先進適用技術(shù)提高線路輸送容量，節(jié)約輸電通道資源。推進大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)，適當控制交流同步電網(wǎng)規(guī)模。完善城鄉(xiāng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增強供電能力。完善縣城電網(wǎng)的功能、增強小城鎮(zhèn)電網(wǎng)的供電能力，擴大電網(wǎng)覆蓋面。加強發(fā)電、輸變電、用電等環(huán)節(jié)的科學(xué)管理，提高能源使用效率。通過深化電力需求側(cè)管理，加強全國聯(lián)網(wǎng)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步降低單位產(chǎn)值能耗等節(jié)能、節(jié)電的綜合措施；通過節(jié)能、節(jié)電，加強全國聯(lián)網(wǎng)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，逐步降低單位產(chǎn)值能耗等綜合措施。其中大多數(shù)是短路故障(簡稱短路)。在正常運行時，除中性點外，相與相或相與地之間是絕緣的。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，單相短路接地占大多數(shù)。 表 21 常見短路基本分類短路種類短路類型示意圖符號發(fā)生幾率對稱短路三相短路f(3)5%不對稱短路單相接地短路f(1)10%兩相短路f(2)65%兩相接地短路f(1,1)20% 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地絕緣被損壞。再如其它電氣設(shè)備，發(fā)電機、變壓器、電纜等的載流部分的絕緣材料在運行中損壞。此外，運行人員在線路檢修后未拆除地線就加電壓等誤操作也會引起短路故障?？傊?，產(chǎn)生短路的原因有客觀的，也有主觀的，只要運行人員加強責任心，嚴格按規(guī)章制度辦事，就可以把短路故障的發(fā)生控制在一個很低的限度內(nèi)。產(chǎn)生短路的原因很多，主要有如下幾個方面：（1）雷擊等各種形式的過電壓以及絕緣材料的自然老化，或遭受機械損傷，致使載流導(dǎo)體的絕緣被損壞；（2）不可預(yù)計的自然損壞，例如架空線路因大風或?qū)Ь€履冰引起電桿倒塌等，或因鳥獸跨接裸露導(dǎo)體等；（3）自然的污穢加重降低絕緣能力；（4）運行人員違反安全操作規(guī)程而誤操作，例如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后未拆除接地線就加上電壓引起短路等。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)品報廢或設(shè)備損壞，如電動機過熱受損等；（4）電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時，系統(tǒng)功率分布的突然變化，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致整個系統(tǒng)解列甚至瓦解和崩潰。 短路故障分析的內(nèi)容和目的電力系統(tǒng)的安全運行，首先是電力設(shè)備的安全運行，當電力設(shè)備發(fā)生短路故障時，首先要求快速準確的切除故障，這就要求在電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，需要合理的選擇電氣設(shè)備、電氣接線，正確的配置和設(shè)計繼電保護以及限制短路電流的措施。再比如，繼電保護的整定，也需要對系統(tǒng)進行短路計算和分析。當系統(tǒng)突然發(fā)生短路時，短路電流將從故障前的正常運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)過程進行分析。下面將分別對無窮大電源系統(tǒng)和同步發(fā)電機機端發(fā)生三相短路后，短路電流的過渡過程進行分析和計算。假設(shè)在t=0時刻，突然在F點發(fā)生三相短路時，分析其暫態(tài)過程。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相電流表達式。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、相角相差的三個正弦電流，直流分量電流使t=0時短路電流值與短路前瞬間的電流值相等。因此，當已知一短路電流曲線時，可以應(yīng)用這個性質(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。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)于時刻發(fā)生短路）、短路前回路中的電流值有關(guān)。在高壓電網(wǎng)中，感抗值要比電阻值大得多，即，故，此時，或。在任意一個初相角下，總有一相的直流電流起始值較大，而有一相較小。 根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論：當短路發(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到最大值，即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。根據(jù)以上分析，當短路發(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時，該相處于最嚴重的情況。從圖中可見，短路電流的最大瞬時值，即短路沖擊電流，將在短路發(fā)生經(jīng)過約半個周期后出現(xiàn)。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)。在使用計算中，～。 在短路暫態(tài)過程中，任一時刻t的短路電流有效值，是以時刻t為中心的一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根值，即 （28） 式中假設(shè)在t前后一周內(nèi)不變。第3章 電力系統(tǒng)短路電流的實用計算