电力系统短路计算课程设计

电力系统短路电流计算

电力系统短路电流计算是电力系统设计和运行中非常重要的一项工作。短路电流是指在系统发生故障时电流的最大值，通常由短路电流计算来确定。短路电流的计算对于保护设备的选择、电路设计和系统运行状态的分

析都具有重要意义。

短路电流计算主要分为对称分量法和非对称分量法两种方法。下面将

对这两种方法进行详细介绍。

1.对称分量法：

对称分量法是一种传统的短路电流计算方法，它将三相电流分解为正序、负序和零序三个对称分量，然后再计算每个分量的短路电流。

对称分量法的计算步骤如下：

a.首先需要确定系统的短路电流初始值。可以通过测量系统的各个节

点电压和电流来获得。一般来说，短路电流初始值取系统额定电流的2-3倍。

b.将系统的正常运行条件下的三相电流表示为复数形式：iA,iB和iC。

c.计算三相电流的正序分量：I1=(iA+α^2*iB+α*iC)/3，其中

α=e^(j2π/3)，j为虚数单位。

d.计算三相电流的负序分量：I2=(iA+α*iB+α^2*iC)/3

e.计算三相电流的零序分量：I0=(iA+iB+iC)/3

f.计算每个分量的短路电流。可以使用短路电流公式和阻抗矩阵来计算。例如，正序分量的短路电流I1'=Z1*I1，其中Z1为正序阻抗。

g.将三个分量的短路电流叠加得到总的短路电流。

2.非对称分量法：

非对称分量法是一种更加准确的短路电流计算方法，它考虑了系统故

障时的非对称特性，可以更好地反映系统的短路电流分布。

非对称分量法的计算步骤如下：

a.获取系统正常运行条件下的三相电流。

b. 将三相电流转换为abc坐标系下的矢量形式。

辽宁工业大学

《电力系统分析》课程设计（论文）题目：电力系统两相短路计算与仿真（4）

院（系）：工程技术学院

专业班级：电气工程及其自动化12

学号：

学生姓名：

指导教师：

教师职称：

起止时间：15-06-15至15-06-26

课程设计（论文）任务及评语

课程设计（论文）任务原始资料：系统如图

各元件参数标幺值如下（各元件及电源的各序阻抗均相同）：

T1：电阻0.01，电抗0.16，k=1.05，标准变比侧Y N接线，非标准变比侧Δ接线；

T2：电阻0，电抗0.2，k=0.95，标准变比侧Y N接线，非标准变比侧Δ接线；

L24: 电阻0.03，电抗0.07，对地容纳0.03；

L23: 电阻0.025，电抗0.06，对地容纳0.028；

L34: 电阻0.015，电抗0.06，对地容纳0.03；

G1和 G2：电阻0，电抗0.07，电压1.03；负荷功率：S1=0.5+j0.18；

任务要求：当节点4发生B、C两相金属性短路时，

1 计算短路点的A、B和C三相电压和电流；

2 计算其它各个节点的A、B和C三相电压和电流；

3 计算各条支路的电压和电流；

4 在系统正常运行方式下，对各种不同时刻BC两相短路进行Matlab仿真；

5 将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。

指导教师评

语及成绩

平时考核：设计质量：论文格式：

总成绩：指导教师签字：

年月日G G

G1 T1 2 L24 4 T2 G2

1:k k:1

L23 L34

3

S1

摘要

在电力系统的设计和运行中，必须考虑到可能发生的故障和不正常运行情况，防止其破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些故障多数是由短路引起的，因此除了对电力系统短路故障有较深刻的认识外，还必须熟练账务电力系统的短路计算。这里着重接好电力系统两相短路计算方法，主要讲解了对称分量法在不对称短路计算中的应用。其次，通过具体的简单环网短路实例，对两相接地短路进行分析和计算。最后，通过MATLAB软件对两相接地短路故障进行仿真，观察仿真后的波形变化，将短路运行计算结果与各时刻短路的仿真结果进行分析比较，得出结论。

第七章短路电流计算

Short Circuit Current Calculation

§7-1 概述General Description

一、短路的原因、类型及后果

The cause，type and sequence of short circuit

1、短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地

的系统）发生通路的情况.

2、短路的原因:

⑴元件损坏

如绝缘材料的自然老化,设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路.

