发电厂电气课程设计三短路电流计算-资料
第3章-短路电流计算
确定合理的主接线方案和运行方式
第三章
短路电流计算
无限大容量供电 系统三相短路分析
第二节
第三章
短路电流计算
一、无限大容量电源概念
无限大容量供电系统定义
内阻为零
端电压恒定不变 短路电流周期分量恒定不变
通常将电源内阻抗小于短路回路总阻抗10%的电源看作无限大
容量供电系统；一般的工矿企业供电系统的短路点离电源的距
产生最大短路电流的条件
最大三相短路电流是指最大短路电 流瞬时值。由ik的公式可以知道，短 路电流瞬时值最大的条件就是短路电 流非周期分量初始值最大的条件。 短路电流非周期初始值既与短路
前的负载情况有关，又与短路发生时
刻、短路后回路性质有关。 因此，当供电回路为空载Im=0或者cosψ=1时，Im与横轴重合。电源 电压过零（电源电压与横坐标重合）时短路，而且短路回路为纯感性， 则短路电流非周期初始值最大。
短路电流计算
无限大电源容量的暂态过程
设电源电压为： 正常运行电流为：
u ph = U phm sin(wt + q) i = I phm sin(wt + q - f )
I phm = U phm / ( R + Rlo )2 + (wl + wLlo )2
式中：I
－短路前电流的幅值
phm
－短路前回路的阻抗角
对于纯感性电路ksh =2；
第三章
有效值，
短路电流计算
短路冲击电流的有效值Ish是指短路后第一个周期的短路电流全电流的
I sh =
I
2 pe (0.01)
+I
发电厂电气部分课程设计
《发电厂电气部分课程设计》说明书学院：电气与自动化工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：班级：学号：引言能源是人类赖以生存的基础，从日常生活所必需的电、水、气到人们所利用的交通、通信、娱乐等都与能源息息相关。
人类为了生存除了要吃饭获取能源之外，还要利用诸如石油、煤炭、电能等能源。
电力能源从上世纪开始，在总能源需求中的比重增加较快，从世界的平均水平来看，每20年约增加一倍。
因此随着世界人口的不断增加，能源的需求也在不断地增加，特别是人类进入21世纪高度信息化社会后更是如此。
电能是二次能源，是由煤、油、风力和核能等一次能源转化而来的，又可以方便地转化成其他能源。
它是现代社会中最重要的、最方便的、最清洁的能源，各行各业以及人们的日常生活都离不开它。
如果发生大面积的、长时间的停电，整个社会尤其是大城市中人们的生活将会受到很大的影响，甚至可能影响到社会秩序直至国家的安全。
随着国家经济实力的增强，电力行业的重要性越来越明显了。
电力行业是国民经济发展的基础和关键，电力系统的发展与时俱进。
高质量的电力资源和可靠的供电水平是衡量电力行业发展的指标。
本设计是针对大型火电厂的要求进行配置的，它主要包括了电气主接线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择，其中详细描述了短路电流的计算和电气设备的选择，对该设计进行了理论分析，在理论上证实了火电厂的实际可行性，达到了设计要求。
火电厂的电气主接线设计是整个火电厂的核心技术。
它对火电厂内电气设备选择、布置、火电厂总平面布置的设计，都起着决定性的作用。
一、原始资料发电厂情况：凝汽式大型火电厂。
汽轮发电机组600MW×2台，机端电压20kV，200MW×4台，机端电压10.5kV，功率因数cosφ＝0.85，厂用电率7%，年运行时间=0.6秒。
T＝7000h，年最大负荷利用小时数Tmax＝6000h。
故障计算时间Tk 电力系统情况：通过2回500kV架空线与10000MVA的系统1交换功率1000MW~1200MW，cosφ＝0.85，Tmax＝5500h，系统在500kV母线处的等值短路阻抗为2.0(基值为10000MVA)；通过4回220kV架空线与5000MVA的系统2交换功率400MW~600MW，cosφ＝0.85，Tmax＝5500h，系统在220kV母线处的等值短路阻抗为2.0(基值为7000MVA)；出4回110kV线路供负荷，cosφ＝0.9，Tmax＝5000h。
发电厂电气部分-第三章1-3节
流
Ft=EtAtD
辐射角系数
如何提高导体载流量？ 为提高导体的载流量，应采用电阻率 小的材料。 导体的形状不同，散热面不同。 导体的布置方式不同，散热效果不 同。
磁滞、涡流发热 电流 磁场 环流发热
6
3-7
(3-26)
(辛卜生近似法)
(3-29),
(3-30)
(3-28)可得
(3-31)
3-2
(3-7) (3-26)得
(3-7)
一阶固有频率：
