电力系统的基本知识-计算短路电流（电气设备）

学习电力系统的基本知识

计算短路电流目录CONTENTS01认识电力系统02了解中性点运行方式03计算短路电流04认识电弧了解短路电流的原因、类型和后果学习目标LEARNINGOBJECTIVES掌握短路电流的计算方法能正确进行短路电流的计算010203目录CONTENTS03计算短路电流3.1短路是什么3.2为什么要计算短路电流3.3如何进行三相短路电流计算目录CONTENTS3.1短路是什么03计算短路电流短路的原因短路的类型短路的危害限制短路电流的措施产生短路的原因短路是电力系统中最严重的故障，对电力系统有极大的危害。短路是指电力系统中一切不正常的相与相之间和相与地面之间的通路。基本概念BASICCONCEPTS短路

设备绝缘损坏

外力破坏

设备机械损伤

运行人员误操作电源过电压，老化、污闪、盐碱击穿。雷击、鸟害、动物接触、人员或植物距离太近。疲劳严重、断线、倒塔、倒杆、电动力太大拉断导线。带地线合隔离开关、带负荷拉隔离开关等。电气设备载流部分的绝缘损坏产生短路的原因绝缘损坏产生短路的原因产生短路的原因污闪产生短路的原因鸟巢产生短路的原因倒塔倒杆短路的类型短路类型几率示意图短路表示符号三相短路5%f(3)两相短路接地20%f(1,1)两相短路10%f(2)单相短路接地65%f(1)短路的类型短路的危害短路电源供电回路阻抗X↓短路的暂态过程短路电流Ik大大增加短路的危害

01

02发电机产生电枢反应→机端U↓→影响电能质量损坏用电设备，发电机失步和系统瓦解；03输电线路上产生很强的磁场→影响附近的通信线路通信质量。04限制短路电流的措施限制短路电流的措施Measurestolimitshortcircuitcurrent消除可能引起短路的一切原因尽快地切除短路故障部分思路0102选择发电厂和电网的接线方式采用分裂绕组变压器和分段电抗器采用线路电抗器采用微机保护及综合自动化装置对部分机组采用长度为40km及以上的专用线路并连至距其最近的枢纽变电站的母线上。大容量发电厂：低压侧带分裂绕组变压器。6～10kV配电装置：在母线上装设分段电抗器。主要用于发电厂向电缆电网供电的6～10kV配电装置。限制短路电流的措施为什么要计算短路电流选择和校验电气设备。整定继保装置动作电流、校验保护灵敏度、熔断器选择性的配合。选定主接线方式。分析短路对用户的影响。确定输电线路对通讯的影响。为什么要计算短路电流0203050104如何进行三相短路电流计算短路过程中各发电机之间不发生摇摆，所有发电机的电势都同相位。负荷只作近似估计，在实用工程计算时，负荷忽略不计。

不计磁路饱和。工程上，短路计算多采用近似计算法，建立在一系列假设的基础上，误差一般不超过10%~15%。基本假设010203各元件的参数都是恒定的，可应用叠加原理当作恒定电抗或某种临时附加电源计算所得的电流数值稍稍偏大

实际电力系统常可当做对称的，不对称故障处出现局部的不对称除外。

发电、输电、变电和用电的元件均用纯电抗表示。

不计过渡电阻的影响。避免复数运算06基本假设040506外物电阻、电弧电阻、接地电阻等步骤Steps010203计算短路电流和短路容量绘出等效电路图（根据短路计算点）标明短路电流所流经的主要元件计算阻抗值求出总的等效阻抗（等效电路化简）绘出计算电路图标明各元件参数确定短路计算点0203030201常用计算方法26短路计算中有关物理量

采用相对单位

欧姆法（有名单位制法）

标幺值法（相对单位制法）计算结果相同在高压网络中更方便标幺值

27标么值、有名值及百分值之间的换算（1）由标么值计算有名值28标么值、有名值及百分值之间的换算（2）由电抗标么额定值换算为电抗标么基准值（3）电抗标么额定值与电抗百分值之间的换算29各物理量的基准值功率基准值（常取100MVA）电压基准值（常取1.05UN）电流基准值30各物理量的基准值阻抗基准值导纳基准值各基准值间的关系31各电抗标幺值的计算系统（电源）电力线路变压器32或无穷大系统作用：简化实用计算的计算量外电路短路引起的功率变化忽略不计短路校验一般只考虑三相短路特点：电源频率和电压保持不变电源内阻为0判定：

