《電力工程基礎(chǔ)第4版》 課件 第3、4章 電力網(wǎng)、短路電流及其計算

第3章電力網(wǎng)3.1電力網(wǎng)的接線方式3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇3.3電力網(wǎng)的電壓計算

一、概述1．無備用接線方式（開式電力網(wǎng)）開式電力網(wǎng)a）單回路放射式b）單回路干線式c）單回路鏈?zhǔn)絻?yōu)點：簡單明了、運行方便，投資費用少。缺點：供電的可靠性差。3.1電力網(wǎng)的接線方式2．有備用接線方式（閉式電力網(wǎng)）有備用接線a）雙回路放射式b）雙回路干線式c）雙回路鏈?zhǔn)絛）環(huán)式e）兩端共電式優(yōu)點：供電可靠性高，適用于對一級負(fù)荷供電。3.1電力網(wǎng)的接線方式放射式接線優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便、保護裝置簡單，便于實現(xiàn)自動化。缺點：供電可靠性較差，只能用于三級負(fù)荷和部分次要的二級負(fù)荷。

二、高壓配電系統(tǒng)的接線方式3.1電力網(wǎng)的接線方式雙回路放射式接線優(yōu)點：供電可靠性高，任一回路、任一電源發(fā)生故障都能保證不間斷供電，適用于一類負(fù)荷。缺點：從電源到負(fù)載都是雙套設(shè)備，互為備用，投資大，維護困難。3.1電力網(wǎng)的接線方式直接連接樹干式優(yōu)點：高壓配電裝置和線路投資較小，比較經(jīng)濟。缺點：供電可靠性差。樹干式接線3.1電力網(wǎng)的接線方式串聯(lián)型樹干式特點：干線的進出側(cè)均安裝了隔離開關(guān)，供電可靠性有所提高。

為提高供電可靠性，可采用：3.1電力網(wǎng)的接線方式雙回路樹干式兩端供電樹干式開環(huán)運行：正常運行時環(huán)形線路在某點斷開。開環(huán)點位置：正常配電時開環(huán)點的電壓差為最小。閉環(huán)運行：正常運行時環(huán)形線路沒有斷開點。3.1電力網(wǎng)的接線方式普通環(huán)式：環(huán)式接線優(yōu)點：供電可靠性高，運行靈活；缺點：導(dǎo)線截面按有可能通過的全部負(fù)荷來考慮，投資高。拉手環(huán)式（“手拉手”接線）

：優(yōu)點：供電可靠性較高，易于實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化。低壓配電系統(tǒng)接線方式：

放射式、樹干式、環(huán)式等，多采用幾種接線方式的組合。3.1電力網(wǎng)的接線方式正常運行時聯(lián)絡(luò)開關(guān)打開，當(dāng)線路失去一端電源時，將聯(lián)絡(luò)開關(guān)合上，從另一端電源對失去電源線路上的用戶供電。

一、電力線路的結(jié)構(gòu)和敷設(shè)架空線路的結(jié)構(gòu)和敷設(shè)導(dǎo)線1.架空線路的結(jié)構(gòu)導(dǎo)線材料：常用材料有銅、鋁和鋼。結(jié)構(gòu)型式：分為裸導(dǎo)線和絕緣導(dǎo)線兩大類。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路高壓線路一般用裸導(dǎo)線，低壓線路一般用絕緣導(dǎo)線。TJ：銅絞線LJ：鋁絞線，用于10kV及以下線路LGJ：鋼芯鋁絞線，用于35kV及以上線路GJ：鋼絞線，用作避雷線

桿塔按材料分：木桿、鋼筋混凝土桿（水泥桿）和鐵塔。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路導(dǎo)線型號：中心：1股第1層：6股第2層：12股第3層：18股按用途分：直線桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔、耐張桿塔、終端桿塔、換位桿塔和跨越桿塔等。直線桿塔（中間桿塔）：只承受導(dǎo)線自重；耐張桿塔：承受正?；驍嗑€時對導(dǎo)線的拉緊力；轉(zhuǎn)角桿塔：用于線路轉(zhuǎn)彎處；換位桿塔：減少三相參數(shù)的不平衡；終端桿塔：只承受一側(cè)的耐張力，導(dǎo)線首末端；跨越桿塔：跨越寬度大時，塔高100~200米。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路橫擔(dān)：木橫擔(dān)、鐵橫擔(dān)和瓷橫擔(dān)三種。瓷橫擔(dān)：兼有絕緣子和橫擔(dān)的雙重功能，有良好的電氣絕緣性能，可有效地降低桿塔的高度，節(jié)省線路投資。絕緣子：針式、懸式和棒式三種。針式絕緣子：用于35kV以下線路上。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路陶瓷鋼化玻璃復(fù)合（合成）材料懸式絕緣子：用于35kV及以上線路，成串使用。棒式絕緣子：兼作瓷橫擔(dān)，用于高壓輸電線路。金具：各種掛環(huán)、掛板、各種線夾、防震錘等。