其中： • L为绝缘子跨 距； • Nf为频率系数， 根据导体连续跨 数和支撑方式而 异。
导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力。 对于动态应力的考虑，一般采用修正静态计算方法。 修正静态计算法：在最大电动力Fmax上乘以动态应力系数 （ 为动态应力与静态应力之比值），以求得实际动态过程 中的动态应力的最大值。 动态应力系数 与固有频率f的关系，如图3-14所示。
固有频率在中间范围内变化时， > 1 β 动态应力大； 当固有频率较低时， β < 1 当固有频率较高时， β
≈1
对于屋外配电装置中的铝管导体，取 β = 0.58
导体发生振动时，在导体内部会产生动态应力。 对于动态应力的考虑，一般采用修正静态计算方法。 修正静态计算法：在最大电动力Fmax上乘以动态应力系数 （ 为动态应力与静态应力之比值），以求得实际动态过程 中的动态应力的最大值。 动态应力系数 与固有频率f的关系，如图3-14所示。
对于重要导体，应使其固有频率在下述 范围之外： 单条导体及一组中的各条导体为 35~135Hz； 多条导体及引下线的单条导体为 35~155Hz； 槽形和管形导体为30~160Hz； 如固有频率在上述范围以外，则 β = 1
短路电流的计算
四、如何计算
一、无限大容量电源供电系统的短路过程分析 无限大容量电源——指电源内阻抗为零，供电容量相对无限大的
电力系统，输出电压不变
如图将三相等效为单相 等效电路的电压方程为
Rik
L
dik dt
Um Sin t
t
解得，短路电流为 ik Ikm Sin(t k ) Ce
短路前负荷电流为 i Im Sin(t )
短路电流的计算
目录
一、短路电流的概念、出现的原因及危害 二、短路电流的类型 三、计算短路电流的目的 四、如何计算
一、短路电流的概念、出现的原因及危害
概念：电力系统中相与相之间或者相与地之间的非正常连接
出现的原因：绝缘破坏而构成通路（绝缘材料的自然老化，机械 损伤，雷电造成的过电压等）；运行人员的误操作、鸟兽危害等。
ish ksh 2I 短路冲击系数 ksh 可查
i i 2 p ( 0.01)
2 np ( 0.01)
I 2 (
2
I
e
0.01
)2
ish 1 2(Ksh 1)2 I
短路稳态电流： I I n IP
高压电网短路电流计算
在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电流的周期 分量的幅值和有效值是不变的。
U
2 c
SNT
标幺值
X
* T
XT
/ Xd
Uk %
U
2 c
100 SNT
/
U
2 c
Uk % 100
Sd SNT
3）、三相短路电流的计算
三相短路电流周期分量有效值的标幺值：
I (3)* k
I (3) k
/
Ik
电气注册工程师必考之供配电3--短路电流计算
非故障相
U N loh 35lcab IE 350
电压升高 中性点与地 之间存在电位差 线电压不变设 备可继续运行 接地电流为
单相接地后特点：
故障相电位为零 非故障相相电压升高为线电压—电网按线电压设计
中性点与地之间存在电位差----零序电压
线电压不变设备可继续运行2小时 接地电流为3倍零序电流，较小，电流保护不动作
有名值法（绝对值法、欧姆法）
由欧姆定律计算，各个物理量均有单位 *对于高压电路，一般只计电抗，不计电阻，当
X 3
时需计算电阻。 *对于低压短路，一般只计电阻，不计电抗，当 R 时才需计算电抗。 X
R
3
U av Ik 3Z k
Z k 为短路回路的阻抗值
4.3.1 有名值法计算短路电流步骤
* B
计算短路电流
U IK IK IB * IB XK
* *
2) 基准值的选取 SB 基准容量 SB=100MVA IB 3U B 基准电压 UB=Uav 基准电流 选各元件及短路点线路的平均电压Uav
3)系统各元件标幺电抗
①电源系统的标幺电抗
Xs S oc S B X 2 X B U av S B S oc
Soc=500MV.A
2)架空线路 由手册得x0=0.35 X2=x0L=0.35*5=1.75 3)变压器 由手册 得Uk%=5 2 2 UK % UN 5 0 . 4 .T X3 0.008 3 100 S N .T 100 1000 10
1) K1点：XK1= X1 + X2 =0.22+1.75=1.97 2) K2点:
1）绘制短路计算电路图：标参数、找短路点; 2）求短路回路中各元件阻抗，在图上标出各元 件阻抗值； 3）计算短路回路的总阻抗。（注意：等效阻抗 的换算）。 4）计算短路电流。
工作用发电厂短路电流计算
