电气工程类——电力系统分析

　　一、电力系统构成

　　1、定义：电力系统是指由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。

　　2、功能：是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能

　　二、电力系统短路的基本类型

　　电力系统短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路、两相接地短路等。各种短路故障示意图和代表符号如表1-1所示，其中三相短路为对称短路，其他为不对称短路。

　　运行经验和统计数据表明，电力系统中各种短路故障发生的几率是不同的，其中发生三相短路的几率最少，发生单相接地短路的几率最大。

　　三、短路电流计算涉及的概念

　　在实际工程问题中，经常需要计算短路电流，计算中涉及到如下概念：

　　(1)无限大容量系统。无限大容量电力系统指，容量相对于被供电系统容量大得多的电力系统，其特征是，当被供电系统中负荷变动甚至发生短路故障，电力系统母线电压及频率基本维持不变。一般，电力系统等值电源阻抗不超过短路电路阻抗的5%～10%，或电力系统容量超过被供电系统容量50倍时，可视为无限大容量电力系统，简称无限大系统或无穷大系统。实际应用中对11OkV配电网，可将供电变压器看作无穷大系统对11OkV配电网供电。

　　(2)短路电流周期分量。电力系统发生短路故障时，与正常负荷状态相比，供电回路的阻抗大为减小，因此出现数值很大的短路电流。显然，短路电流的大小由电源电压和短路回路阻抗决定，电源电压是正弦周期分量，与之对应，产生的是短路电流中的周期分量。在计算中，通常求取的就是这个短路电流周期分量，即在非周期分量衰减完毕后的稳态短路电流。

　　(3)短路电流非周期分量。电力系统正常运行时，线路和设备上流过负荷电流，当发生短路时，在短路回路中将流过短路电流。由于短路回路存在电感，导致电流不能突变，因此，在电流变化的过渡过程中，将出现一个随时间衰减的非周期分量电流，即短路电流中的非周期分量。

　　(4)短路冲击电流。短路全电流中的最大瞬时值称为短路冲击电流，其数值约为短路电流周期分量的1.8倍。

　　四、三相对称短路

　　在电力系统的各种短路故障中，虽然三相短路发生的几率最小，但其对电力系统的影响和危害最大。无穷大系统发生三相短路示意图如图1-9所示。

　　五、不对称短路

　　电力系统不对称短路包括两相短路、两相接地短路和单相接地短路。

　　(一)序分量的概念

　　当电力系统发生不对称短路时，三相不再对称，三相的电流和电压数值也不再相等。如果将此不对称的电流或电压进行分解，可以分解出正序分量、负序分量，对于接地短路还有零序分量，分别用下标1、2和0表示。以电流为例，各序分量电流相量图如图1-11所示，对于工频50Hz，正序电流三相对称，即大小相等，相位互差120o;负序电流三相对称，即大小相等，相位互差120o;但相序与正序电流相反;零序电流三相大小相等，相位相同。三相短路电流为

　　(二)短路电流

　　1、两相短路

　　无穷大系统供电发生BC两相短路示意图如图1-12所示。电力系统发生两相短路，经故障相和短路点构成短路回路，由故障相电源的线电动抛产生短路电流，流过故障线路，非故障线路没有短路电流，因此出现三相不对称。不在计负荷电流的情况下，三相的短路电流分别为