全国注册电气工程师考试——专业基础部分 电气工程基础.ppt

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1、4 电气工程基础,北京建筑工程学院电气工程与自动化系李英姿 2011年1月,全国注册电气工程师考试专业基础部分,4.1 电力系统基本知识,考试大纲1.1 了解电力系统运行特点和基本要求1.2 掌握电能质量的各项指标1.3 了解电力系统中各种结线方式及特点1.4 掌握我国规定的网络额定电压与发电机、变压器等元件的额定电压1.5 了解电力网络中性点运行方式及对应的电压等级,4.1.1 电力系统运行特点和基本要求,1电力系统的组成 由发电厂的发电机、升压及降压变电设备、电力网及电能用户（用电设备）组成的系统统称为电力系统。（1）发电厂：生产电能。（2）电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组

2、成。（3）配电系统：将系统的电能传输给电力用户。（4）电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低 压用户额定电压在1kV以下。（5）用电设备：消耗电能。,4.1.1 电力系统运行特点和基本要求,2电能的特点（1）电能不能储存 电能的生产、输送、分配和使用同时完成。（2）暂态过程非常迅速 电能以电磁波的形式传播，传播速度为300kmms。（3）和国民经济各部门间的关系密切。,4.1.1 电力系统运行特点和基本要求,3对电力系统提出的要求（1）保证供电可靠性（2）保证电能质量（3）提高电力系统运行的经济性（4）环境保护问题,4.1.2 衡量电能质量的指标,1电压偏差（移）电压偏差（移）指当供配电系

3、统改变运行方式或负荷缓慢地变化使供配电系统各点的电压也随之改变，各点的实际电压与系统额定电压之差，通常用与系统额定电压的百分比值数表示。用公式表示为（4-1-1）式中 用电设备的额定电压，kV；用电设备的实际端电压，kV。,4.1.2 衡量电能质量的指标,2电压波动 一系列的电压变动或电压包络线的周期性变动，电压的最大值与最小值之差与系统额定电压的比值以百分数表示，其变化速度等于或大于每秒0.2时称为电压波动。波动的幅值为：（4-1-2）式中 用电设备端电压的最大波动值，kV；用电设备端电压的最小波动值，kV。,4.1.2 衡量电能质量的指标,3电压闪变 负荷急剧的波动造成供配电系统瞬时电压升

4、高，照度随之急剧变化，使人眼对灯闪感到不适，这种现象称为电压闪变。4不对称度 不对称度是衡量多相负荷平衡状态的指标，多相系统的电压负序分量与电压正序分量之比值称为电压的不对称度，电流负序分量与电流正序分量之比值称为电流的不对称度，均以百分数表示。,4.1.2 衡量电能质量的指标,5正弦波形畸变率 当网络电压波形中出现谐波（有时为非谐波）时网络电压波形就要发生畸变。谐波干扰是由于非线性系统引起的。它产生出不同于网络频率的电压波，或者具有非正弦形的电流波。（1）n次谐波电压、电流含有率（4-1-3）,4.1.2 衡量电能质量的指标,5正弦波形畸变率（2）电压、电流总谐波畸变率（4-1-4）式中、n

5、次谐波电压、电流的方均根值，kV、A；、基波电压（50Hz）、电流的方均根值，kV、A。,4.1.2 衡量电能质量的指标,（3）谐波电压的总平均畸变系数（4-1-5）式中 谐波电压的总平均畸变系数；变化时间，3s；n次谐波电压的方均根值，kV；,4.1.2 衡量电能质量的指标,6频率偏差 频率偏差是指供电的实际频率与电网的额定频率的差值。我国电网的标准频率为50Hz，又叫工频。频率偏差一般不超过0.25Hz，当电网容量大于3000MW时，频率偏差不超过0.2Hz。调整频率的办法是增大或减小电力系统发电机有功功率。,4.1.2 衡量电能质量的指标,7供电可靠性 供电可靠性指标是根据用电负荷的等级