电力系统各种元件电抗值的计算通常我们在计算短路电流时，首先要求出短路点前各供电元件的相对电抗值，为此先要绘出供电系统图，并假设有关的短路点。
供电系统中供电元件通常包括发电机、变压器、电抗器及架空线路(包括电缆线路)等。
目前，一般用户都不直接由发电机供电，而是接自电力系统，因此也常把电力系统当作一个“元件”来看待。
常用电气设备标么值和有名值计算公式： 1、系统电抗的计算：系统电抗，百兆为1，容量增减，电抗反比。
本句话的意思是当系统短路容量为100MV A 时，系统电抗数值为1；当系统短路容量不为100MV A ，而是更大或更小时，电抗数值应反比而变。
例如当系统短路容量为200MV A 时，电抗便是0.5(100/200=0.5)； 当系统短路容量为50MV A 时，电抗便是2(100/50=2)，系统容量为“∞”，则100/∞=0，所以其电抗为0。
依据一般计算短路电流书中所介绍的，均换算到100MV A 基准容量条件下的相对电抗公式而编出的(以下均同)，即S X j *＝式中：Sj 为基准容量取100MV A 、S 为系统容量(MV A)。
2、发电机、电动机、调相机的计算： 标么值：ϕcos /100%""*e j d d P S X X ⨯= 有名值：ϕcos /100%""e j d d P U X X ⨯=X d %为次暂去电抗百分值，3、变压器电抗的计算： 标么值：e jd d S S U X ⨯=100%""*有名值：ee S U U X 2d d 100%⨯= U d %为短路电压百分值低压侧有两个分裂绕组的双绕组变压器的计算则用：()4K 1U X f 2-d12-1+=()ej 2-1f 1S S X 4K 1X ⨯⨯-=ej 2-1f 21S S X K 21X X ⨯⨯⨯== 不分裂绕组的三双绕组变压器则的计算用： ()e j 3-23-12-11S S X X X 21X ⨯-+=()e j 2-13-23-12S S X X X 21X ⨯-+= ()ej 3-23-12-11S S X X X 21X ⨯-+=4、电抗器电抗的计算： 标么值：2k "*k U 3U 100%j j e e S I X X ⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯= 有名值：e eK S U X X 2k 100%⨯= X K ％为百分电抗值，I e 单位为KA 5、架空线路及电缆线路电抗值的计算：标么值：2jj U S X X ⨯=* 有名值：dcs dac das D rDX ⋅⋅==3 789.0lg145.0 r 导线半径 D 为三相导线间的平均距（cm ）(基准定量Sj=100MV A)第五节 网络简化短路电流计算在电力工程的设计过程中占有极其重要的地位，在短路电流计算中，当绘制出正、负序及零序阻抗图后就需要进行网络化简，在采用网络化简求解复杂网络的短路电流时，网络化简就是很重要的一步，需要掌握一些基本的方法和公式。
短路电流计算方法
短路电流计算方法
在电气工程中，短路电流是一个非常重要的参数，它对电路的
设计和保护具有重要意义。
短路电流的计算是电气工程中的一项基
础工作，下面将介绍一些常见的短路电流计算方法。
首先，我们需要了解短路电流的定义。
短路电流是指在电路中
出现短路故障时，电流的最大值。
它的大小取决于电路的参数，例
如电压、电阻、电抗等。
一种常见的计算短路电流的方法是采用阻抗法。
阻抗法是通过
计算电路中各个元件的阻抗，然后根据短路点的电压来计算短路电
流的方法。
这种方法适用于各种类型的电路，包括单相和三相电路。
另一种常见的计算短路电流的方法是采用对称分量法。
对称分
量法是将三相电路的参数转化为正、负、零序的对称分量，然后根
据这些对称分量来计算短路电流。
这种方法适用于三相平衡电路的
短路电流计算。
除了以上两种方法外，还有一种常用的计算短路电流的方法是
采用复数法。
复数法是将电路中的各个元件表示为复数形式，然后
通过复数运算来计算短路电流。
这种方法在计算过程中可以简化计算，适用于各种类型的电路。
在实际工程中，我们可以根据具体的电路类型和参数选择合适的短路电流计算方法。
在计算过程中，需要注意电路参数的准确性和计算的精度，以确保计算结果的准确性。
总的来说，短路电流的计算方法有多种，每种方法都有其适用的范围和特点。
在实际工程中，我们可以根据具体情况选择合适的方法来进行计算，以确保电路设计和保护的准确性和可靠性。
《发电厂电气》03-02-载流导体短时发热计算
b a
f
( x) d
x
ba 3n
[(
y0
yn )
2( y2
y4
若n=4，则
yn2 ) 4( y1 y3
