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(huì)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(duì)稱短路，其余均稱為不對(duì)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(duì)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）電力系統(tǒng)中電

2、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(zhǎng)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(guò)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(kāi)關(guān)（內(nèi)部?jī)H有簡(jiǎn)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(guò)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(shí)，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(shí)，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(shí)，短路點(diǎn)的電壓可能降低到零。因此，短路將會(huì)造成嚴(yán)重危害。

3、（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(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與外施電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)，其轉(zhuǎn)矩降低使轉(zhuǎn)速減慢，造成電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而燒壞；（4）短路造成停電，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)?yè)p失，給人民生活帶來(lái)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(duì)地短路時(shí)，電流產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡磁場(chǎng)，對(duì)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）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，必須用短路電流校

4、驗(yàn)其熱穩(wěn)定性和動(dòng)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(wú)限大容量電力系統(tǒng)？無(wú)限大與有限電源容量系統(tǒng)有何區(qū)別？對(duì)于短路暫態(tài)過(guò)程有何不同？ 答：所謂無(wú)限大容量電源系統(tǒng)是指電源的內(nèi)阻抗為零，在短路過(guò)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(wú)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(wú)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(wú)限大容量電源供電系統(tǒng)進(jìn)行短路電流計(jì)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，

5、且是變化的，在短路過(guò)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(guò)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(guò)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（I²）®暫態(tài)短路電流（I¢）®穩(wěn)態(tài)短路電流（I）的衰減變化過(guò)程。3-3解釋和說(shuō)明下列術(shù)語(yǔ)的物理含義：短路電

6、流的周期分量，非周期分量，短路全電流，短路沖擊電流，短路沖擊電流有效值，短路次暫態(tài)電流，短路穩(wěn)態(tài)電流，短路容量。答：短路電流的周期分量:電力系統(tǒng)發(fā)生突然短路時(shí)，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(gè)周波時(shí)間內(nèi)，呈指數(shù)曲線衰減的暫態(tài)電流，因?yàn)槎搪冯娏饔须娍?，電路電流不可能突變，使其產(chǎn)生反向電流。短路全電流就是短路電流的周期分量和非周期分量之和。短路電流最大可能的瞬時(shí)值，稱為短路沖擊電流，用表示。如果短路時(shí)在最不利的條件下發(fā)生，在第一個(gè)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(jiǎn)稱沖擊電流的有效值，用表示。短路次暫態(tài)電流是短路周期分量在短路后第一個(gè)周期的

7、有效值，用表示。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，其有效值用表示。在無(wú)限大容量電源系統(tǒng)中 。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(shí)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(shuō)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(chǎng)合？ 答：歐姆法就是用元件的實(shí)際工作的阻抗計(jì)算短路電流，再按照變壓器變比逐級(jí)折算；標(biāo)幺值法是把各個(gè)電壓等級(jí)的阻抗按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)得出一個(gè)虛擬的值（標(biāo)幺值），短路計(jì)算后，在按電壓等級(jí)分別歸算。 標(biāo)幺制法相對(duì)于歐姆法來(lái)說(shuō)有3個(gè)主要的特點(diǎn)：采用標(biāo)幺制易

8、于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及參數(shù)，能夠簡(jiǎn)化計(jì)算公式，能在一定程度上簡(jiǎn)化計(jì)算工作。 系統(tǒng)大，電壓等級(jí)多，用標(biāo)幺值比較方便；系統(tǒng)小，直接使用歐姆法簡(jiǎn)便。3-5在無(wú)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(wú)限大功率電源供電系統(tǒng)短路時(shí)，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(guò)一條長(zhǎng)6km的10kV電纜線路供電給某廠一個(gè)裝有兩臺(tái)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400MV.A,試用歐姆法求該

9、廠變電所10kV高壓母線上和380V低壓母線上的短路電流、和短路容量，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，所以 3）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(gè)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，因此

10、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(gè)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/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 而 (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 2)電纜線路的電抗標(biāo)幺值 由表3-3查的，因此 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值 由附錄表查的 因此 (3)計(jì)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 2)三相短路電流周期分量有效值 3）其他三相短路電流 4)三相短路容量 （4）計(jì)算低壓側(cè)母