2.架空線路的敷設(shè)正確選擇線路路徑：路徑短、轉(zhuǎn)角少、地質(zhì)條件好、施工維護方便等；確定檔距、弧垂和桿高：說明：線路的檔距、弧垂與桿高互相影響。檔距越大，桿塔數(shù)量越少，則弧垂增大，桿高增加；反之，檔距越小，桿塔數(shù)量越多，則弧垂減小，桿高降低。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路確定導(dǎo)線在桿塔上的排列方式

：可水平排列、三角排列和垂直排列。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路三相四線制低壓線路的導(dǎo)線，一般采用水平排列；三相三線制的導(dǎo)線，可三角排列，也可水平排列；多回路導(dǎo)線同桿架設(shè)時，可三角、水平混合排列，也可全部垂直排列；電壓不同的線路同桿架設(shè)時，電壓較高的線路應(yīng)架設(shè)在上面，電壓較低的線路應(yīng)架設(shè)在下面；架空導(dǎo)線和其他線路交叉跨越時，電力線路應(yīng)在上面，通訊線路應(yīng)在下面。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路1.電纜線路的結(jié)構(gòu)扇形三芯電纜1—導(dǎo)體2—紙絕緣3—鉛包皮

4—麻襯5—鋼帶鎧甲6—麻被導(dǎo)體：多股銅絞線或鋁絞線。電纜線路的結(jié)構(gòu)和敷設(shè)結(jié)構(gòu)：導(dǎo)體、絕緣層和保護包皮。種類：單芯、三芯和四芯等種類。截面形狀：圓形、扇形。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路絕緣層：絕緣材料有油浸紙、橡膠、聚乙烯、交聯(lián)聚氯乙烯等。2.電纜頭電纜頭包括電纜中間接頭和終端頭。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路3.電纜的敷設(shè)方式：直接埋入土中：埋設(shè)深度0.7～0.8m；電纜終端頭保護包皮：保護絕緣層不受機械損傷，并防止水分浸入和絕緣油外滲。電纜溝敷設(shè)：電纜置于電纜溝的支架上，溝面用水泥板覆蓋；電纜橋架敷設(shè)：用于電纜數(shù)量較多或較集中場所，如工廠配電所、車間、大型商廈等。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路電纜橋架的室內(nèi)敷設(shè)電纜溝敷設(shè)

二、輸電線路的參數(shù)計算及等效電路1．輸電線路的參數(shù)計算3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路線路流過交流電流：發(fā)熱：消耗有功功率→電阻R；通交流電流（產(chǎn)生磁場）→磁動勢→磁場強度→磁通密度→磁通量→磁鏈→電感L→電抗X；線路加交流電壓：加交流電壓（產(chǎn)生電場）→電場強度→電位差→線/線、線/大地電容C→電納B；強電場下的空氣電離→電暈→電暈損耗→電導(dǎo)G。電阻：單根導(dǎo)線的直流電阻為：

導(dǎo)線的交流電阻比直流電阻增大0.2%～1%，主要是因為：應(yīng)考慮趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響；導(dǎo)線為多股絞線，導(dǎo)線的實際長度比線路長度大;導(dǎo)線的額定截面（標(biāo)稱截面）略大于實際截面。

通常取3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路電阻R：反映線路通過電流時產(chǎn)生的有功功率損失效應(yīng)；電抗X：反映載流導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場效應(yīng)；電導(dǎo)G：反映電暈現(xiàn)象產(chǎn)生的有功功率損失效應(yīng)；電納B：反映載流導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的電場效應(yīng)。工程計算中，可先查出r1，則電抗：每相導(dǎo)線單位長度的等值電抗為：式中，Sav為三相導(dǎo)線的線間幾何均距（m）。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路一次整循環(huán)換位注意：為了使三相導(dǎo)線的電氣參數(shù)對稱，應(yīng)將輸電線路的各相導(dǎo)線進行換位。架空線路的電抗值在0.4Ω/km左右，則電納：每相導(dǎo)線單位長度的等值電容為：

（F/km）3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路則單位長度的電納為：架空線路的b1值為S/km左右，則（S/km）電導(dǎo)：

反映線路絕緣子表面的泄露電流和導(dǎo)線周圍空氣電離產(chǎn)生的電暈現(xiàn)象而產(chǎn)生的有功功率損耗。說明：通常架空線路的絕緣良好，泄露電流很小，可以忽略不計。電暈現(xiàn)象：在架空線路帶有高電壓的情況下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強度超過空氣的擊穿強度時，導(dǎo)線周圍的空氣被電離而產(chǎn)生局部放電的現(xiàn)象。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路