yn1)]
b
a
f
(x) d
x
ba 12
[(
y0
y4 )
2( y2 )
4( y1
y3 )]
因为 y1 y3 2 y2 ，则
b
ba
a f (x) d x 12 [ y0 10y2 y4 ]
如何得到？
已知材料和温度 W 查 AW ，由AW 和 Qk 查 Ah
二、短路电流热效应Qk的计算
t
ikt 2Ipt cost inp0e Ta
将 ikt 带入 Qk，有
周期分量 有效值
非周期分 量起始值
Qk
tk 0
ik2t
dt
tk 0
t
2
2Ipt cost inp0e Ta d t
h ]
AW
mC0 0
[2
ln(1
W
)
W ]
J /( m4 ) J /( m4 )
一、导体短时发热过程
上式可写成
1 S 2 Qk Ah AW
由上式可知，A值与材料和温度有关。
θ(℃)
400
300
铝
铜
200 θh
100
θw
0
Aw
Ah
2
3
4
5×1016
1 S 2 Qk
θ = f(A)的曲线
A[J/(Ωm4)]
tk 0
I
2 pt
d
t
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续上页
解：（1）计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值；
S d 1 0 0 M V A , U c 1 1 0 . 5 k V , U c 2 0 . 4 k V Id1 3 S U dc11 30 01 M 0V .5A kV5.50kAId21300 M 0.V 4kA V=144.34kA
2）三相短路电流周期分量有效值
Ik(3)1Id1/X*(k1) 5 .5 0 k A /1 .9 9 2 .7 6 k A
3）其他三相短路电流 4）三相短路容量
I"(3) k1
I (3) k1
I (3) k1
2.76kA
i(3)
sh
2.552.76kA 7.04kA
2) 三相短路电流周期分量有效值
I (3) k2
Id2
X (k2)
144.34kA 4.4932.14kA
3) 其他三相短路电流
I"(3) k2
I(3) k2
I(3) k2
32.14kA
i(3)
sh
2.2632.14kA72.64kA
4） 三相短路容量
I(3) sh
I(3)
Ik (3)
18.77kA
inp
t
Ikme
2I "et
短路次暂态电流
i i i 短路全电流：
k.t
p
np
Ik(t)
I2 p(t)
in2p(t)
短路冲击电流：
iship(0.01)inp(0.01)
2I''
0.01
(1e )
ish ksh 2I" 短路冲击系数ksh可查曲线或计算
短路冲击电流有效值：
1）电力系统的电抗标幺值
X
* 1
Sd Sk
100MVA0.25 400MVA
2）35kV电力线路的电抗标幺值
X
* 2
x0
L
Sd
U
2 c
0.4( /km )5km 1 (0 3 0 7 M kV V )A 2 0.146
3）35kV电力变压器的电抗标幺值
X3*
Uk % 100
Sd SNT
XW * L XWL Xd
x0L
U
2 c
Sd
x
0
L
S U
d 2 c
式中， L为线路长度，x0为线路单位长度的电抗，可查手册。 3）电力变压器的电抗标幺值
因为
Uk%( 3INXTUN.T)100 (SNTXTUc2)100
所以 标幺值
XT
Uk % 100
Uc2 SNT
U k%
X
* T
Id
X
*
其他短路电流：
I"(3) k
I (3)
Ik(3)
is ( h 3 ) 2 .5 5 I" ( 3 ) is ( h 3 ) 1 .8 4 I" (3 )
I s ( h 3 ) 1 .5 1 I" ( 3 )（对高压系统） Is ( h 3 ) 1 .0 9 I" (3 )（对低压系统）
1.3120.65kA 27.05kA
S(3) k2
Sd
/X(k2)
1 0 0 M V A /6 . 9 9 1 4 . 3 1 M V A
补例
补 例 某 用 户 3 5 / 1 0 kV 总 降 压 变 电 所 装 有 一 台 S9-
3150/35/10.5kV变压器，Uk%=7。采用一条5km长的35kV架空线 路供电，x0=0.4Ω/km。从总降压变电所出一路10kV电缆线路（ x0=0.08Ω/km） 向 1 km 远 处 的 S9-1000/10/0.4kV 车 间 变 压 器 ， Uk%=5）供电。已知地区变电所出口处短路容量为400MVA，试 （1）计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值；