⑵气象条件恶化

如雷击造成的闪络放电或避雷器动作;大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等.

⑶违规操作

如运行人员带负荷拉刀闸；线路或设备检修后未拆除接地线就加电压.

⑷其他原因

如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等.

3、三相系统中短路的类型：

⑴基本形式: )3(k—三相短路;)2(k-两相短路；

)1(

k—单相接地短路；)1,1(k-两相接地短路;

⑵对称短路:短路后，各相电流、电压仍对称,如三相短路；

不对称短路:短路后，各相电流、电压不对称；

如两相短路、单相短路和两相接地短路.

注：单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少,但后果较严重. 4、短路的危害后果

随着短路类型、发生地点和持续时间的不同,短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的

危险后果一般有以下几个方面.

（1） 电动力效应

短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导

体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭

到破坏。

（2） 发热

短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备

变电站设计短路计算范文

一、变电站短路计算的基本概念

变电站短路计算是现代电力系统的一项重要可靠计算，它是用来定量

确定变电站系统内的有效短路电流分布和故障电流大小的计算。以及由此

可以确定出受短路电流冲击的变压器、高压变压器、低压变压器、线路等

设备的最大承载电流、电流折减系数等关键参数。

这些参数是用来决定变电站设备容量的重要依据，是电力工程设计、

运行管理以及技术经济分析的基础。因此，变电站短路计算受到各方电力

工程设计者和运行管理者的重视，是一项可靠且经济的设计工作。

变电站短路计算一般需要根据变电站的短路分析图，分析各变电站设

备及线路联结关系，然后根据短路电流的发生原理，构建短路计算方程组，并借助计算机程序求解短路电流。

二、变电站短路计算方法

1、短路计算分析图构建


2、构建短路计算方程

根据磁电力学理论。

目录

引言 (2)

1电力系统短路故障说明 (3)

2短路故障分析计算（解析法） (6)

2.1各元件电抗标幺值的计算 (6)

2.2短路次暂态电流标幺值计算 (9)

2.3三相短路电流及短路功率计算 (11)

3 Y 矩阵计算法 (12)

4两种算法分析 (15)

4.1解析法计算结果 (15)

4.2 Y 矩阵计算结果 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

引言

在电力系统可能发生的各种故障中，对系统危害最大，而且发生概率最高的是短路故障。所谓短路，是指电力系统中相与相之间或相与地之间的非正常连接。在电力系统正常运行时，除了中性点外，相与相或相与地之间是相互绝缘的。如果由于绝缘破坏而造成了通路，电力系统就发生了短路故障。

电力系统短路出现的原因：

①电气设备载流部分的绝缘损坏；

②操作人员违反安全操作规程而发生误操作；

③鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或咬坏设备、导线绝缘层。

电力系统短路的后果：

①短路时会产生很大电动力和很高温度，使短路电路中元件受到损坏和破

坏，甚至引发火灾事故。

②短路时，电路的电压骤降，将严重影响电气设备的正常运行。③短路时保护

装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠

近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。

④严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去

同步，造成系统解列。

⑤不对称短路将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至发生误动作。

短路电流的计算目的：

短路计算是为了正确选择和校验电气设备，准确地整定供配电系统的保护装

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室： 2014年 12 月11 日

学院机械与电气

工程

年级、专

业、班

姓名学号

实验课程名称电力系统分析实验成绩

实验项目名称实验三电力系统的短路计算仿真指导老师

一、实验目的

了解PSCAD/EMTDC软件的基本使用方法，学会用其进行电力系统短路分析。

二、实验原理

运用短路时电压电流的计算方法，结合PSCAD软件，进行电力系统短路分析。

三、使用仪器、材料

计算机、PSCAD软件

四、实验步骤

1. 新建项目文件

启动软件，选择File/New/Case，在项目窗口就出现一个默认为noname的例子，点保存，出现保存文件对话框，填好保存路径和文件名。双击项目栏中的文件名，右侧显示空白工作区。

2. 构造电气主接线图

1）在Master Library库中找到所需的元件或模型，复制到工作区，或从元件库栏直接选中元件到工作区。所需元件有三相电压源、断路器和输电线（选用集中参数PI模型）。双击元件出现参数设置对话框，在Graphics Display下拉框中有3 phase view和single line view选项，分别表示三相视图和单线视图，本例将系统画为三相视图，如图3所示：

