電力系統(tǒng)課后答案

1、共享知識分享快樂習(xí)題和思考題3-1. 什么叫短路？短路的類型有哪些？造成短路故障的原因有哪些？短路有哪些危害？短路電流計算的目的是什么？答：所謂短路， 就是指供電系統(tǒng)中不等電位的導(dǎo)體在電氣上被短接，如相與相之間、相與地之間的短接等。其特征就是短接前后兩點的電位差會發(fā)生顯著的變化。在三相供電系統(tǒng)中可能發(fā)生的主要短路類型有三相短路、兩相短路、 兩相接地短路及單相接地短路。三相短路稱為對稱短路，其余均稱為不對稱短路。在供電系統(tǒng)實際運行中，發(fā)生單相接地短路的幾率最大，發(fā)生三相對稱短路的幾率最小，但通常三相短路的短路電流最大，危害也最嚴(yán)重，所以短路電流計算的重點是三相短路電流計算。供電系統(tǒng)發(fā)生短路的原因

2、有：（ 1）電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備載流導(dǎo)體的絕緣損壞。造成絕緣損壞的原因主要有設(shè)備長期運行絕緣自然老化、設(shè)備缺陷、設(shè)計安裝有誤、操作過電壓以及絕緣受到機械損傷等。（ 2）運行人員不遵守操作規(guī)程發(fā)生的誤操作。如帶負荷拉、合隔離開關(guān)（內(nèi)部僅有簡單的滅弧裝置或不含滅弧裝置） ，檢修后忘拆除地線合閘等；（ 3）自然災(zāi)害。如雷電過電壓擊穿設(shè)備絕緣，大風(fēng)、冰雪、地震造成線路倒桿以及鳥獸跨越在裸導(dǎo)體上引起短路等。發(fā)生短路故障時，由于短路回路中的阻抗大大減小，短路電流與正常工作電流相比增加很大（通常是正常工作電流的十幾倍到幾十倍）。同時，系統(tǒng)電壓降低，離短路點越近電壓降低越大，三相短路時，短路點的電壓可能降低到零

3、。因此，短路將會造成嚴(yán)重危害。（ 1）短路產(chǎn)生很大的熱量，造成導(dǎo)體溫度升高，將絕緣損壞；（ 2） 短路產(chǎn)生巨大的電動力，使電氣設(shè)備受到變形或機械損壞；（ 3）短路使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，電器設(shè)備正常工作受到破壞 , 例如 , 異步電動機的轉(zhuǎn)矩與外施電壓的平方成正比， 當(dāng)電壓降低時， 其轉(zhuǎn)矩降低使轉(zhuǎn)速減慢， 造成電動機過熱而燒壞；（ 4）短路造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，給人民生活帶來不便；（ 5）嚴(yán)重的短路影響電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，使并列的同步發(fā)電機失步， 造成系統(tǒng)解列，甚至崩潰；（ 6）單相對地短路時，電流產(chǎn)生較強的不平衡磁場，對附近通信線路和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾，影響其正常工作。計算短路電流

4、的目的是 :（ 1）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗其熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。頁眉內(nèi)容共享知識分享快樂（ 2）選擇和整定繼電保護裝置，使之能正確地切除短路故障。（3）確定合理的主接線方案、運行方式及限流措施。3-2 什么叫無限大容量電力系統(tǒng)？無限大與有限電源容量系統(tǒng)有何區(qū)別？對于短路暫態(tài)過程有何不同？答：所謂無限大容量電源系統(tǒng)是指電源的內(nèi)阻抗為零，在短路過程中電源的端電壓恒定不變， 短路電流周期分量恒定不變。事實上， 真正無限大容量電源系統(tǒng)是不存在的，通常將電源內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗10的電源看作無限大容量系統(tǒng)。一般工礦企業(yè)供電系統(tǒng)的短路點離電源的電氣距離足夠遠，滿足以上條件， 可作為