當(dāng)線路電壓高于電暈臨界電壓時，將出現(xiàn)電暈損耗，與電暈相對應(yīng)的導(dǎo)線單位長度的等值電導(dǎo)為：因此，注意：通常由于線路泄漏電流很小，而電暈損耗在設(shè)計線路時已經(jīng)采取措施加以限制，因此在電力線路參數(shù)計算中，可近似認(rèn)為g1=0。

有哪些措施?2．輸電線路的等效電路一字型等效電路

：

用于長度不超過100km、電壓為35kV及以下的架空線路和線路不長的電纜線路。π型或T型等效電路：空線路（110～220kV）和長度不超過100km的電纜線路。

用于長度為100～300km的架π型或T型等效電路a）π型b）T型3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路

三、變壓器的參數(shù)計算及等效電路1．雙繞組變壓器

雙繞組變壓器采用Γ型等效電路。35kV及以下的變壓器，勵磁支路可忽略不計，可用簡化等效電路。注意：變壓器等值電路中的電納的符號與線路等值電路中電納的符號相反，前者為負(fù)，后者為正；因為前者為感性，后者為容性。雙繞組變壓器的等效電路a）Γ型等效電路b）勵磁支路用功率表示的等效電路c）簡化等效電路3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路電阻RT：由于所以電抗XT：由于對小容量變壓器，則所以3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路電導(dǎo)GT：電導(dǎo)是用來表示鐵心損耗的。電納BT：電納是用來表征變壓器的勵磁特性的。由于所以說明：以上各式中，U

、S、P、Q、的單位分別為kV、kVA、kW和kvar。則3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路2.三繞組變壓器三繞組變壓器的等效電路a）勵磁回路用導(dǎo)納表示b）勵磁回路用功率表示3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路電阻RT1、RT2、RT3100/100/100：三個繞組的容量均等于變壓器的額定容量；100/100/50：第三個繞組的容量為變壓器額定容量的50%；100/50/100：第二個繞組的容量為變壓器額定容量的50%。對100/100/100的變壓器：通過短路試驗可得到任兩個繞組的短路損耗、、，則每一個繞組的短路損耗為3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路由所以3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路

短路試驗有兩組數(shù)據(jù)是按50%容量的繞組達到額定容量時測量的值。因此，應(yīng)先將各繞組的短路損耗按變壓器的額定容量進行折算，然后再計算電阻。如對容量比為100/100/50的變壓器，折算公式為對100/100/50和100/50/100的變壓器：未折算的繞組間短路損耗（銘牌數(shù)據(jù)）折算到變壓器額定容量下的繞組間短路損耗3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路電抗XT1、XT2、XT3所以由電導(dǎo)GT與電納BT：同雙繞組變壓器。說明：1）廠家給出的短路電壓百分?jǐn)?shù)已歸算到變壓器的額定容量，因此在計算電抗時，不論變壓器各繞組的容量比如何，其短路電壓百分?jǐn)?shù)不必再進行折算。2）參數(shù)計算時，要求將參數(shù)歸算到哪一電壓等級，則計算公式中的UN為相應(yīng)等級的額定電壓。3.2電力系統(tǒng)元件參數(shù)和等效電路3.3電力網(wǎng)的電壓計算

一、概述電壓降落：是指線路首末端電壓的相量差，即線路的電壓降落和電壓損失相量圖電壓損失：是指線路首末端電壓的代數(shù)差，即電壓損失百分?jǐn)?shù)：

二、地方電力網(wǎng)的電壓損失計算1．放射形線路電壓損失計算

設(shè)線路首末端相電壓分別為和，負(fù)荷電流為I，負(fù)荷的功率因數(shù)為，則放射式線路電壓損失相量圖a）放射式線路簡化電路圖b）電壓損失相量圖3.3電力網(wǎng)的電壓計算則一相的電壓損失為：為便于計算，用代替，則換算成線電壓損失為：3.3電力網(wǎng)的電壓計算式中，P、Q、UN

、的單位分別為kW、kvar、kV和V。2．樹干式線路電壓損失計算各支線的負(fù)荷功率——用p、q表示；各段干線的功率

——用P、Q表示；各段線路的長度、電阻和電抗——分別用l、r和x表示；各負(fù)荷到電源之間的干線長度、電阻和電抗——分別用L、R和X表示。

3.3電力網(wǎng)的電壓計算若忽略各段線路的功率損耗，則每段干線的功率可用各支線的負(fù)荷功率表示，即l1段：l2段：l3段：各線干段的電壓損失為:l1段：l2段：l3段：3.3電力網(wǎng)的電壓計算n段干線的總電壓損失為若用各支線負(fù)荷表示，則電壓損失百分?jǐn)?shù)為或3.3電力網(wǎng)的電壓計算當(dāng)各段線路的導(dǎo)線截面、功率因數(shù)相同時，有3．均勻無感線路電壓損失計算線路的所有功率矩（負(fù)荷矩）之和計算系數(shù)，與線路電壓、接線方式及導(dǎo)線材料有關(guān)，可查表3-13.3電力網(wǎng)的電壓計算4．均勻分布負(fù)荷的三相線路電壓損失計算上式說明：計算均勻分布負(fù)荷線路的電壓損失時，可以用一個與均勻分布的總負(fù)荷相等，位于均勻分布負(fù)荷中點的集中負(fù)荷等值代替。3.3電力網(wǎng)的電壓計算輸電線路的π型等效電路及相量圖a）等效電路b）相量圖