6、要求制定的。衡量供电可靠性的指标，用全年平均供电时间占全年时间百分数表示。,4.1.3 电网接线方式与特点,电力系统的接线方式大致分为两大类：（1）无备用电源接线（2）有备用电源接线 具体表现型式有（1）放射式（2）树干式（3）混合式（4）环网式,4.1.3 电网接线方式与特点,1无备用接线（开式电力网）方式 无备用接线包括：（1）单回放射式（2）树干式（3）链式网络a）放射式 b）干线式 c）链式,4.1.3 电网接线方式与特点,2有备用接线（闭式电力网）方式 有备用接线方式包括（1）双回放射式（2）树干式（3）链式（4）环式（5）两端供电网络a）放射式 b）干线式 c）链式 d）环式 e）

7、两端供电网络,4.1.3 电网接线方式与特点,有备用接线的双回放射式、树干式和链式网络用于一、二级负荷。环式接线，供电经济、可靠，但运行调度复杂，线路发生故障切除后，由于功率重新分配，可能导致线路过载或电压质量降低。两端供电接线方式必须有两个独立的电源。,4.1.4 额定电压,1.电网的额定电压 线路首末两端电压的平均值应等于电网额定电压。此电压做为确定其他电力设备额定电压的依据。2.用电设备的额定电压 用电设备的额定电压等于电网额定电压。3.发电机的额定电压 发电机的额定电压规定比同级电网电压高5。补偿电压损失。,4.1.4 额定电压,4.电力变压器的额定电压 电力变压器的一次绕组的额定电压

8、根据连接情况不同分为两种：当变压器直接与发电机相连时，其一次绕组的额定电压与发电机的额定电压相同，即高出同级电网额定电压5；当变压器直接与电网相连时，其一次绕组的额定电压与电网的额定电压相同，即等于同级电网额定电压。,4.1.4 额定电压,电力变压器的二次绕组的额定电压是指一次绕组在额定电压作用下，二次绕组的空载电压。当变压器满载时，变压器的一、二次绕组的阻抗将引起变压器自身的电压降（大约相当于电网额定电压的5），从而使二次绕组的端电压小于空载电压。为了弥补线路中的电压损失，变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压5，因此变压器二次绕组的额定电压规定比同级电网额定电压高10；若变压器靠近用

9、户，供电半径较小时，由于线路较短，线路的电压损失可以忽略不计，这时变压器的二次绕组的额定电压应高于电网额定电压5，用以补偿变压器自身的电压损失。,4.1.5 电力系统的中性点运行方式,1中性点不接地系统 系统中性点不接地是指系统中性点对地绝缘。当系统发生单相接地故障后系统的三相对称关系并未破坏，仅中性点及各相对地电压发生变化，中性点的电压上升到相电压，非故障相对地电压值增大为倍相电压，故对于该中性点不接地系统可以带故障继续运行2小时。故障相接地点的对地故障电流为正常运行时对地电容电流的3倍。在我国配电网电压在1035kV之间的架空线路多采用此接地方式。,4.1.5 电力系统的中性点运行方式,2

10、中性点直接接地系统 系统中性点经一无阻抗（金属性）接地线接地的方式成为中性点直接接地。此接地系统一般应用在接有单相负载的低压（380/220V）配电系统和电力系统高压（110kV以上）输电线路上。,4.1.5 电力系统的中性点运行方式,3中性点经阻抗接地系统 在系统中性点与大地之间用一阻抗相连的接地方式称为中性点经阻抗接地。根据接地电阻器电阻值的大小，接地系统分为高电阻接地和低电阻接地。（1）高电阻接地：此种方式接地电流较小，通常在510A范围内，但至少应等于系统对地的总电容电流。保护方式需要配合接地指示器或警报器，保证故障时线路立即跳脱。（2）低电阻接地：增大接地短路电流，使保护迅速动作，切