5、無限大容量電源供電系統(tǒng)進行短路電流計算和分析。所謂有限容量電源系統(tǒng)是指電源的內(nèi)阻抗不能忽略，且是變化的， 在短路過程中電源的端電壓是衰減的， 短路電流的周期分量幅值是衰減的。通常將電源內(nèi)阻抗大于短路回路總阻抗 10% 的供電系統(tǒng)稱為有限大電源容量系統(tǒng)。有限大容量電源系統(tǒng)短路電流的周期分量幅值衰減的根本原因是：由于短路回路阻抗突然減小和同步發(fā)電機定子電流激增，使發(fā)電機內(nèi)部產(chǎn)生電磁暫態(tài)過程，即發(fā)電機的端電壓幅值和同步電抗大小出現(xiàn)變化過程，由其產(chǎn)生的短路電流周期分量是變化的。所以，有限容量電源系統(tǒng)的短路電流周期分量的幅值是變化的，歷經(jīng)從次暫態(tài)短路電流（I ）暫態(tài)短路電流（ I ）穩(wěn)態(tài)短路電流（I ）

6、的衰減變化過程。3-3 解釋和說明下列術(shù)語的物理含義：短路電流的周期分量i p ，非周期分量 inp ，短路全電流，短路沖擊電流i sh ，短路沖擊電流有效值I sh ，短路次暫態(tài)電流I " ，短路穩(wěn)態(tài)電流I，短路容量 Sk 。答：短路電流的周期分量: 電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路時，短路電流中所含的工頻交流分量.短路電流非周期分量是短路發(fā)生后大約十個周波時間內(nèi)，呈指數(shù)曲線衰減的暫態(tài)電流，因為短路電流有電抗，電路電流不可能突變，使其產(chǎn)生反向電流。短路全電流I k就是短路電流的周期分量和非周期分量之和I k i p inp。短路電流最大可能的瞬時值，稱為短路沖擊電流，用ish 表示。如果短路時

7、在最不利的條件下發(fā)生，在第一個周期內(nèi)的短路電流有效值最大，稱為短路全電流的最大有效值，簡稱沖擊電流的有效值，用I sh 表示。短路次暫態(tài)電流是短路周期分頁眉內(nèi)容共享知識分享快樂量在短路后第一個周期的有效值，用I"表示。短路穩(wěn)態(tài)電流是指短路電路非周期分量衰減完畢以后的短路全電流，其有效值用I 表示。在無限大容量電源系統(tǒng)中II p 。短路容量是指電力系統(tǒng)在規(guī)定的運行方式下，關(guān)注點三相短路時的視在功率，它是表征電力系統(tǒng)供電能力強弱的特征參數(shù)，其大小等于短路電流與短路處的額定電壓的乘積。3-4試說明采用歐姆法和標(biāo)幺值法計算短路電流各有什么特點？這兩種方法各適用于什么場合？答：歐姆法就是用元件

8、的實際工作的阻抗計算短路電流，再按照變壓器變比逐級折算；標(biāo)幺值法是把各個電壓等級的阻抗按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)比對得出一個虛擬的值（標(biāo)幺值） ，短路計算后，在按電壓等級分別歸算。標(biāo)幺制法相對于歐姆法來說有 3 個主要的特點： 采用標(biāo)幺制易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及參數(shù)，能夠簡化計算公式，能在一定程度上簡化計算工作。系統(tǒng)大，電壓等級多，用標(biāo)幺值比較方便；系統(tǒng)小，直接使用歐姆法簡便。3-5 在無限大容量供電系統(tǒng)中，兩相短路電流和三相短路電流有什么關(guān)系？答：無限大功率電源供電系統(tǒng)短路時，兩相短路電流較三相短路電流小，計算三相短路電流就可求得兩相短路電流。兩相短路存在正序阻抗和負序阻抗, 三相短路只有正序阻抗 ,