三、高壓電網(wǎng)中電壓損失的計算圖中：稱為電壓降落的縱分量；稱為電壓降落的橫分量。

下圖為輸電線路的π型等效電路及相量圖，則電壓降落為3.3電力網(wǎng)的電壓計算線路首端電壓有效值為：說明：上述公式是按感性負(fù)荷下推出的，若為容性負(fù)荷，公式不變，無功功率Q前面的符號應(yīng)改變。將上式按二項式定理展開并取前兩項可得因此當(dāng)負(fù)荷為感性時，，經(jīng)推導(dǎo)得：電壓降落縱分量電壓降落橫分量3.3電力網(wǎng)的電壓計算幾點說明:

對于110kV及以下電力網(wǎng)，可忽略電壓降落的橫分量，則電壓損失就等于電壓降落的縱分量，即

P2、Q2、U2的單位分別為kW、kvar

和kV

，且所有參數(shù)必須是線路上同一點的參數(shù)。電壓損失通常以線路額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示，即若已知首端參數(shù)

P1、Q1、U1，則3.3電力網(wǎng)的電壓計算

一、導(dǎo)線截面選擇的基本原則1．發(fā)熱條件：導(dǎo)線在通過正常最大負(fù)荷電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度不超過其正常運行時的最高允許溫度。2．電壓損失條件：

導(dǎo)線通過正常最大負(fù)荷電流時產(chǎn)生的電壓損失應(yīng)小于允許電壓損失，以保證供電質(zhì)量。3．機械強度條件：

導(dǎo)線應(yīng)有足夠的機械強度以防止斷線，故要求導(dǎo)線截面不應(yīng)小于最小允許截面。4．經(jīng)濟條件：

選擇導(dǎo)線截面時，即要降低線路的電能損耗和維修費等年運行費用，又要盡可能減少線路投資和有色金屬消耗量。3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，導(dǎo)線截面選擇的原則如下：對35kV及以上的外部供電線路：先按經(jīng)濟電流密度按選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗其他條件。對供電線路較長的6~10kV線路：先按允許電壓損失條件選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗機械強度和發(fā)熱條件；對供電線路較短的6~10kV線路：應(yīng)先按發(fā)熱條件選擇截面，然后校驗電壓損失和機械強度。對低壓照明線路：因其對電壓質(zhì)量要求較高，故先按允許電壓損失條件選擇截面，再校驗其他條件；對低壓動力線路：因其負(fù)荷電流較大，則應(yīng)按發(fā)熱條件選擇截面，再校驗其他條件。3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

二、按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面

選擇三相系統(tǒng)中的相線截面的方法:應(yīng)使導(dǎo)線的允許載流量Ial不小于通過相線的計算電流I30，即

則發(fā)熱條件選擇截面的條件為：≥≥導(dǎo)線的允許載流量與環(huán)境溫度和敷設(shè)條件有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線敷設(shè)地點的環(huán)境溫度與導(dǎo)線允許載流量所采用的環(huán)境溫度不同時，則允許載流量應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)，即3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇或環(huán)境溫度的規(guī)定：在室外，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁兀辉谑覂?nèi)，取當(dāng)?shù)刈顭嵩缕骄鶜鉁丶?℃。對埋入土中的電纜，取當(dāng)?shù)刈顭嵩碌叵?.8～1m深處的土壤月平均氣溫。銅、鋁導(dǎo)線的等效換算:若近似認(rèn)為銅、鋁導(dǎo)線的散熱情況相同，則其發(fā)熱溫度相同時，可認(rèn)為其功率損耗相同，即：即銅導(dǎo)線允許載流量為同截面鋁導(dǎo)線允許載流量的1.3倍。3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇保護線（PE線）截面的選擇：中性線（N線）截面的選擇：保護中性線（PEN線）截面的選擇：應(yīng)同時滿足上述二者的要求，并取其中較大者作為PEN線截面，因此≥(0.5～1)。低壓系統(tǒng)中性線和保護線的選擇（補充）對動力線路，取≥0.5；對照明線路，取。一般取≥0.5；當(dāng)相線截面小于16mm2時，可取。3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇≤注意：若上式不滿足要求，應(yīng)加大導(dǎo)線截面，從而使Ial增大。按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線或電纜截面時，還必須與其相應(yīng)的過流保護裝置（熔斷器或低壓斷路器的過流脫扣器）的動作電流相配合，以便在線路過負(fù)荷或短路時及時切斷線路電流，保護導(dǎo)線或電纜不被毀壞。因此，應(yīng)滿足的條件是：過流保護裝置的動作電流絕緣導(dǎo)線或電纜的允許短時過負(fù)荷倍數(shù)3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