1.3132.14kA42.10kA
S(3) k-2
Sd
/X(k-2)
1 0 0 M V A /4 . 4 9 2 2 . 2 7 M V A
续上页
两台变压器分列运行情况下：
1）总电抗标么值
X (k-2)
X1X2 X3
0 .4 1 .5 9 5 6 .9 9
（2）计算总降压变电所10kV母线k-1处的三相短路电流Ik，ish， I∞ （3）计算车间变电所0.38kV母线k-2处的三相短路电流Ik，I∞。
Sk
G ∞电源
35kV
架 空 线 5km
k -1
S 9 -3 1 5 0
电 缆 线 1km
10kV
k -2 S 9 -1 0 0 0
0 .3 8 k V
2) 三相短路电流周期分量有效值
I (3) k-2
Id2
X (k-2)
144.34kA 6.9920.65kA
3) 其他三相短路电流
I"(3) k-2
I(3) k-2
I(3) k-2
20.65kA
i(3)
sh
2.2620.65kA 46.67kA
4） 三相短路容量
I(3) sh
Ish
I I 2 p(0.01)
2 np(0.01)
I''2 (
2I''e0.01)2
Ish 12(ksh1)2I" 短路稳态电流： I I" Ip
第二节 高压电网短路电流计算
在无限大容量电源供电系统中发生三相短路时，短路电 流的周期分量的幅值和有效值是不变的。
I(3) k
X4*
Uk% Sd 100 SNT
5100103kVA
5
1001000kVA
1
X
* 1
2
X
* 2
k -1
3
X
* 3
4
X
* 4
k -2
续上页
3. 求k-1点的短路电路总阻抗标么值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标么值
X* (k1)
X1*X2*
0 .4 1 .5 9 1 .9 9
Id1/
X* (k-1)
5 .5 0 k A /2 .6 1 6 1 .9 k A
i s ( h 3 ) 2 . 5 5 1 . 9 k A 4 . 8 7 k A I ( 3 ) I k ( 3 ) 1 . 9 k A
续上页
（3）计算k-2处的三相短路电流Ik，I∞。
Uc 3|Z|
3
Uc R 2X 2
Uc 1.05UN
在高压电路的短路计算中，通常只计电抗，不计电阻。故
一、标幺值法
I (3) k
Uc 3X
标幺值
A* A Ad
按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量Sd和
基准电压Ud。
续上页
基准容量取
Sd 100MVA
基准电压取元件所在处的短路计算电压为基准电压，即
I (3) sh
1.512.76kA
4.17kA
S(3) k1
Sd
/X(k1)
= 1 0 0 M V A /1 .9 9 = 5 0 .3 M V A
续上页
4．求k-2点的短路电路总电抗标么值三相短路电流和短路容量
两台变压器并联运行情况下：
1）总电抗标么值
X (k2)X 1 X 2 X 3 //X 4 0.41.59524.49
三相短路容量：
S(3) k
3UcIk(3)
3U c Id
X
*
Sd
X
*
例3-1
例1 某供电系统如图所示。己知电力系统出口处的短路容量
为Sk=250MVA，试求工厂变电所10kV母线上k-1点短路和两台 变压器并联运行、分列运行两种情况下低压380V母线上k-2点
短路的三相短路电流和短路容量。
XT
Xd
100
U
2 c
S N .T
U
2 c
Uk % Sd 100 S NT
Sd
三、三相短路电流的计算
三相短路电流周期分量有效值的标么值:
I (3)* k
I (3) k
Ik
Uc 3X
Sd
U
2 c
3Uc S d X
1
X
*
由此可得三相短路电流周期分量有效值：
I (3) k
Ik(3)*Id
7100103kVA2.22 1003150kVA
续上页
4）10kV电力线路的电抗标幺值
X
* 4
x0 L
Sd
U
2 c
100M V A
0.08 ( /km ) 1 km
0.073
(10.5kV )2
5）10kV电力变压器的电抗标幺值
X5*
Uk % 100
Sd SNT
5100103kVA
续上页
2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统的电抗标幺值 2）电力线路的电抗标幺值
X
* 1
Sd Sk
100MVA 0.4 250MVA
X
* 2
x0
L
Sd
U
2 c1
0.35( /km )5km 100M V A1.59 (10.5kV )2