11、除故障线路。电阻值的大小，必须使系统具有足够的最小接地故障电流（大约400A以上），保证接地继电器准确动作。目前我国大城市10kV配电网的接地方式大多采用经低电阻接地的方式。,思考题、习题,1-1电力网、电力系统和动力系统的定义是什么？1-2对电力系统运行的基本要求是什么？1-3电力系统的电气接线图和地理接线图有何区别？1-4何为电力系统的中性点？其运行方式如何？它们有什么特点？我国电力系统中性点运行情况如何？1-5中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流的性质如何？怎样计算？1-6消弧线圈的工作原理是什么？补偿方式有哪些？电力系统一般采用哪种补偿方式？为

12、什么？,思考题、习题,1-7电力系统的额定电压是如何确定的？系统各元件的额定电压如何确定？1-8目前我国电力系统的额定电压等级有哪些？额定电压等级选择确定原则有哪些？1-9电力系统的接线方式有哪些？各自的优、缺点有哪些？1-10联合电力系统的优越性有哪些？1-11某一60kV电力线路长为100km，每相导线对地电容为0.005F/km，当电力线路末端发生单相接地故障时，试求接地电容电流值（60kV系统中性点经消弧线圈接地）。(解答Id=16.324 A),4.3 简单电网潮流计算,考试大纲3.1 了解电压降落、电压损耗、功率损耗的定义3.2 了解已知不同点的电压和功率情况下的潮流简单算法3.3

13、 了解输电线路中有功功率、无功功率的流向与功角、电压幅值的关系3.4 了解输电线路的空载与负载运行情况,4.3.1 电压降落、电压损耗、电压偏移,1.电压降落 输电线路始末两端电压的相量差称为电压降落。2.电压损耗 输电线路首、末端电压有效值之差称为线路的电压损耗。电压损耗百分值，即是电压损耗与相应线路的额定电压相比的百分值：,4.3.1 电压降落、电压损耗、电压偏移,3.电压偏移 由于电力线路中存在电压损耗，线路中各点的实际电压不等，任意一点的实际电压有效值与线路额定电压有效值的差值称为电压偏移。它与额定电压的比值的百分数，称为电压偏移百分值。,4.3.2 功率损耗,1线路中功率损耗的计算

14、线路阻抗中的功率损耗包括有功功率损耗及无功功率损耗，其值的大小与流过阻抗的电流平方成正比。,4.3.2 功率损耗,2变压器中的功率损耗计算 变压器中的功率损耗包括有功功率损耗（也叫铜损、负载损耗）和无功功率损耗（也叫空载损耗，由铁损耗、磁滞损耗、涡流损耗组成）。可以直接利用制造厂给出的短路及空载试验数据求得。式中的、是变压器的短路损耗及短路电压百分值，、是空载损耗及空载电流百分值。,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,简单输电系统一般包括开式网和环网。开式电力网是一种简单的电力网，可分成无变压器的同一电压等级的开式网与有变压器的多级电压开式网。每一种又包括有分支的开式网与无分支的开式网两种。开

15、式网的负荷一般以集中负荷表示，并且在计算中总是作为已知量。,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,1同一电压等级开式网计算 进行开式网的计算首先要给定一个节点的电压，称为已知电压。由于已知电压的节点不同，计算的步骤略有差别。（1）若已知开式网的末端电压，则由末端逐段向首端推算。（2）电力网计算中往往已知首端电压及各个集中负荷。此时仅能采用近似计算方法。,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,（1）已知末端电压和各负荷点的负荷量，求首端电压 1）设末端电压为参考电压，计算从末端开始的第段线路中末端电纳中的功率损耗。2）确定电源送往末端的负荷。等于末端负荷与末端电纳功率损耗之和。,4.3.3 简单输电