三、按允許電壓損失選擇導(dǎo)線截面設(shè)導(dǎo)線單位長度電抗為0.4Ω/km（6～110kV架空線路）或0.08Ω/km（電纜線路），則而∴3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇由于若，可不計，則說明：選標(biāo)準(zhǔn)截面往上靠。式中，UN、、pi、

Li、γ的單位分別為kV、V、kW、km

和?！?/p>

3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇【例3-1】（P83）

四、按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面1．經(jīng)濟電流密度的概念導(dǎo)線截面越大，線路的功率損耗和電能損耗越小（即年運行費用越?。?，但是線路投資和有色金屬消耗量都要增加；反之，導(dǎo)線截面越小，線路投資和有色金屬消耗量越少，但是線路的功率損耗和電能損耗卻要增大（即年運行費用越大）。綜合以上兩種情況，使年運行費用達到最小、初投資費用又不過大而確定的符合總經(jīng)濟利益的導(dǎo)線截面，稱為經(jīng)濟截面，用Aec表示。對應(yīng)于經(jīng)濟截面的導(dǎo)線電流密度，稱為經(jīng)濟電流密度，用jec表示。3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇下圖是年運行費用F與導(dǎo)線截面A的關(guān)系曲線。年折舊費和年維修管理費之和年電能損耗費年運行費3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇由圖可知，曲線3的最低點（a點）的年運行費用最小，但從綜合經(jīng)濟效益考慮，導(dǎo)線截面選Ab比選Aa更為經(jīng)濟合理，即Ab為經(jīng)濟截面。2．按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面的方法見表3-3說明：選標(biāo)準(zhǔn)截面往下靠。

【例3-2】（P85）例3-2有一條長15km的35kV架空線路，計算負(fù)荷為4850kW，功率因數(shù)為0.8，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)為4600h。試按經(jīng)濟電流密度選擇其導(dǎo)線截面，并校驗其發(fā)熱條件和機械強度。解：（1）按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇

查表3-3得，jec=1.15A/mm2,則選LGJ-70型鋼芯鋁絞線。（2）校驗發(fā)熱條件：附錄表A-10得LGJ-70的允許載流量（室外25℃）A＞Ａ，因此發(fā)熱條件滿足要求。

（3）校驗機械強度：查表3-2得，35kV鋼芯鋁絞線的最小允許截面為25mm2，因此所選LGJ-70滿足機械強度要求。

3.4輸電線路導(dǎo)線截面的選擇第4章短路電流及其計算4.1概述4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算4.5不對稱短路電流計算簡介4.6電動機對短路電流的影響4.7低壓電網(wǎng)短路電流計算4.8短路電流的效應(yīng)4.9三相短路的MATLAB仿真

一、短路的原因及其后果短路的原因：

短路的現(xiàn)象：電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞；運行人員誤操作；其他因素。電流劇烈增加；系統(tǒng)中的電壓大幅度下降。4.1概述短路的危害：

短路電流的熱效應(yīng)會使設(shè)備發(fā)熱急劇增加，可能導(dǎo)致設(shè)備過熱而損壞甚至燒毀；短路電流產(chǎn)生很大的電動力，可引起設(shè)備機械變形、扭曲甚至損壞；短路時系統(tǒng)電壓大幅度下降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常工作；嚴(yán)重的短路可導(dǎo)致并列運行的發(fā)電廠失去同步而解列，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不對稱短路產(chǎn)生的不平衡磁場，會對附近的通訊系統(tǒng)及弱電設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作。4.1概述

二、短路的種類對稱短路：三相短路k(3)不對稱短路：兩相短路k(2)單相接地短路k(1)兩相接地短路k(1,1)進行短路電流計算的目的：選擇合理的電氣接線圖選擇和校驗各種電氣設(shè)備合理配置繼電保護和自動裝置4.1概述三相短路兩相短路單相接地短路兩相接地短路

一、由無限容量系統(tǒng)供電時三相短路的物理過程無限容量系統(tǒng)的概念無限容量系統(tǒng)（又叫無限大功率電源），是指系統(tǒng)的容量為∞，內(nèi)阻抗為零。無限容量系統(tǒng)的特點：在電源外部發(fā)生短路，電源母線上的電壓基本不變，即認(rèn)為它是一個恒壓源。在工程計算中，當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過短路回路總阻抗的5%～10%時，就可認(rèn)為該電源是無限大功率電源。4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析64短路前:短路后：