图3元件

2）将元件正确地连接起来。连线方法：鼠标在按钮上点一下，拿到工作区后变为铅笔状，点左键，移动鼠标画线，若再点左键可转向画，再点右键画线完成。连好后将鼠标再在按钮上点一下则恢复原状了。连接后如图4所示：（注：右端开路也可以无穷大电阻接地表示）

图4元件连接图

3. 设置元件参数（参照第二章方法）

电源参数：容量400MV A，220KV，50Hz，相角0度，内阻1欧，其余用默认参数；

2.7电力系统各序网络的建立

2.7.1概述

当电力系统发生不对称短路时，三相电路的对称条件受到破坏，三相电路就

成为不对称的了。但是，应该看到，除了短路点具

有某种三相不对称的部分外，系统其余部分仍然可

以看成是对称的。因此，分析电力系统不对称短路

可以从研究这一局部的不对称对电力系统其余对称

部分的影响入手。

现在根据图7-32所示的简单系统发生单相接地

短路（a 相）来阐明应用对称分量法进行分析的基

本方法。

设同步发电机直接与空载的输电线路相连，其中性

点经阻抗接地。若在a 相线路上某一点发生接地故

障，故障点三相对地阻抗便出现不对称，短路相

0Z a =，其余两相对地阻抗则不为零，各相对地电

压亦不对称，短路相0U a =，其余两相不为零。但是，除短路点外，系统其余部分每相的阻抗仍然相等。可见短路点的不对称是使原来三相对称电路变为不对称

的关键所在。因此，在计算不对称短路时，必须抓住这个关键，设法在一定条件下，把短路点的不对

称转化为对称，使由短路导致的三相不对称电路转化为三相对称电路，从而可以抽取其中的一相电路进行分析、计算。

实现上述转化的依据是对称分量法。发生不对称短路时，短路点出现了一组不对称的三相电压（见图7-33(a)） 。这组三相不对称的电压，可以用与它们的大小相等、方向相反的一组三相不对称的电势来替代，如图7-33(b) 所示。显然这种情况同发生不对称短路的情况是等效的。利用对称分量法将这组不对称电势分解为正序、负序及零序三组对称的电势（见图7-33(c)） 。由于电路的其余部分仍然保持三相对称，电路的阻抗又是恒定的，因而各序具有独立性。根据叠加原理，可以将图7-33(c)分解为图7-33(d)(e)(f) 所示的三个电路。图7-33(d) 的电路称为正序网络，其中只有正序电势在起作用，包括发电机电势及故障点的正序电势。网络中只有正序电流，它所遇到的阻抗就是正序阻抗。图7-33(e)的电路称为负序网络。由于短路发生后，发电机三相电势仍然是对称的，因而发电机只产生正序电势，没有负序和零序电势，只有故障点的负序分量电势在起作用，网络中只有负序电流，它所遇到的阻抗是负序阻抗。图7-33(f) 的电路称为零序网络，只有故障点的零序分量电势在起作用，网络中通过的是零序电流，它所遇到的阻抗是零序阻抗。由此可见，不对称短路时的负序及零序电流，可以看作是由短路点处出现的负序及零序电势所产生的。

第三章 电力系统三相短路电流的实

用计算

上一章讨论了一台发电机的三相短路电流，其阐发

过程已经相当复杂，并且还不是完全严格的。那么，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际计算时，不成能也没有必要作如此复杂的阐发。实际上工程计算时，只要求计算短路电流基频交流分量的初始值I ''即可。 1、I ''

假设取 1.8M K =

2.551.52M ch M ch i i I I I I ''==''==

2、求I ''的方法：〔1〕手算 〔2〕计算机计算

〔3〕运算曲线法：不单可以求0t =时刻的

I '，还可以求任意时刻t 的t I 值。

§3－1

I ''的计算〔I ''－周期分量起始有效值〕

一、计算I ''的条件和近似

1、电源参数的取用

〔1〕发电机： 以101E ''和d X ''等值〔且认为d q X X ''''=，即都是

隐极机〕 101

101101d E U jI X ''''=+ 〔3－1〕

101

E ''在0t =时刻不突变。 〔2〕调相机： 与发电机一样，以101

E ''和d X ''等值 但应注意：当调相机短路前为欠激运行时，

∵101

101E U ''< ∴不提供

§3－2应用运算曲线法求任意时刻周期分量有效值t

I

由上章的阐发可知，即使是一台发电机，要计算其任意时刻

的短路电流，也是较繁的。首先必需知道各时间常数、电抗、电势参数，然后进行指数计算。这对工程上的实用计算显然不适合的。50年代以来，我国电力部分持久采用畴前苏联引进的一种运算曲线法来计算的。此刻试行据我国的机组参数绘制的运算曲线，下面介绍这种曲线的制定和应用。 一、运算曲线的制定