16、系统的潮流计算,3）求第段线路阻抗中的电压降及功率损耗。4）确定第段线路的首端电压,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,（2）已知首端电压和各负荷点的负荷量，求末端电压。1）假定各点电压等于额定电压。2）计算各负荷点对地电纳中的功率损耗。3）将各负荷点对地电纳中的功率损耗与接在同一节点的负荷合并。,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,4）从第段线路开始，计算阻抗上的功率损耗以及由前一负荷点送出的功率。5）电源点的总负荷应是电源点送出的负荷与电源线路首端电纳中功率损耗之和。6）以电源点为参考电压，由电源线路开始逐段计算线路电压降。,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,2.当电力网电压在35kV及

17、以下时，可将线路电纳略而不计。在计算电压时也不考虑线路中功率损耗的影响。（1）各线路中的功率（2）各段线路的功率损耗（3）各段电路电压降的纵分量,4.3.3 简单输电系统的潮流计算,（4）各段线路电压损耗（5）故末端负荷点的电压 以上的计算方法可以推广到有n段线路和n个集中负荷的开式电力网。,4.3.4 简单电力系统的静稳定,1功角特性曲线 系统中的发电机为凸极机，发电机发出的有功功率为 系统中发电机为隐极发电机发电机发出的有功功率为,4.3.4 简单电力系统的静稳定,当发电机电势 和受端母线电压 恒定不变时，发电机向受端系统输出的功率仅仅是 与 之间的相角差 的函数。将这一关系绘成图4-3-

18、11所示的曲线，称之为功角特性曲线。对于隐极机系统，它是一条正弦曲线，由于相角差 与功率 密切相关，常常把角 称为功角。,4.3.4 简单电力系统的静稳定,功角特性曲线图4-3-11 功角特性曲线a）凸极式发电机 b）隐极式发电机,2静态稳定的概念 扰动后功角变化示意图 在曲线的上升部分的任何一点对小干扰的响应都与a点相同，都是静态稳定的，曲线的下降部分的任何一点对小干扰的响应都与b点相同，都是静态不稳定的。,4.3.4 简单电力系统的静稳定,3静态稳定的判据 功角特性曲线的上升部分，电磁功率增量与功角增量具有相同的符号，在功角特性曲线的下降部分，与总是具有相反的符号，故可以用比值的符号来判断

19、系统给定的平衡点是否是静态稳定的。一般把判断静态稳定的充要条件称为静态稳定判据。（4-3-20）,4.3.4 简单电力系统的静稳定,4.3.5 负荷的静稳定,1负荷的静态特性 负荷所取用的有功功率和无功功率是随着电网电压和频率的变化而变化的，反映它们变化规律的曲线或数学表达式称为负荷的静态特性。所谓静态是把这些特性在稳态条件下是确定的。当系统频率维持额定值不变时，负荷所取用的功率与电压的关系称为负荷的电压静态特性。当系统电压维持额定值不变时，负荷所取用的功率与频率的关系，称为负荷的频率静态特性。,4.3.5 负荷的静稳定,2负荷的静态稳定（1）电动机负荷稳定的判据（有功负荷）（2）无功负荷的稳

20、定的判据,4.4 无功功率平衡和电压调整,4.1 了解无功功率平衡的概念及无功功率平衡的基本要求4.2 了解系统中各无功电源的调节特性4.3 了解利用电容器进行补偿调压的原理与方法4.4 了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算,4.4.1 无功功率平衡,1.无功功率平衡 电力系统中无功电源所发出的无功功率应与系统中的无功负荷及无功损耗相平衡，同时还应有一定的无功功率备用电源。2.无功电源 电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器、静止无功补偿器等。3.无功负荷 电力系统的无功负荷指的是用电设备所吸收的无功功率，以异步电动机需用的无功功率占的比重最大，一般综合负荷的功率因数为0.6

