第一章 电力系统故障分析的基本知识
第一节 故障概述
一、故障的分类
在电力系统的运行过程中，不可避免地会出现故障。凡造成电力系统运行不正常的任何连接或情况均称为电力系统故障。电力系统故障有多种类型，如短路、断线或它们的组合。短路又称为横向故障，断线又称为纵向故障。短路又可分为单相接地短路、两相短路、两相接地短路和三相短路，分别记为f(1)、f(2)、f(1,1)和f(3)。三相短路时三相回路仍然是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相回路
（1）不对称，因此称为不对称短路。断线故障又可分为单相断线和两相断线，分别记为O（2）和O。三相断线如同开断一条支路，一般不作为故障处理。断线又称为非全相运行，
也是一种不对称故障。大多数情况下在电力系统中一次只有一处故障，称为简单故障或单重故障。但有时可能有两处或两处以上同时发生故障，称为复杂故障或多重故障。由此，将电力系统故障分类归纳如下：
1）从形式上分为：短路故障和断线故障，或简单故障和复杂故障； 2）从分析方法上分为：对称故障和不对称故障；
3）从计算方法上分为：并联型故障（复合序网并联的情况）和串联型故障（复合序网串联的情况）。
二、短路故障
电力系统中最常发生、危害最严重的是短路故障。因此故障计算的重点是短路，也常称为短路计算。
1. 短路的定义
短路是电力系统最常见、也是最严重故障。所谓短路，是指电力系统正常运行情况之外的一切相与相或相与地（对于中性点接地的系统）之间的短接。电力系统正常运行时，相与相及相与地之间是不直接相连的，或者说是相互绝缘的。如果由于某种原因使绝缘破坏，形成了相互间的通路，就发生了短路。
2. 短路的原因
由上述定义可知，导致短路发生的根本原因是电气设备载流体部分相与相之间或相与地之间的绝缘损坏。引起绝缘破坏的很多，包括客观原因和主观原因。客观原因有：绝缘材料自然老化、污秽或机械损伤，雷击过电压造成的闪络放电或避雷器动作；污染造成绝缘子在正常工作电压下放电；大风或覆冰引起电杆倒塌或断线，动物跨接，树枝碰线等。主观原因有：设计、安装及维护所带来的设备缺陷，挖沟损伤电缆，人为误操作（如检修后未拆接地线就合闸，或者带负荷拉隔离刀闸等）
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等。运行经验和统计资料表明，各类短路发生的几率不同，其中单相接地短路发生得最多，三相短路发生得最少。在所有短路故障短路故障中，三相短路约占5%，单相接地短路约占65%，两相短路约占10%，两相接地短路约占20%。虽然三相短路发生的几率最小，但其产生的后果最严重，同时它又是分析不对称故障的基础，因此应重点进行研究。
3. 短路的危害（或后果）
短路故障对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害。短路类型、发生的地点和持续时间不同，其后果也不相同。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。短路的危害（或造成的后果）可以从短路时的现象来说明，有以下几个方面：
1）短路电流急剧增大。由于电源供电回路的总阻抗突然减小以及由此产生的暂态过程，使短路电流急剧增大，可能超过额定电流许多倍。短路点距发电机的电气距离越近，短路电流越大。短路电流流过电气设备时，使发热增加，若持续时间较长，可能使电气设备过热甚至损坏。由于短路电流的电动力效应，导体间还将产生很大的机械应力，可能使导体变形甚至损坏。
2）短路点产生电弧。电弧的高温可能烧坏电气设备。
3）电网电压大幅度下降，影响用户正常工作。三相短路时，短路点电压为零，短路点附近的电压也明显下降。系统中最主要的电力负荷是异步电动机，它的电磁转矩与其端电压的平方成正比。电压下降时，异步电动机的电磁转矩显著减小，转速随之下降；当电压大幅下降时，异步电动机甚至可能停转。造成用户减产、停产、产品质量下降或报废、设备损坏等严重后果。
4）可能使电力系统运行的稳定性遭到破坏。短路相当于改变了电网结构，必然引起系统中功率分布的变化，使发电机的输出功率也相应地变化。但是发电机的输入功率是由原动机决定的，由于响应速度较慢，不可能立即发生相应的变化，因而发电机的输入和输出功率出现不平衡，使发电机转子加速；有的发电机加速快、有的加速慢，从而使发电机相互之间的相角差越来越大，可能引起并列运行的发电机失去同步，造成系统稳定破坏，进而系统解列，造成大面积停电。这是短路造成的最严重危害。大面积停电事故被喻为国民经济的灾难。
5）不对称接地短路时系统中流过的不平衡电流产生的不平衡磁通，会在邻近平行的通讯线路上感应出很大的电动势，对通讯产生干扰，甚至危及设备和人身的安全。
4. 限制短路电流的措施
为了减少短路故障的发生，电力系统必须采取合理的防雷措施、降低过电压水平，采取合适的配电装置，以及加强对运行、维护的管理等。为了减少短路故障对
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电力系统的危害，可以采取限制短路电流的措施。
1）最主要措施：迅速隔离短路部分，即继电保护断开短路点两端断路器。由于大部分属瞬时故障，因此广泛采用自动重合闸措施。所谓自动重合闸：短路后断路器迅速断开，使故障部分与系统隔离，经一定时间再合上断路器。对于瞬时性故障，重合成功，系统恢复正常运行；如果是永久性故障，合上后短路仍存在，则须通过“后加速”再次快速断开断路器。由于多数故障是瞬时性故障，所以重合闸成功率很高，达到90%以上。
2）线路上装设电抗器。 5. 计算短路电流的目的
计算短路时系统电压、电流分布。它是解决发电厂、变电站及整个电力系统的设计、运行等一系列电力技术问题所不可缺少的一种基本计算。是
1）选择和校验电气设备，如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等的依据。 2）比较和选择发电厂和电力系统电气主接线的供依据。 4）继电保护设计和整定的基础。 5）确定限制短路电流措施的根据。 6）事故分析的依据。
第二节 标幺值
一、标幺值的概念
1. 标幺值的定义
标幺值?有名值（有单位的物理量）
基准值（与有名值同单位的物理量）2. 对标幺值的理解
1）并非新鲜事物，日常生活经常使用。例如：今年产量同比增长10%，意思是把去年的产量当作1来看，今年产量增加0.1（即10%）。
2）用标幺值来表示一个量，是把这个量和一个基准量去比较，并把基准量当作1个衡量单位来看待。
3）对于同一个实际有名值，基准值选得不同，其标幺值也不同。因此，当我们说一个量的标幺值时，须同时说明它的基准值；否则，标幺值的意义不明确。
3. 采用标幺值的优点
1）易于比较电力系统各元件的特性及参数。例如：一台额定值为110kV、10MVA的变压器，短路电压为US1?11.6kV。另一台额定值为10.5kV、7.5MVA的变压器，短路电压为US2?1.05kV。 两台变压器的短路电压实际值相差很大，不好比较。如
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电力系统暂态分析课程教学大纲第一章
