電力系統(tǒng)的基本知識-計算短路電流（電氣設(shè)備）

學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)的基本知識

計算短路電流目錄CONTENTS01認(rèn)識電力系統(tǒng)02了解中性點(diǎn)運(yùn)行方式03計算短路電流04認(rèn)識電弧了解短路電流的原因、類型和后果學(xué)習(xí)目標(biāo)LEARNINGOBJECTIVES掌握短路電流的計算方法能正確進(jìn)行短路電流的計算010203目錄CONTENTS03計算短路電流3.1短路是什么3.2為什么要計算短路電流3.3如何進(jìn)行三相短路電流計算目錄CONTENTS3.1短路是什么03計算短路電流短路的原因短路的類型短路的危害限制短路電流的措施產(chǎn)生短路的原因短路是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的故障，對電力系統(tǒng)有極大的危害。短路是指電力系統(tǒng)中一切不正常的相與相之間和相與地面之間的通路?；靖拍頑ASICCONCEPTS短路

設(shè)備絕緣損壞

外力破壞

設(shè)備機(jī)械損傷

運(yùn)行人員誤操作電源過電壓，老化、污閃、鹽堿擊穿。雷擊、鳥害、動物接觸、人員或植物距離太近。疲勞嚴(yán)重、斷線、倒塔、倒桿、電動力太大拉斷導(dǎo)線。帶地線合隔離開關(guān)、帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)等。電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞產(chǎn)生短路的原因絕緣損壞產(chǎn)生短路的原因產(chǎn)生短路的原因污閃產(chǎn)生短路的原因鳥巢產(chǎn)生短路的原因倒塔倒桿短路的類型短路類型幾率示意圖短路表示符號三相短路5%f(3)兩相短路接地20%f(1,1)兩相短路10%f(2)單相短路接地65%f(1)短路的類型短路的危害短路電源供電回路阻抗X↓短路的暫態(tài)過程短路電流Ik大大增加短路的危害

01

02發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電樞反應(yīng)→機(jī)端U↓→影響電能質(zhì)量損壞用電設(shè)備，發(fā)電機(jī)失步和系統(tǒng)瓦解；03輸電線路上產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場→影響附近的通信線路通信質(zhì)量。04限制短路電流的措施限制短路電流的措施Measurestolimitshortcircuitcurrent消除可能引起短路的一切原因盡快地切除短路故障部分思路0102選擇發(fā)電廠和電網(wǎng)的接線方式采用分裂繞組變壓器和分段電抗器采用線路電抗器采用微機(jī)保護(hù)及綜合自動化裝置對部分機(jī)組采用長度為40km及以上的專用線路并連至距其最近的樞紐變電站的母線上。大容量發(fā)電廠：低壓側(cè)帶分裂繞組變壓器。6～10kV配電裝置：在母線上裝設(shè)分段電抗器。主要用于發(fā)電廠向電纜電網(wǎng)供電的6～10kV配電裝置。限制短路電流的措施為什么要計算短路電流選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。整定繼保裝置動作電流、校驗(yàn)保護(hù)靈敏度、熔斷器選擇性的配合。選定主接線方式。分析短路對用戶的影響。確定輸電線路對通訊的影響。為什么要計算短路電流0203050104如何進(jìn)行三相短路電流計算短路過程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，所有發(fā)電機(jī)的電勢都同相位。負(fù)荷只作近似估計，在實(shí)用工程計算時，負(fù)荷忽略不計。

不計磁路飽和。工程上，短路計算多采用近似計算法，建立在一系列假設(shè)的基礎(chǔ)上，誤差一般不超過10%~15%?；炯僭O(shè)010203各元件的參數(shù)都是恒定的，可應(yīng)用疊加原理當(dāng)作恒定電抗或某種臨時附加電源計算所得的電流數(shù)值稍稍偏大