21、0.9。,4.4.1 无功功率平衡,4.无功功率损耗 电力系统的无功功率损耗由两部分组成：电力系统中的线路无功损耗和变压器中的无功损耗。线路电抗中的无功损耗与线路电流的平方成正比，线路电纳中的无功功率是容性的，又称为充电功率，也可把它看成是无功电源。变压器的无功损耗包括励磁无功损耗和电抗中的无功损耗两部分。,4.4.1 无功功率平衡,5.对负荷功率因数的要求 一般高压供电的负荷功率因数应在0.9以上；低压供电负荷的功率因数应在0.85以上。无功的备用容量一般取最大无功功率负荷的78。,4.4.2 无功电源,1发电机 同步发电机 不仅是电力系 统的有功电源，而且是电力系 统的主要的无 功电源。它

22、发 出的功率是可 以调节的。,4.4.2 无功电源,2同步调相机 同步调相机是专门设计的无功功率发电机。可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系统的要求来调节。过励磁运行时，向系统输送无功功率；欠励磁运行时，从系统吸取无功功率。所以改变调相机的励磁可以平滑地改变无功功率的大小和方向。调相机在欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容量的5065。它一般装在接近负荷中心处，以减少传输无功功率引起的电能损耗和电压损耗。,4.4.2 无功电源,3静止无功补偿器 静止无功补偿器是由可控硅控制的可调电抗器与电容器并联组成的新型无功补偿装置，具有极好的调节性能，能快速跟踪负荷的变动，改变无功功率的大小，能

23、根据需要改变无功功率的方向，响应速度快，不仅可以作为一般的无功补偿装置，而且是唯一能用于冲击性负荷的无功补偿装置。,4.4.3 静电电容器补偿,1补偿调压原理 采用静电电容器补偿，当将电容器 与感性负载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数 仍然不变，但 和 的相位差减小（），补偿后的功率因数比补偿前的功率因数提高（即）。静电电容器进行无功 功率补偿改善的是包括 电容器在内的整个线路 的功率因数。,4.4.3 静电电容器补偿,2补偿方式 采用静电电容器作无功补偿装置时，可以采用就地补偿和集中补偿的补偿方式。就地补偿是低压部分的无功负荷由低压电容器补偿，高压部分由高压电容器补偿。容量较大、负荷

24、集中且经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。集中补偿的电容器组宜在变电所内集中补偿。居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中补偿。,4.4.4 变压器分接头调压,1变压器的分接头的确定 双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变压器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选择使用。容量在6300kVA以下的变压器一般设有三个分接头，即1.05、0.95，调节范围为5。容量在8000kVA以上的变压器有五个分接头，分别在1.05、1.025、0.975、0.95 几处引出。调压范围为22.5。,4.4.4 变压器分接头调压,2.降压变压器分接头的选择计算（1）最大负荷时，变压器分接头电压（4-4-3）式

25、中 最大负荷时，变压器电压损耗；变压器低压侧的额定电压；变压器在最大负荷时，应选择的高压 侧分接头电压；、变压器在最大负荷时，高、低压侧 的电压。,4.4.4 变压器分接头调压,（2）最小负荷时，变压器分接头电压 上式中各符号分别与最小负荷相对应。（3）正常运行时变压器分接头，取两者的平均值：根据计算出的选择一个接近的分接头，然后校验所选的分接头是否能使低压母线电压的要求得到满足。,4.4.4 变压器分接头调压,3.升压变压器分接头的选择计算,4.4.4 变压器分接头调压,4有载调压变压器 有载调压变压器的高压侧有可以调节分接头的调压绕组，能在带有负荷的情况下改变分接头，调压范围也比较大，一般

26、在15以上。目前我国110kV电压级的有载调压变压器的调压范围为32.5，有七个分接头。220kV电压级的有载调压变压器的调压范围为42.5，有九个分接头。对于特殊要求的有载调压变压器还可有更多的分接头。,4.4.4 变压器分接头调压,有载调压变压器通常有两种形式，一种是本身有调压绕组，一种是带有附加调压器的加压变压器。有载调压变压器多采用分级调压的方式，接线方式有线性调压、正反调压、粗细调压三种。,4.5 短路电流计算,考试大纲5.1 了解实用短路电流计算的近似条件5.2 了解简单系统三相短路电流的使用计算方法5.3 了解短路容量的概念5.4 了解冲击电流、最大有效值电流的定义和关系5.5