由無限大功率電源供電的三相對稱電路4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析解微分方程得：由于電感中的電流不能突變，則短路前一瞬間的電流應(yīng)與短路后一瞬間的電流相等。即則∴4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析

在短路回路中，通常電抗遠大于電阻，可認(rèn)為，故由上式可知，當(dāng)非周期分量電流的初始值最大時，短路全電流的瞬時值為最大，短路情況最嚴(yán)重，其必備的條件是：短路前空載（即Im=0）；短路瞬間電源電壓過零值，即初始相角α=0。因此4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析無限大容量系統(tǒng)三相短路時短路電流的變化曲線i,u4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析

二、三相短路沖擊電流

在最嚴(yán)重短路情況下，三相短路電流的最大瞬時值稱為沖擊電流，用ish表示。

ish發(fā)生在短路后約半個周期（0.01s）。其中，——短路電流沖擊系數(shù)。

意味著短路電流非周期分量不衰減當(dāng)R=0時，當(dāng)Ｘ=0時，意味著不產(chǎn)生非周期分量4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析1＜Ksh＜2因此在高壓電網(wǎng)中短路時，取Ksh=1.8，在發(fā)電機端部短路時，取Ksh=1.9，在低壓電網(wǎng)中短路時，取Ksh=1.3，

三、三相短路沖擊電流有效值為簡化計算，假設(shè)非周期分量電流的數(shù)值在該周期內(nèi)恒定不變且等于該周期中點的瞬時值，即4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析當(dāng)t=0.01s時，Ikt就是短路沖擊電流有效值Ish。∴當(dāng)Ksh=1.9時，當(dāng)Ksh=1.3時，

當(dāng)Ksh=1.8時，

四、三相短路穩(wěn)態(tài)電流在無限大容量系統(tǒng)中，有：次暫態(tài)短路電流或超瞬變短路電流，是短路瞬間（t=0s）時三相短路電流周期分量的有效值短路短路后0.2s時三相短路電流周期分量的有效值4.2無限容量系統(tǒng)三相短路暫態(tài)分析

一、概述

二、標(biāo)幺制的概念在短路電流計算中，1kV以下的低壓系統(tǒng)中宜采用有名值，而高壓系統(tǒng)中宜采用標(biāo)幺值。在高壓電網(wǎng)中，通常只計各主要元件的電抗而忽略其電阻。實際值基準(zhǔn)值4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

常取Sd=100MVA，Ud取各級線路的平均額定電壓，即Ud=

Uav。表4-1線路的額定電壓與平均額定電壓額定電壓UN/kV0.38361035110220330500平均額定電壓Uav/kV0.43.156.310.537115235345525線路平均額定電壓：取線路額定電壓的1.05倍?；鶞?zhǔn)值的選取：先選定Sd和Ud，則Id和Xd分別為：4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

三、不同基準(zhǔn)標(biāo)幺值之間的換算

先將以額定值為基準(zhǔn)的電抗標(biāo)幺值還原為有名值，即選定Sd和Ud，則以此為基準(zhǔn)的電抗標(biāo)幺值為：若取Ud

=UN=Uav

，則4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

四、電力系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值的計算發(fā)電機：通常給出SN、UN和，則4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算A母線的短路容量斷路器QF的斷流容量求系統(tǒng)等值電抗示意圖無限大容量系統(tǒng)：系統(tǒng)(電源)短路容量未知：系統(tǒng)(電源)短路容量已知：變壓器：通常給出SN、UN和Uk%，由于所以4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算電力線路：給出線路長度、單位長度電抗和線路平均電壓，則電抗器：通常給出INL、UNL和電抗百分?jǐn)?shù)XL%，∴式中，為電抗器的額定容量。其中4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

五、不同電壓等級電抗標(biāo)幺值的關(guān)系

設(shè)k點發(fā)生短路，取Ud

=Uav3，則線路WL1的電抗X1折算到短路點的電抗為：則X1折算到第三段的標(biāo)幺值為：此式說明：任何一個用標(biāo)幺值表示的量，經(jīng)變壓器變換后數(shù)值不變。

4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

六、短路回路總電抗標(biāo)幺值

將各元件的電抗標(biāo)幺值求出后，就可以畫出由電源到短路點的等值電路圖，并對網(wǎng)絡(luò)進行化簡，最后求出短路回路總電抗標(biāo)幺值。注意：求電源到短路點的總電抗時，必須是電源與短路點直接相連的電抗，中間不經(jīng)過公共電抗。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜時，需要對網(wǎng)絡(luò)進行化簡，求出電源至短路點直接相連的電抗（即轉(zhuǎn)移電抗）。4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

七、無限大容量系統(tǒng)短路電流和短路容量的計算1．短路電流∴2．短路容量：∴或4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算例4-1計算k1點和k2點發(fā)生三相短路時的Ik、ish、Ish和Sk