實(shí)際電力系統(tǒng)?？僧?dāng)做對稱的，不對稱故障處出現(xiàn)局部的不對稱除外。

發(fā)電、輸電、變電和用電的元件均用純電抗表示。

不計過渡電阻的影響。避免復(fù)數(shù)運(yùn)算06基本假設(shè)040506外物電阻、電弧電阻、接地電阻等步驟Steps010203計算短路電流和短路容量繪出等效電路圖（根據(jù)短路計算點(diǎn)）標(biāo)明短路電流所流經(jīng)的主要元件計算阻抗值求出總的等效阻抗（等效電路化簡）繪出計算電路圖標(biāo)明各元件參數(shù)確定短路計算點(diǎn)0203030201常用計算方法26短路計算中有關(guān)物理量

采用相對單位

歐姆法（有名單位制法）

標(biāo)幺值法（相對單位制法）計算結(jié)果相同在高壓網(wǎng)絡(luò)中更方便標(biāo)幺值

27標(biāo)么值、有名值及百分值之間的換算（1）由標(biāo)么值計算有名值28標(biāo)么值、有名值及百分值之間的換算（2）由電抗標(biāo)么額定值換算為電抗標(biāo)么基準(zhǔn)值（3）電抗標(biāo)么額定值與電抗百分值之間的換算29各物理量的基準(zhǔn)值功率基準(zhǔn)值（常取100MVA）電壓基準(zhǔn)值（常取1.05UN）電流基準(zhǔn)值30各物理量的基準(zhǔn)值阻抗基準(zhǔn)值導(dǎo)納基準(zhǔn)值各基準(zhǔn)值間的關(guān)系31各電抗標(biāo)幺值的計算系統(tǒng)（電源）電力線路變壓器32或無窮大系統(tǒng)作用：簡化實(shí)用計算的計算量外電路短路引起的功率變化忽略不計短路校驗(yàn)一般只考慮三相短路特點(diǎn)：電源頻率和電壓保持不變電源內(nèi)阻為0判定：

許多發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行

電源距離短路點(diǎn)的電氣距離很小33忽略擾動引起的功率變化看成多個有限功率電源并聯(lián)短路電流的計算

34歐姆法1、繪出計算電路圖標(biāo)明各元件參數(shù)并編號確定短路計算點(diǎn)2、繪出等效電路圖（根據(jù)短路計算點(diǎn)）標(biāo)明Ik所流經(jīng)的主要元件及其序號3、計算各主要元件阻抗值Z

在等效電路元件序號下面分母的位置標(biāo)明220/380V低壓側(cè)Ik：不計系統(tǒng)至降壓變高壓側(cè)一段的Z

高壓電網(wǎng)Ik：僅計算X而忽略R

低壓電網(wǎng)Ik（RΣ>1/3XΣ）：需計算Z35可能產(chǎn)生最大短路電流的地方：高壓母線處（高壓側(cè)）低壓母線處（低壓側(cè)）電抗器之后（限流電抗器）歐姆法4、求出總的等效阻抗ZΣ（等效電路化簡）工廠供電系統(tǒng)：采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可化簡5、計算短路電流和短路容量對無限大系統(tǒng)，三相電流周期分量有效值式中Uf

、ZΣ、RΣ、XΣ分別為短路點(diǎn)的計算電壓、短路電路的總阻抗、總電阻和總電抗值。

三相短路容量為：36某供電系統(tǒng)如圖所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量為500MV·A。試求用戶配電所10kV母線上k－1點(diǎn)短路和車間變電所低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相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：A電力系統(tǒng)的電抗B架空線路的電抗，查手冊得X0=0.38Ω/km，因此C繪k－1點(diǎn)的等效電路，并計算其總電抗得某供電系統(tǒng)如圖所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量為500MV·A。試求用戶配電所10kV母線上k－1點(diǎn)短路和車間變電所低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。2計算k－1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量A三相短路電流周期分量有效值B三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流C三相短路沖擊電流及其有效值D三相短路容量3求k-2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量(Uc2

