全国注册电气工程师考试专业基础部分短路电流计算.ppt

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1、1,考试大纲要求：,4.5 短路电流计算 4.5.1 了解实用短路电流计算的近似条件4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法4.5.3 了解短路容量的概念4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路4.5.6 掌握简单电网的正、负、零序序网的制定方法4.5.7 了解不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网4.5.8 了解不对称短路的电流、电压计算4.5.9 了解正、负、零序电流、电压经过Y/11变压器后的相位变化,2,4.5.1 了解实用短路电流计算的近似条件,1短路计算的基本假设条件 （1）磁路的饱

2、和、磁滞忽略不计。系统中各元件的参数便都是恒定的，可以运用叠加原理。 （2）系统中三相除不对称故障处以外都可当作是对称的。因而在应用对称分量法时，对于每一序的网络可用单相等值电路进行分析。 （3）各元件的电阻略去不计。如果 ，即 当短路是发生在电缆线路或截面较小的架空线上时，特别在钢导线上时，电阻便不能忽略。此外，在计算暂态电流的衰减时间常数时，微小的电阻也必须计及。 （4）短路为金属性短路。,3,2无限大功率电源 所谓无限大功率电源，是指当电力系统的电源距短路点的电气距离较远时，由短路而引起的电源输出功率（电流及电压）的变化 （ ），远小于电源所具有的功率 ，即存在如下的关系 ，则称该电源为

3、无限大功率电源，记作 。 无限大功率电源的特点是： （1）由于 ，所以可以认为在短路过程中无限大功率电源的频率是恒定的。 （2）由于 ，所以可以认为在短路过程中无限大功率电源的端电压也是恒定的。 （3）电压恒定的电源，内阻抗必然等于零。因此可以认为无限大功率电源的内电抗 。,4.5.1 了解实用短路电流计算的近似条件,4,标么值计算法计算短路电流的步骤如下： 1. 选择基准电压和基准容量 基准电压 可以选择短路点所在的电网额定电压。 基准容量 可以选择100MVA或系统短路容量 。,4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法,5,2.求元件的电抗标么值 （1）电力系统的电抗标么值 电力

4、系统的电抗标么值（ ） 或 （4-5-2）式中 基准容量，MVA。 系统高压输电线出口断路器的启断容 量，MVA； 系统短路容量，MVA。,4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法,6,（2）变压器电抗标么值 （4-5-3）式中 变压器的额定容量，kVA； 变压器的百分阻抗值。,4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法,7,（3）架空、电缆线路电抗标么值（4-5-4）式中 线路单位长度的电抗值， /km，可查找有关线路参数； 线路长度，km； 线路平均额定电压，kV。,4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法,8,（4）电抗器电抗标么值 电抗器的百分比电抗（ ）是

5、以电抗器额定工作电压和额定工作电流为基准的，它归算到新的基准下的公式为 （4-5-5）式中 电抗器的额定电压，kV； 电抗器的额定电流，kA； 电抗器的百分阻抗值。,4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法,9,3求短路回路总电抗标么值 从电源到短路点前的总电抗是所有元件的电抗标么值之和。 4求三相短路电流周期分量有效值,4.5.2 了解简单系统三相短路电流的实用计算方法,三相短路电流周期分量的标么值为 （4-5-7） 三相短路电流周期分量的有名值为 由上式可以看出，计算短路电流关键在于求出短路回路总电抗标么值。,10,4.5.3 了解短路容量的概念,短路容量数值为 （4-5-8）式

6、中 短路处的额定电压，kV； t时刻短路电流周期分量的有效值， kA。 在标么制中，若取 ，则 （4-5-9） 短路容量的标么值和短路电流的标么值相等。 （4-5-10）,11,一、短路暂态过程分析 短路前,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,12,a相短路电流,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,13,二、短路冲击电流和最大有效值电流 短路冲击电流ish短路电流最大可能的瞬时值,当t0.01s时出现最大值：,出现条件：90 短路前空载（Im=0） =0,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,14,冲击系数Ksh：,且有：1Ksh2,ish用

7、途：校验电气设备和载流导体在短路时的电动力稳定度。,工程计算时：在发电机电压母线短路，取Ksh=1.9；在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发生短路时，Ksh=1.8；在低压地点短路时，Ksh=1.3,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,当Ksh=1.9时，ish=1.9 Ip =2.69Ip； Ksh=1.8时，ish=1.8 Ip=2.55Ip； Ksh=1.3时，ish=1.3 Ip =1.84Ip；,15,短路全电流的最大有效值Ish ：出现在短路后的第一周期内，又称为冲击电流的有效值。,当Ksh=1.9时，Ish=1.62Ip； Ksh=1.8时，Ish=1.52