。4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算解：（1）取Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，Ud1=0.4kV，則（2）計算各元件電抗標(biāo)幺值4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

（3）作等值電路:

（4）k1點短路：4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

（5）k2點短路：4.3無限大容量系統(tǒng)三相短路電流計算

一、由有限容量系統(tǒng)供電時三相短路的物理過程短路電流周期分量的的變化規(guī)律如下：發(fā)電機沒有裝設(shè)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置與發(fā)電機是否裝有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置有關(guān)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的作用：在發(fā)電機電壓變動時，能自動調(diào)節(jié)勵磁電流，維持發(fā)電機端電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算電源容量比較小，或者短路點離電源較近有限容量系統(tǒng)的概念電源電壓不可能維持恒定沒有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置時的三相短路暫態(tài)過程4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算裝設(shè)自動調(diào)節(jié)勵磁裝置時短路電流的變化曲線4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算發(fā)電機裝有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置可用計算電抗來表示：短路回路所連發(fā)電機的總?cè)萘?/p>

二、起始次暫態(tài)短路電流和沖擊電流的計算4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算與短路點與發(fā)電機之間的電氣距離有關(guān)電氣距離越大發(fā)電機電壓下降得越小周期分量幅值的變化也越小次暫態(tài)短路電流:標(biāo)幺值為1.05~1.15∴對一般高壓電網(wǎng)，Ksh=1.8，在發(fā)電機端部短路時，Ksh=1.9，

為簡化計算，可近似取4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算短路沖擊電流：

三、任意時刻三相短路電流的計算——計算曲線法注：計算曲線按汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機分別制作，且只做到為止。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有多臺發(fā)電機時，常采用合并電源的方法來簡化網(wǎng)絡(luò)。合并的主要原則是：距短路點的電氣距離相差不大的同類型發(fā)電機可以合并；遠離短路點的不同類型發(fā)電機可以合并；直接與短路點相連的發(fā)電機應(yīng)單獨考慮；無限大功率電源應(yīng)單獨考慮。4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算應(yīng)用計算曲線計算短路電流的步驟如下：由計算曲線確定短路電流周期分量標(biāo)幺值。計算短路電流周期分量的有名值。求計算電抗：

按電源歸并原則，將網(wǎng)絡(luò)中的電源合并成若干組，每組用一個等值發(fā)電機代替，無限大功率電源單獨考慮，通過網(wǎng)絡(luò)變換求出各等值發(fā)電機對短路點的轉(zhuǎn)移電抗?！纠?-2】（P103）繪制等值網(wǎng)絡(luò)，計算系統(tǒng)中各元件的電抗標(biāo)幺值。4.4有限容量系統(tǒng)三相短路電流的實用計算

一、對稱分量法

正序分量：與正常對稱運行下的相序相同；負(fù)序分量：與正常對稱運行下的相序相反；零序分量：三相同相位。4.5不對稱短路電流計算簡介式中：且有用矩陣表示可見：三相對稱系統(tǒng)中不存在零序分量。在三角形接法或沒有中線的星形接法中，線電流中不存在零序分量；在有中性線的星形接法中，通過中線的電流等于一相零序電流的3倍?；?.5不對稱短路電流計算簡介簡寫為120系統(tǒng)abc系統(tǒng)對稱分量法的變換矩陣簡寫為abc系統(tǒng)120系統(tǒng)

二、對稱分量法在不對稱短路計算中的應(yīng)用不對稱短路時的正序、負(fù)序、零序網(wǎng)絡(luò)圖如下：各序網(wǎng)的基本方程為：a）正序網(wǎng)絡(luò)b）負(fù)序網(wǎng)絡(luò)c）零序網(wǎng)絡(luò)4.5不對稱短路電流計算簡介

三、電力系統(tǒng)中各主要元件的序電抗1．發(fā)電機的序電抗正序電抗：包括穩(wěn)態(tài)時的同步電抗Xd、Xq

，暫態(tài)過程中的、

和、。負(fù)序電抗：與故障類型有關(guān)。零序電抗：與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)。發(fā)電機的各序電抗平均值見P108表4-2。2．變壓器的序電抗變壓器的負(fù)序電抗與正序電抗相等，而零序電抗與變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)及三相繞組的接線方式等因素有關(guān)。4.5不對稱短路電流計算簡介

變壓器零序電抗與鐵心結(jié)構(gòu)的關(guān)系

對于由三個單相變壓器組成的變壓器組及三相五柱式或殼式變壓器，零序主磁通以鐵心為回路，因磁導(dǎo)大，零序勵磁電流很小，可認(rèn)為。對于三相三柱式變壓器，零序主磁通通過充油空間及油箱壁形成閉合回路，因磁導(dǎo)小，勵磁電流很大，所以零序勵磁電抗應(yīng)視為有限值，通常取。4.5不對稱短路電流計算簡介