=0.4kV)A計算短路電路中各元件的電抗及總電抗：電力系統(tǒng)的電抗架空線路的電抗電纜線路的電抗查手冊得X0=0.08Ω/km，因此電力變壓器的電抗由手冊得Uk%=4.5B計算k-2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及其有效值三相短路容量注意：短路計算中考慮的幾個主要元件的阻抗來說，只有電力線路的阻抗有時需要換算，例如計算低壓側(cè)的短路電流時，高壓側(cè)的線路阻抗就需要換算到低壓側(cè)。而電力系統(tǒng)和電力變壓器的阻抗，由于它們的計算公式中均含有Uc2，因此計算時Uc直接代以短路點(diǎn)的計算電壓，就相當(dāng)于阻抗已經(jīng)換算到短路點(diǎn)一側(cè)了。歐姆法的不足：計算k-1和k-2短路阻抗時，第一二段電抗值要重新計算。線路電抗計算若遇到變壓器要等效轉(zhuǎn)換。變壓器短路損耗值需查手冊或產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，不同型號的變壓器短路損耗值不同，給就算帶來麻煩。短路計算的是否合理，首先是看短路計算點(diǎn)選擇是否合理。這涉及到短路計算的目的。用來選擇校驗(yàn)電氣設(shè)備的短路計算，其短路計算點(diǎn)應(yīng)選擇為使電氣設(shè)備可能通過最大短路電流的地點(diǎn)。一般來講，用來選擇校驗(yàn)高壓側(cè)設(shè)備的短路計算，應(yīng)選高壓母線為短路計算點(diǎn)；用來選擇校驗(yàn)低壓側(cè)設(shè)備的短路計算，應(yīng)選低壓母線為短路計算點(diǎn)。但是如果線路裝有限流電抗器(用來限制短路電流)，則選擇校驗(yàn)線路設(shè)備的短路計算點(diǎn)，應(yīng)選在限流電抗器之后。用有名值法進(jìn)行短路計算的步驟歸納為：繪制短路回路等效電路計算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化簡電路計算三相短路電流周期分量有效值及其它短路參數(shù)列短路計算表在電力系統(tǒng)計算短路電流時，如計算低壓系統(tǒng)的短路電流，常采用有名單位制；但計算高壓系統(tǒng)的短路電流，由于有多個電壓等級，存在著阻抗換算問題，為使計算簡化，常采用標(biāo)幺制。采用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路電流計算標(biāo)幺制中各元件的物理量不用有名單位值，而用相對值來表示。相對值()就是實(shí)際有名值(A)與選定的基準(zhǔn)值(Ad)間的比值，即標(biāo)幺值是沒有單位的。另外，采用標(biāo)幺值法計算時必須先選定基準(zhǔn)值。按標(biāo)幺值法進(jìn)行短路計算時，一般先選定基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud。確定了基準(zhǔn)容量Sd和基準(zhǔn)電壓Ud以后，根據(jù)三相交流電路的基本關(guān)系，基準(zhǔn)電流Id就可按下式計算：基準(zhǔn)電抗Xd則計算：容量標(biāo)幺值電壓標(biāo)幺值電流標(biāo)幺值電抗標(biāo)幺值工程設(shè)計中，為計算方便起見通常取基準(zhǔn)容量Sd=100MV·A，基準(zhǔn)電壓Ud通常就取元件所在處的短路計算電壓，即取Ud=Uc。

標(biāo)幺值(per-unitvalue)

用相對值表示元件的物理量，稱為標(biāo)幺制。

任意一個物理量的有名值與基準(zhǔn)值(referencevalue)的比值稱為標(biāo)幺值，標(biāo)幺值沒有單位。即

容量、電壓、電流、阻抗的標(biāo)幺值分別為通常Sd=100MVA,Ud=線路平均額定電壓為基準(zhǔn)電壓。標(biāo)幺值法短路計算的有關(guān)公式基準(zhǔn)容量，工程設(shè)計中通常取Sd=100MV·A基準(zhǔn)電壓，通常取元件所在處的短路計算電壓，Ud=Uc,一般為額定電壓的1.05倍電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值電力變壓器的電抗標(biāo)幺值電力線路的電抗標(biāo)幺值無限大容量電源系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值：由此可求得三相短路電流周期分量有效值三相短路容量的計算公式為出口容量或遮斷容量額定容量總電抗標(biāo)幺值短路電流計算時，需要計算短路回路中各個電氣元件的阻抗及短路回路總阻抗。1．線路的電阻標(biāo)幺值和電抗標(biāo)幺值短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗（整合）2．變壓器的電抗標(biāo)幺值3．電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值（1）已知電力系統(tǒng)電抗有名值XS（2）已知電力系統(tǒng)出口處的短路容量Soc