8、Ip。 Ksh=1.3时，Ish=1.09Ip,Ish用途 ：校验电气设备热稳定。,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,最大有效值电流Ish短路全电流的最大有效值,16,【例】某供电系统如图所示。已知电力系统短路容量为500MVA，试求配电所10kV母线上k-1点短路，车间变电所低压380V母线上k-2点短路时，三相对称短路电流和短路容量。,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,17,解：（1）选定基准值 已知 500MVA，为计算方便取 100MVA； 对k-1点短路 10.5kV； k-2点短路 0.4kV。,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义

9、和关系,18,（2）计算元件的电抗标么值 1）电力系统,2）架空线路,3）电缆线路,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,19,4）电力变压器,5）绘出短路电路等效电路图。,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,20,（3）求K-1点短路电路总电抗标么值,（4）求K-1点对称短路电流有效值,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,21,短路瞬时冲击电流瞬时值为,短路电流的最大有效值为,（5）求K-1点短路容量,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,22,K-2点:,4.5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系,23,4.5.

10、5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,一、对称分量法 任意一组不对称的三相相量可以分解成三组对称的三相相量。,24,25,单相接地的故障报警启动信号由零序电压获知,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,26,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,27,28,29,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,30,=,为简化，引入运算符“a”,a=ej120,则：,矩阵形式：,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路

11、,31,分解：任一组不对称的三相相量可分解为三组对称的三相相量。,T=,T-1=,=,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,32,静止元件中（线路，变压器等）正序和负序电量的自感与互感关系是一样的 旋转元件中（发电机电动机等），正负序所形成的旋转磁场旋转方向不一样 ,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,33,2. 变压器的各序电抗,正序电抗：=T 负序电抗：2=1 =T 零序电抗，0 1。 变压器的零序电抗与变压器的三相绕组接线方式和变压器铁心的结构有关。,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的

12、正、负、零序等值电路,34,(b),(a),(c),双绕组变压器接线,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,35,三绕组变压器接线,(b),(a),(c),要看外电路能否再提供一个接地点。,36,(a) 三相三柱式结构 （b）三相五柱式结构,在同一时刻，零序磁通在三柱中上下方向相同，不能在铁心中构成零序磁通回路，只能通过气隙和铁外壳构成回路，由于磁阻很大，使得零序电流比正常励磁电流大很多倍，从而使得互感器绕组过热甚至烧毁。故三相三柱式电压互感器不能用作绝缘监视。,37,变压器中性点接地阻抗的处理:,中性点接地阻抗Xn接在哪一侧，就将3n的数值与该侧漏抗串

13、联即可。,例如：,变压器中性点采用Yn接线,4.5.5 了解同步发电机、变压器、单回、双回输电线路的正、负、零序等值电路,38,39,正序网络：与三相短路的等值线路相同，中性点 接地阻抗和空载线路不计入。负序网：与正序网基本相同。不同之处：发电机等旋转元件用负序电抗代替正序电抗；将电源点接地。 零序网：从短路点开始寻找零序电流通路，流得通的地方画下来，流不通的地方去掉。,4.5.6 掌握简单电网的正、负、零序序网的制定方法,40,电力系统接线图：,零序网络,41,电力系统接线图：,正序网络,负序网络,42,4.5.7 了解不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,短路故障是指运行中的电力系统或

14、工厂供配电系统的相与相或相与地之间发生的金属性非正常连接。 短路产生的原因主要是系统中带电部分的电气绝缘出现破坏。 引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝缘材料的老化，以及运行人员的误操作和施工机械的破坏、鸟害、鼠害等。,43,短路种类、表示符号、性质及特点,44,利用戴维南定理，可得：,故障点的序电压方程：,方程中有短路点各序电流及各序电压，共六个未知量，方程的求解还需要三个方程。可由故障类型的边界条件而得。,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,45,1. 单相接地故障，边界条件：,转化为序分量边界条件：,(a2-a) = (a2-a) =,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应

15、的复合序网,46,复合序网,由序网可以得序电压，最后合成可得故障点的三相电压。,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,1. 单相接地故障，边界条件：,47,最后合成可以得到故障点三相电压。,2.两相短路,复合序网,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,48,3.两相短路接地,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,49,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,复合序网,50,正序等效定则,故障相电流,各种短路正序电流的计算式可用一个通式表示：,n-是代表短路类型的符号；,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,-附加电抗，其值随着短路类型不