變壓器零序電抗與三相繞組接線方式的關(guān)系

在星形連接的繞組中，零序電流無法流通，從等效電路的角度來看，相當(dāng)于變壓器繞組開路；在中性點接地的星形連接的繞組中，零序電流可以暢通，所以從等效電路的角度來看，相當(dāng)于變壓器繞組短路；在三角形連接的繞組中，零序電流只能在繞組內(nèi)部環(huán)流，不能流到外電路，因此從外部看進去，相當(dāng)于變壓器繞組開路。4.5不對稱短路電流計算簡介YN，d接線ACBabc無零序電流通路接線圖等效電路圖無零序通路從外部看相當(dāng)于變壓器繞組短路！4.5不對稱短路電流計算簡介YN，y接線接線圖等效電路圖從等效電路看相當(dāng)于變壓器繞組開路!4.5不對稱短路電流計算簡介YN，yn接線當(dāng)時，

外電路零序電抗接線圖等效電路圖從等效電路看相當(dāng)于變壓器繞組短路！說明：若Ⅱ側(cè)外電路不接地，零序電流將無通路，與YN，y接線相同。4.5不對稱短路電流計算簡介YN，d，d接線其零序等值電抗為4.5不對稱短路電流計算簡介YN，d，y接線:4.5不對稱短路電流計算簡介其零序等值電抗為YN，d，yn接線:

外電路零序電抗4.5不對稱短路電流計算簡介其零序等值電抗需要與外電路零序電抗一并考慮！3．線路的序電抗（見P110表4-3）當(dāng)線路通過零序電流時，因三相電流的大小和相位完全相同，各相間的互感磁通是互相加強的，因此，零序電抗要大于正序電抗。零序電流是通過大地形成回路的，因此，線路的零序電抗與土壤的導(dǎo)電性能有關(guān)。當(dāng)線路裝有架空地線時，零序電流的一部分通過架空地線和大地形成回路，由于架空地線中的零序電流與輸電線路上的零序電流方向相反，其互感磁通是相互抵消的，將導(dǎo)致零序電抗的減小。

4.5不對稱短路電流計算簡介

四、簡單不對稱短路的分析計算1．單相接地短路

邊界條件4.5不對稱短路電流計算簡介用序分量表示：4.5不對稱短路電流計算簡介

復(fù)合序網(wǎng)故障相電流：正、負(fù)、零三序網(wǎng)絡(luò)在故障端口處串聯(lián)！單相接地短路電流:

2．兩相短路（b、c兩相短路）

邊界條件4.5不對稱短路電流計算簡介正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)在故障端口處并聯(lián)！

復(fù)合序網(wǎng)短路點的故障相電流：4.5不對稱短路電流計算簡介兩相短路電流:

上式表明，兩相短路電流為同一地點三相短路電流的倍。3．兩相接地短路

邊界條件

復(fù)合序網(wǎng)4.5不對稱短路電流計算簡介正、負(fù)、零三序網(wǎng)絡(luò)在故障端口處并聯(lián)！4.5不對稱短路電流計算簡介短路點故障相的電流：兩相接地短路電流：流入地中的電流：

4.5不對稱短路電流計算簡介4．正序等效定則

故障相正序電流絕對值可以表示為：

各種不對稱故障時短路電流的絕對值為：短路類型三相短路兩相短路單相接地短路兩相接地短路013表4-4各種短路時的和值該式表明，發(fā)生不對稱短路時，短路電流的正序分量，與在短路點每一相中接入附加電抗而發(fā)生三相短路的電流相等。因此又稱為正序等效定則。4.5不對稱短路電流計算簡介

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生三相短路時，短路點的電壓突然下降，

若接在短路點附近的電動機反電勢大于電網(wǎng)在該點的殘余電壓，則電動機將變?yōu)榘l(fā)電機運行，就要向短路點輸送反饋電流。注意：由于該反饋電流使電動機將迅速受到制動，其值也迅速減小，所以電動機的反饋電流一般只影響短路電流的沖擊值。電動機的反饋電流可按下式計算：則短路點的總沖擊電流為：4.6電動機對短路沖擊電流的影響

一、低壓電網(wǎng)短路電流計算的特點配電變壓器容量遠遠小于電力系統(tǒng)的容量，因此變壓器一次側(cè)可以作為無窮大容量電源系統(tǒng)來考慮；低壓回路中各元件的電阻與電抗相比已不能忽略，所以計算時需用阻抗值；低壓網(wǎng)中電壓一般只有一級，且元件的電阻多以mΩ計，所以采用有名值計算比較方便。4.7低壓電網(wǎng)短路電流計算

二、低壓電網(wǎng)中各主要元件的阻抗1．電力系統(tǒng)的電抗：