9、所以兩相短路電流比三相短路電流小。3-10 某一地區(qū)變電所通過一條長6km的 10kV 電纜線路供電給某廠一個裝有兩臺并列運行的 S9-800型變壓器的變電所。 地區(qū)變電所出口斷路器的斷流容量為400MV.A, 試用歐姆法求該廠變電所10kV 高壓母線上和 380V 低壓母線上的短路電流I k(3) 、 I"( 3)、 I(3) 、 ish(3) 、 I sh(3)和短路容量Sk(3 ) ，并列出短路計算表。解： 1. 求 10kv 高壓母線的三相短路電流和短路容量（ 1）計算短路電流中各元件的電抗及總電抗1 ）電力系統(tǒng)的電抗：U c2110.5kV2X1400MV0.28SOCA頁

10、眉內(nèi)容共享知識分享快樂2）電纜線路的電抗：由表3-3得 X 00.08，所以kmX 2X 0l0.0860.483）總電抗為Xk 1X1X 20.280.480.76（2）計算三相短路電流和短路容量1）三相短路電流周期分量有效值I k31U c110.5kV7.98kA3X k 13 0.762 ）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流I ' ' 3I 3I k317.98kA3) 三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值ish32.55I '' 32.557.98kA20.35kAI sh31.51I '' 31.517.98kA12.05kA4)

11、三相短路容量Sk313U c1I k3 1310.5kV7.98kA145.13MVA2. 求 380v 低壓母線線路的短路電流和短路容量(1) 計算短路電路中各元件的電抗及總電抗1 ）電力系統(tǒng)的電抗X1'U c220.4kV 24 104Soc400MV A2) 電纜線路的電抗X 2'X 0l UU20.4kV2c 20.08 66.97 10 4c110.5kV3) 電力變壓器的電抗：由附錄表查的 U k % 5 ，因此X 3U k % U c2250.4kV2X 4100800kV0.01100 SNA4) 計算其總電抗為Xk 2X1 X2 X3 / X4 6.097 1

12、0 3頁眉內(nèi)容共享知識分享快樂(2) 計算三相短路電流和短路容量1 ）三相短路電流周期分量有效值I k32U c20.4103 kA 37.88kA3X k 23 6.0972)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流I ' ' 3I 3I k3 237.88kA3 ）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值ish31.84I '' 31.84 37.88kA 69.7kAI sh31.09I '' 31.09 37.88kA 41.29kA4 ）三相短路容量Sk323U c 2 I k323 0.4kV 37.88kA 26.24MVA短路計算表短路計

13、算點三相短路電流 /kA三相短路容量/MV AI k3I''3I 3ish3I sh3Sk3高壓側(cè)7.987.987.9820.3512.05145.13低壓側(cè)37.8837.8837.8869.741.2926.243-11 試用標(biāo)幺值法重做題3-10 。解：（1）確定基準(zhǔn)值取 Sd 100MV A,U c110.5kV ,U c2 0.4kVSd100MV AI d 15.50kA3U c13 10.5kV而Sd100MV AI d 2144kA3U c 23 0.4kV(2）計算短路電流中各主要元件的電抗標(biāo)幺值1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值 X1Sd100MVA0.25Soc4

14、00MVA2)電纜線路的電抗標(biāo)幺值頁眉內(nèi)容共享知識分享快樂由表 3-3 查的 X 00.08/ km ，因此Sd1000.44X 2X 0l U c210.08610.523）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值U k %5,由附錄表查的因此X3X *u % Sd0.05 100MVA6.254kSNT0.8MVA(3) 計算高壓母線的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值X *k 1 X1*X 2*0.25 0.44 0.692)三相短路電流周期分量有效值3I d15.50kAI k 1*7.97kAXk 10.693 ）其他三相短路電流I '' 3I 3I k317

15、.97kAi sh32.55I '' 32.557.97kA20.32kAI sh31.51I '' 31.517.97kA12.03kA4) 三相短路容量Sk31Sd100 kA 144.93MV AX*k 10.69（ 4）計算低壓側(cè)母線線路的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值X *k 2X1*X 2*X3* / X 4*3.8152 ）三相短路電流周期分量有效值I k32I d 2144kA37.75kAX*k23.8153 ）其他三相短路電流頁眉內(nèi)容共享知識分享快樂I '' 3I 3I k3 237.75kAish32.55I '&