目录

1手工计算 (1)

2两相接地短路计算框图 (5)

3两相接地短路源程序 (6)

4结果输出 (11)

设计总结 (19)

2两相接地短路计算框图

两相接地短路计算流程框图如图2.1所示。

图2.1两相接地短路计算流程框图

3两相接地短路源程序

clear all;

format long e

Y1=[-j*40.000000 j*10.000000 j*10 j*20 0

j*10 -j*40 j*10 0 j*20.000000

j*10 j*10 -j*20 0 0

j*20.000000 0 0 -j*25 0

0 j*20.000000 0 0 -j*25.000000]; %输入正序负序导纳矩阵

Y0=[-j*86.666667 j*33.333333 j*33.333333 j*20.000000 j*33.333333 -j*86.666667 j*33.333333 0

j*33.333333 j*33.333333 -j*66.666667 0

j*20.000000 0 0 -j*27.142857

]; %输入零序导纳矩阵、

N1=input('please input 网络节点数：');

N2=input('please input 零序网络节点数：');

N3=input('please input 短路节点号：');

disp('fault表示输入短路类型1表示单相a短路2表示两相bc短路3表示两相bc短路接地')

fault=input('please input fault的值：');

%求正序和负序因子表

电力系统分析上机报告

——短路计算程序设计姓名：学号：班级:

一、目的

根据所给的电力系统，编制短路电流计算程序，通过计算机进行调试，最后完成一个切实可行的电力系统计算应用程序。通过自己设计电力系统计算程序使同学对电力系统分析有进一步理解，同时加强计算机实际应用能力的训练。

二、上机内容

电力系统故障的计算程序设计及编制和调试。采用所编制的程序进行《电力系统分析》例6-3题的对称短路计算。有关数学模型和原理框图以及已知结果的例题，参见《电力系统分析》第六章。常用的计算方法为节点导纳矩阵法或节点阻抗矩阵法，其形成方法分别参见《电力系统分析》第四章。

三、选择所用计算机语言的理由

我们使用的是第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，它的优点如下：

1.语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。

2.运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几

乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。

3.MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

4.程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

5.程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。

电力系统短路计算及保护技术

电力系统的短路问题在电力系统的运行过程中十分常见，因此电力系统的短路计算及保护技术也是电力工程领域中的一个重要部分。在本文中，我们将详细介绍电力系统短路计算及保护技术相关的内容。

一、电力系统短路计算

电力系统短路计算是指在电力系统中出现故障时，对电路进行短路计算，确定故障产生的电流大小及方向，以便进行有效的保护措施和修复工作。电力系统短路计算一般分为对单相和三相电路的计算。

1. 单相电路短路计算

在单相电路中发生短路故障时，计算方法比较简单。通常只需要针对故障部位进行电阻和电感等参数的测量和计算，确定短路电流，进而选择合适的保护措施进行保护。

2. 三相电路短路计算

三相电路的短路计算涉及到复杂的电气参数计算和复杂的计算方式。一般会采用计算机模拟等方式进行计算。针对三相电路中的短路故障，需要首先确定故障的类型，短路电阻和短路时刻等

参数，进而进行详细的电气特性计算。在计算出故障电流及方向后，可以选择相应的保护措施，保护电力系统的运行。

二、电力系统短路保护技术

电力系统短路保护技术是指在电力系统中出现故障时，如何对

电路进行保护的相关技术。常见的短路保护技术包括过流保护、

差动保护等。

1. 过流保护

过流保护是电力系统中最常见的一种保护方式。在电力系统中，瞬态电流会在过载或短路故障时产生。过流保护是针对这种情况

进行设计的保护装置。过流保护一般包括整定电流、漏电流等参

数进行设定，确保保护装置在电路出现故障时及时起作用，保护

电力系统的运行。

2. 差动保护

差动保护是一种基于电流差别原理的保护方式。当电路出现故