電力系統(tǒng)課后答案

1、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(jì)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(diǎn)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(shí)際運(yùn)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(jì)算的重點(diǎn)是三相短路電流計(jì)算。供電系統(tǒng)發(fā)生短路的原因有：（ 1

2、）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(yùn)行絕緣自然老化、設(shè)備缺陷、設(shè)計(jì)安裝有誤、操作過電壓以及絕緣受到機(jī)械損傷等。（ 2）運(yùn)行人員不遵守操作規(guī)程發(fā)生的誤操作。如帶負(fù)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(diǎn)越近電壓降低越 大，三相短路時，短路點(diǎn)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(jī)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(jī)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(jī)過熱而燒壞；（4）短路造成停電，給國民經(jīng)濟(jì)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(yùn)行穩(wěn)定性，使并列的同步發(fā)電機(jī)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(qiáng)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(jì)算短路電流的目的是 :（ 1）選擇電

4、氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性。（2）選擇和整定繼電保護(hù)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(yùn)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(shí)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(diǎn) 離電源的電氣距離足夠遠(yuǎn)，滿足以上條件，可作為無限大容量電源供電系統(tǒng)進(jìn)行短路電流計(jì)算 和分

5、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(jī)定子電流激增，使發(fā)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生電磁暫態(tài)過程，即發(fā)電機(jī)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 ）的衰減變化過程。3-3 解釋

6、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 i np ，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)生后大約十個時間內(nèi)， 呈指數(shù)曲線衰減的暫態(tài)電流， 因?yàn)橛校?電路電流不可能突變，使其產(chǎn)生反向電流。短路全電流 Ik 就是短路電流的周期分量和非周期分量之和Ik 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。如果短路時在最不利的條件下發(fā)生，在第一個周

7、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(yùn)行方式下，關(guān)注點(diǎn)三相短路時的視在功率，它是表征 電力系統(tǒng)供電能力強(qiáng)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(jì)算短路電流各有什么特點(diǎn)？這兩種方法各適用于什么場 合？答：歐姆法就是用元件的實(shí)際工作的阻抗計(jì)算，再按照變壓器變比逐級折

8、算； 標(biāo)幺值法是把各個的阻抗按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)比對得出一個虛擬的值 (標(biāo)幺值)，短路計(jì)算后， 在按分別 歸算。法相對于法來說有 3 個主要的特點(diǎn)：采用易于比較各元件的特性及參數(shù)，能夠簡化計(jì)算公式， 能在一定程度上簡化計(jì)算工作。系統(tǒng)大，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(jì)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(fù)序阻抗 , 三相短路只有正序阻抗 , 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

9、10kV 電纜線路供電給某廠一個裝有兩臺并列運(yùn)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, 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 Ik(3)、I(3) 、I (3) 、is(h3) 、 Is(h3)和短路容量 Sk(3)， 并列出短路計(jì)算表。解： 1.求10kv 高壓母線的三相短路電流和短路容量 (1)計(jì)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：2) 電纜線路的電抗：由表 3-3 得 X 0 0.08 km，所以3)總電抗為 Xk1X1 X 2 0.28 0.48 0.76(2)計(jì)算三相短路電流和短路容量1) 三相短

10、路電流周期分量有效值2) 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3) 三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值4) 三相短路容量2. 求 380v 低壓母線線路的短路電流和短路容量(1) 計(jì)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2) 電纜線路的電抗3) 電力變壓器的電抗：由附錄表查的 U k% 5 ，因此4) 計(jì)算其總電抗為(2) 計(jì)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2) 三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流3) 三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值4) 三相短路容量短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流 /kA三相短路容量/ MV A高壓側(cè)低壓側(cè)3-11 試用標(biāo)幺值法重做題 3-10 。 解：( 1)確定基準(zhǔn)值取 Sd100MV A,U c1 10.5kV,Uc2 0.4kVSd100MV A3Uc13 10.5kVSd100MV A3Uc23 0.4kVd25.50kA144kA(2 )計(jì)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 X1 Sd 100MV A 0.251 Soc 400MV A2）電纜線路的電抗標(biāo)幺值由表 3-3 查的 X0 0.08 / km，因此3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值Uk % 5,由附錄表查的 因此（3） 計(jì)算高壓母線的短路電路總電