RT較電抗XT小得多短路回路元件的標(biāo)幺值阻抗5．短路回路總阻抗6.三相短路容量某供電系統(tǒng)如圖所示。已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量為500MV·A。試求用戶配電所10kV母線上k－1點(diǎn)短路和車間變電所低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。解：(1)確定基準(zhǔn)值而得：(2)計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值電力系統(tǒng)(已知Soc=500MV·A)架空線路(查手冊得X0=0.38Ω/km)電纜線路的電抗(查手冊得X0=0.08Ω/km)電力變壓器(由手冊得Uk%=4.5)然后繪制短路電路的等效電路：（3）求k－1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流單位：MVA變成KVA三相短路容量(4)求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他三相短路電流三相短路容量采用標(biāo)幺值法計算與采用歐姆法計算的結(jié)果完全相同無限大容量系統(tǒng)三相短路分析--標(biāo)么值法

如圖，計算K-1點(diǎn)和K-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。解（1）選基準(zhǔn)值取Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，Ud2=Uc2=0.4kV（2）計算各主要元件的標(biāo)么值電力系統(tǒng)：SOC=500MVA，故架空線路：X0=0.35?/km,故變壓器：UZ%=4.5,故已知：SN10-10型斷路器的SOC=500MVA；

架空線路X0=0.35?/km；

變壓器UZ%=4.52.6無限大容量系統(tǒng)三相短路分析--標(biāo)么值法

例2-7續(xù)繪出等效電路圖（3）求k-1點(diǎn)a.總電抗標(biāo)么值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它三相短路電流d.三相短路容量（4）求k-2點(diǎn)

a.總電抗標(biāo)么值

b.三相短路電流周期分量有效值2.6無限大容量系統(tǒng)三相短路分析--標(biāo)么值法

例2-7續(xù)c.其它三相短路電流d.三相短路容量短路電路中所有元件的電抗標(biāo)幺值求出后，就利用其等效電路進(jìn)行電路化簡，計算其總的電抗標(biāo)幺值

。由于各元件電抗都采用相對值，與短路計算點(diǎn)的電壓無關(guān)，因此無需進(jìn)行換算，這也是標(biāo)幺值法較歐姆法優(yōu)越之處。用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路計算的步驟歸納為：選擇基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓、計算短路點(diǎn)的基準(zhǔn)電流繪制短路回路的等效電路計算短路回路中各元件的電抗標(biāo)幺值求總電抗標(biāo)幺值，化簡電路計算三相短路電流周期分量有效值及其他短路參數(shù)列短路計算表例題某供電系統(tǒng)的計算電路圖如圖所示,試用標(biāo)么值法計算K1點(diǎn)和K2點(diǎn)的短路回路總阻抗。59例題1解：取SB=100MVA，UB=Uc60例題161K1點(diǎn)總阻抗：K2點(diǎn)總阻抗：目錄62短路電流問題概述1)短路電流的計算2)計算短路電流2短路電流的效應(yīng)3)目錄63短路電流的效應(yīng)3)1.短路電流的熱效應(yīng)2.短路電流的電動效應(yīng)3.短路電流穩(wěn)定度的校驗(yàn)1.熱效應(yīng)64熱穩(wěn)定：短路時導(dǎo)體(或電氣設(shè)備)的最高溫度小于或等于導(dǎo)體(或電氣設(shè)備)的最高允許溫度1.熱效應(yīng)短路電流在持續(xù)時間內(nèi)對導(dǎo)體造成的熱效應(yīng)大小為：

ik.t——短路全電流，ikt=ip.t+inp.tip.t，inp.t——短路電流的周期分量和非周期分量Qp——周期分量電流的熱效應(yīng)，kA2.sQnp——非周期分量電流的熱效應(yīng)，kA2.s651.熱效應(yīng)

66若t>1s，可不計非周期分量熱效應(yīng)（Qnp=0）非周期分量等效時間短路點(diǎn)T(s)t<0.1t>0.1發(fā)電機(jī)出口及母線0.150.2發(fā)電機(jī)升高電壓母線及出線發(fā)電機(jī)電壓出線電抗器后0.080.1變電所各級電壓母線及出線0.0567工程計算方法