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，所以短路電流計算的重點(diǎn)是三相短路電流計算。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)備長期運(yùn)行絕緣自然老化、設(shè)備缺陷、設(shè)計安裝有誤、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。因此，短路將會造成嚴(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

4、校驗其熱穩(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

5、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?）,聰態(tài)短路電流（J）的衰減變化過程。3-3解釋和說明下列術(shù)語的物理含義：短路電流的周期分量ip,非周期分量

6、inp,短路全電流，短路沖擊電流ish,短路沖擊電流有效值Ish,短路次暫態(tài)電流I”,短路穩(wěn)態(tài)電流Is, 短路容量Sko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)生后大約十個周波時間內(nèi)，呈指數(shù)曲線衰減的暫態(tài)電流， 因為短路電流有電抗，電路電流不可能突變，使其產(chǎn)生反向電流。短路全電流1k就是短路電流的周期分量和非周期分量之和1k =ip+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 1sh表示

7、。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1g表, 、一.一一.|一二 I不。在無限大容量電源系統(tǒng)中s Ipo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際工作的阻抗計算短路電流，再按照變壓器變比逐級折算；標(biāo)幺值法是把各個電壓等級的阻抗按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)比對得出一個虛擬的值（標(biāo)幺值），短路計算

8、后，在按電壓等級分別歸算。標(biāo)幺制法相對于歐姆法來說有3個主要的特點(diǎn)：采用標(biāo)幺制易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性及參數(shù)，能夠簡化計算公式，能在一定程度上簡化計算工作。系統(tǒng)大，電壓等級多，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10kV電纜線路供電給某廠一個裝有兩臺并列運(yùn) 行的S9-800

9、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,試用歐姆法求該廠變電所10kV高壓母線上和380V低壓母線上的短路電流I、l”、虜、燒、I黑 和短路容量sk3）,并列出短路計算表。解：1.求10kv高壓母線的三相短路電流和短路容量（1）計算短路電流中各元件的電抗及總電抗）電力系統(tǒng)的電抗：）電纜線路的電抗：由表 3-3得X0 =0.08%m ,所以）總電抗為Xz（k 4）=X1+X2 =0.280+0.48Q =0.760（2）計算三相短路電流和短路容量)三相短路電流周期分量有效值)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流)三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值)三相短路容量2.求3

10、80v低壓母線線路的短路電流和短路容量計算短路電路中各元件的電抗及總電抗)電力系統(tǒng)的電抗電纜線路的電抗電力變壓器的電抗：由附錄表查的Uk%=5,因此計算其總電抗為計算三相短路電流和短路容量)三相短路電流周期分量有效值)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流)三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值)三相短路容量短路計算表短路計算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/ MV A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 Sd -100MV A,Uc1 -10.5kV,Uc2 -0.4kVcC4d1Sd.3U100MV A.3 10.5kV= 5.50kAc1d2100MV A3 0.4kV二144kA(2)計算短路電流中各主要元件的電抗標(biāo)幺值）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值X：=色=100MV，A = 0.25Soc 400MV A）電纜線路的電抗標(biāo)幺值由表3-3查的X0 = 0.08Q/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）其他三相短路電流）三相