许多发电机并列运行

电源距离短路点的电气距离很小33忽略扰动引起的功率变化看成多个有限功率电源并联短路电流的计算

34欧姆法1、绘出计算电路图标明各元件参数并编号确定短路计算点2、绘出等效电路图（根据短路计算点）标明Ik所流经的主要元件及其序号3、计算各主要元件阻抗值Z

在等效电路元件序号下面分母的位置标明220/380V低压侧Ik：不计系统至降压变高压侧一段的Z

高压电网Ik：仅计算X而忽略R

低压电网Ik（RΣ>1/3XΣ）：需计算Z35可能产生最大短路电流的地方：高压母线处（高压侧）低压母线处（低压侧）电抗器之后（限流电抗器）欧姆法4、求出总的等效阻抗ZΣ（等效电路化简）工厂供电系统：采用阻抗串、并联的方法即可化简5、计算短路电流和短路容量对无限大系统，三相电流周期分量有效值式中Uf

、ZΣ、RΣ、XΣ分别为短路点的计算电压、短路电路的总阻抗、总电阻和总电抗值。

三相短路容量为：36某供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器的断流容量为500MV·A。试求用户配电所10kV母线上k－1点短路和车间变电所低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。1计算短路电路中各元件的电抗及总电抗：A电力系统的电抗B架空线路的电抗，查手册得X0=0.38Ω/km，因此C绘k－1点的等效电路，并计算其总电抗得某供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器的断流容量为500MV·A。试求用户配电所10kV母线上k－1点短路和车间变电所低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。2计算k－1点的三相短路电流和短路容量A三相短路电流周期分量有效值B三相次暂态短路电流和短路稳态电流C三相短路冲击电流及其有效值D三相短路容量3求k-2点的三相短路电流和短路容量(Uc2

=0.4kV)A计算短路电路中各元件的电抗及总电抗：电力系统的电抗架空线路的电抗电缆线路的电抗查手册得X0=0.08Ω/km，因此电力变压器的电抗由手册得Uk%=4.5B计算k-2点的三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值三相次暂态短路电流和短路稳态电流三相短路冲击电流及其有效值三相短路容量注意：短路计算中考虑的几个主要元件的阻抗来说，只有电力线路的阻抗有时需要换算，例如计算低压侧的短路电流时，高压侧的线路阻抗就需要换算到低压侧。而电力系统和电力变压器的阻抗，由于它们的计算公式中均含有Uc2，因此计算时Uc直接代以短路点的计算电压，就相当于阻抗已经换算到短路点一侧了。欧姆法的不足：计算k-1和k-2短路阻抗时，第一二段电抗值要重新计算。线路电抗计算若遇到变压器要等效转换。变压器短路损耗值需查手册或产品技术指标，不同型号的变压器短路损耗值不同，给就算带来麻烦。短路计算的是否合理，首先是看短路计算点选择是否合理。这涉及到短路计算的目的。用来选择校验电气设备的短路计算，其短路计算点应选择为使电气设备可能通过最大短路电流的地点。一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选高压母线为短路计算点；用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选低压母线为短路计算点。但是如果线路装有限流电抗器(用来限制短路电流)，则选择校验线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。用有名值法进行短路计算的步骤归纳为：绘制短路回路等效电路计算短路回路中各元件的阻抗值求等效阻抗，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路参数列短路计算表在电力系统计算短路电流时，如计算低压系统的短路电流，常采用有名单位制；但计算高压系统的短路电流，由于有多个电压等级，存在着阻抗换算问题，为使计算简化，常采用标幺制。采用标幺值法进行短路电流计算标幺制中各元件的物理量不用有名单位值，而用相对值来表示。相对值()就是实际有名值(A)与选定的基准值(Ad)间的比值，即标幺值是没有单位的。另外，采用标幺值法计算时必须先选定基准值。按标幺值法进行短路计算时，一般先选定基准容量Sd和基准电压Ud。确定了基准容量Sd和基准电压Ud以后，根据三相交流电路的基本关系，基准电流Id就可按下式计算：基准电抗Xd则计算：容量标幺值电压标幺值电流标幺值电抗标幺值工程设计中，为计算方便起见通常取基准容量Sd=100MV·A，基准电压Ud通常就取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。