16、同而不同；,-比例系数，其值视短路种类而定。,51,在简单不对称短路情况下，短路点电流的正序分量，与在短路点每一相中加入附加电抗 而发生三相短路时的电流相等，这就是正序等效定则。,正序等效定则,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,正序等效定则的图形表示：,52,正序等效定则,7.1 不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网,简单短路时的 和 值,53,4.5.8 了解不对称短路的电流、电压计算,详见历年真题讲解,54,4.5.9 了解正、负、零序电流、电压经过Y/11变压器后的相位变化,1. Y/Y-0 正序、负序情况下，两侧电流、电压均为同相位（即不必考虑相位变化），如果是Y0

17、/ Y0 零序电流、电压也不产生相位移动,55,4.5.9 了解正、负、零序电流、电压经过Y/11变压器后的相位变化,56,三角侧处短路中，不存在零序分量经Y/-11变压器后，需作如下修正：,2. Y/-11,4.5.9 了解正、负、零序电流、电压经过Y/11变压器后的相位变化,57,实战题目：,1.以下符号表示两相短路接地的是（ ）。A.f(1,1) B.f（1） C. f（2） D. f（3）答案 A2.三相系统短路类型中属于对称短路的是（ ）A.单相短路接地 B.三相短路 C.两相短路 D. A、B、C都不是答案 B3.在短路的实用计算中，通常只用（ ）的有效值来计算短路功率。A.非周期

18、分量电流 B.短路全电流 C.短路电流自由分量 D.周期分量电流答案 D4.下列关于正序网络说法不正确的是（ ）。A.正序网络是个有源网络 B. 正序网络包括空载线路和变压器C.电源的正序电势不为零 D. 正序网络与计算对称短路时的网络相同答案 B5.在Y/-11接法的变压器的Y侧施加负序电流，则在侧（ ）。A.线电流超前于Y侧的线电流300 B.线电流与Y侧的线电流同相位C.线电流落后于Y侧的线电流300 D.相电流超前于Y侧的相电流300 答案：C,4.5 短路电流计算,58,6.冲击系数 的数值变化范围是( ) 。 A.0 1 B.1 2 C.0 2 D.1 3答案：B7.三相短路的短路

19、电流只包含( ) 。 A.正序分量 B.负序分量 C.零序分量 D.反分量答案：A8电力系统K点发生单相短路（A相）对称分量以A相为准，其电流之间关系为( )式所示。A. B. C. D. 答案：D9.电力系统发生两相短路接地，其复合序网为( )。,A B C D答案：A,59,10下图系统在k点发生三相短路，各元件标么值在元件下方，计算短路电流的总阻抗为( ) 。,A. x=0.248 B. x=(0.125+0.105+0.08) (0.10)=0.075C. x=0.41 D. x=0.31,答案：D,11. 电力网某处的电流为2.5kA，当取基准值SN=100MVA, UN=10kV时

20、，则该处电流的标么值应为( )。A. B. C. D.,答案：C,12.单相短路的短路电流为30A、则其正序分量的大小为（ ）。 A.30A B.30 C.10A D.15A答案：C,60,13.下列造成短路的原因中属于人为原因的是（ ）。A.鸟兽跨接在裸露的载流部分 B.运行人员带负荷拉刀闸C.雷电造成避雷器动作 D.大风引起架空线电杆倒塌答案：B14.在电力系统短路电流计算中，假设各元件的磁路不饱和的目的是（ ）。A.可以应用叠加原理 B.避免复数运算C.不计过渡电阻 D.化故障系统为对称三相系统答案：A15.短路容量也称短路功率，已知SB100MVA，I*t=0.8,则S为（ ）MVA。

21、A.40 B.80 C.113 D.190答案：B16.冲击电流是指短路后（ ）的瞬间值。A.0.01s B.0.1s C.0.02s D.0.2s答案：A,61,17.下列关于负序网络说法正确的是（ ）。A.负序网络是一个有源网络 B.负序网络包括空载线路和变压器C.所有电源的负序电势为0 D.负序电流能流通的元件与正序的不同答案：C18.下列关于零序网络说法不正确的是（ ）。A.零序网络是一个无源网络 B.零序电流能流通的元件与正、负序的不同C.所有电源的零序电势为0 D.零序电流的流通与变压器接法无关答案：D19.根据正序等效定则，已知 ，则单相短路时的 为（ ）。A.0.130 B.0.388 C.0.584 D.0.196答案：C,62,1.(09*) 电压互感器付边开口三角形A：消除三次谐波 B：测量零序电压 C：测量线电压 D：测量相电压,历年真题：,63,答案：D,64,答案：D,65,66,答案：C,67,