标幺值(per-unitvalue)

用相对值表示元件的物理量，称为标幺制。

任意一个物理量的有名值与基准值(referencevalue)的比值称为标幺值，标幺值没有单位。即

容量、电压、电流、阻抗的标幺值分别为通常Sd=100MVA,Ud=线路平均额定电压为基准电压。标幺值法短路计算的有关公式基准容量，工程设计中通常取Sd=100MV·A基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，Ud=Uc,一般为额定电压的1.05倍电力系统的电抗标幺值电力变压器的电抗标幺值电力线路的电抗标幺值无限大容量电源系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值：由此可求得三相短路电流周期分量有效值三相短路容量的计算公式为出口容量或遮断容量额定容量总电抗标幺值短路电流计算时，需要计算短路回路中各个电气元件的阻抗及短路回路总阻抗。1．线路的电阻标幺值和电抗标幺值短路回路元件的标幺值阻抗（整合）2．变压器的电抗标幺值3．电力系统的电抗标幺值（1）已知电力系统电抗有名值XS（2）已知电力系统出口处的短路容量Soc

RT较电抗XT小得多短路回路元件的标幺值阻抗5．短路回路总阻抗6.三相短路容量某供电系统如图所示。已知电力系统出口断路器的断流容量为500MV·A。试求用户配电所10kV母线上k－1点短路和车间变电所低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。解：(1)确定基准值而得：(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统(已知Soc=500MV·A)架空线路(查手册得X0=0.38Ω/km)电缆线路的电抗(查手册得X0=0.08Ω/km)电力变压器(由手册得Uk%=4.5)然后绘制短路电路的等效电路：（3）求k－1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流单位：MVA变成KVA三相短路容量(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他三相短路电流三相短路容量采用标幺值法计算与采用欧姆法计算的结果完全相同无限大容量系统三相短路分析--标么值法

如图，计算K-1点和K-2点短路的三相短路电流和短路容量。解（1）选基准值取Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，Ud2=Uc2=0.4kV（2）计算各主要元件的标么值电力系统：SOC=500MVA，故架空线路：X0=0.35Ω/km,故变压器：UZ%=4.5,故已知：SN10-10型断路器的SOC=500MVA；

架空线路X0=0.35Ω/km；

变压器UZ%=4.52.6无限大容量系统三相短路分析--标么值法

例2-7续绘出等效电路图（3）求k-1点a.总电抗标么值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它三相短路电流d.三相短路容量（4）求k-2点

a.总电抗标么值

b.三相短路电流周期分量有效值2.6无限大容量系统三相短路分析--标么值法

例2-7续c.其它三相短路电流d.三相短路容量短路电路中所有元件的电抗标幺值求出后，就利用其等效电路进行电路化简，计算其总的电抗标幺值

。由于各元件电抗都采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此无需进行换算，这也是标幺值法较欧姆法优越之处。用标幺值法进行短路计算的步骤归纳为：选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流绘制短路回路的等效电路计算短路回路中各元件的电抗标幺值求总电抗标幺值，化简电路计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数列短路计算表例题某供电系统的计算电路图如图所示,试用标么值法计算K1点和K2点的短路回路总阻抗。59例题1解：取SB=100MVA，UB=Uc60例题161K1点总阻抗：K2点总阻抗：目录62短路电流问题概述1)短路电流的计算2)计算短路电流2短路电流的效应3)目录63短路电流的效应3)1.短路电流的热效应2.短路电流的电动效应3.短路电流稳定度的校验1.热效应64热稳定：短路时导体(或电气设备)的最高温度小于或等于导体(或电气设备)的最高允许温度1.热效应短路电流在持续时间内对导体造成的热效应大小为：

ik.t——短路全电流，ikt=ip.t+inp.tip.t，inp.t——短路电流的周期分量和非周期分量Qp——周期分量电流的热效应，kA2.sQnp——非周期分量电流的热效应，kA2.s651.热效应

66若t>1s，可不计非周期分量热效应（Qnp=0）非周期分量等效时间短路点T(s)t<0.1t>0.1发电机出口及母线0.150.2发电机升高电压母线及出线发电机电压出线电抗器后0.080.1变电所各级电压母线及出线0.0567工程计算方法