27、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5.6 掌握简单电网的正、负、零序序网的制定方法5.7 了解不对称短路的故障边界条件和相应的复合序网5.8 了解不对称短路的电流、电压计算5.9 了解正、负、零序电流、电压经过Yn，d11 变压器后的相位变化,4.5.1 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

28、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。,4.5.1 实用短路电流计算的近似条件,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

29、以认为无限大功率电源的内电抗。,4.5.2 简单系统三相短路的实用计算方法,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 简单系统三相短路的实用计算方法,2.求元件的电抗标么值（1）电力系统的电抗标么值 电力系统的电抗标么值（）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 简单系统三相短路的实用计算方法,（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

30、.2 简单系统三相短路的实用计算方法,（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 简单系统三相短路的实用计算方法,（4）电抗器电抗标么值 电抗器的百分比电抗（）是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 简单系统三相短路的实用计算方法,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 在短路计算中，

31、如选短路点所在线路额定电压（）为基准电压，则三相短路电流周期分量为（4-5-6）式中 短路点所在线路的额定电压，kV；基准电压，kV；从电源到短路点之间的所有电气元件的电抗 和，。,4.5.2 简单系统三相短路的实用计算方法,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。,4.5.3 短路容量,短路容量数值为（4-5-8）式中 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）,4.5.4 冲击电流和最

32、大有效值电流,1三相短路最大冲击电流瞬时值 根据产生最大短路电流的条件，短路电流周期分量和非周期分量叠加的结果是在短路后经过半个周期的时刻将会出现短路电流的最大瞬时值，此值称为短路冲击电流的瞬时值。（4-5-11）式中 短路电流的周期分量，kA；短路冲击系数。,4.5.4 冲击电流和最大有效值电流,当短路发生在单机容量为12MW及以上的发电机母线上时，短路冲击系数取1.9：（4-5-12）当短路发生在高压电网的其他各点时，短路冲击系数取1.8：（4-5-13）在380/220V低压网中，短路冲击系数取1.3：（4-5-14）冲击电流主要用于校验电气设备和载流导体的电动力稳定度。,4.5.4 冲

33、击电流和最大有效值电流,2三相短路最大冲击电流有效值 在短路过程中，任一时刻，电流有效值是指以时刻为中心的的一个周期内瞬时电流的均方根值（4-5-15）式中 短路全电流的瞬时值，kA；时间时非周期分量电流的瞬时值，kA；时间时周期分量电流的瞬时值，kA。,4.5.4 冲击电流和最大有效值电流,如果短路是发生在最恶劣的情况下，短路电流在第一个周期内的有效值将最大，这一有效值称为短路电流的最大有效值，以 表示。（4-5-16）短路冲击系数取1.9时（4-5-17）短路冲击系数取1.8时（4-5-18）短路冲击系数取1.3时（4-5-19）短路电流的最大有效值常用于校验某些电气设备的断流能力或耐力强

34、度。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,1对称分量法 在一个多相系统中，如果各相量的绝对值相等，且相邻两相间的相位差相等，就构成了一组对称的多相量。在三相系统中，任意不对称的三相量只可能分为三组对称分量，这三组对称分量分别为（1）正序分量（2）负序分量（3）零序分量,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,三相不对称相量所对应的三组对称分量a）正序分量 b）负序分量 c）零序分量,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,（1）正序分量 三相量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相同，这就是正序分量。此正序分量为一平衡三相系统，正序分量通常又称为顺序分量。在正序

35、分量中恒有下列关系：（4-5-19）式中 显然存在（4-5-20）,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,（2）负序分量 三相量大小相等，彼此相位互差120，且与系统在正常对称运行方式下的相序相反，这就是负序分量。负序分量亦为一平衡三相系统。负序分量通常又称为逆序分量。在负序分量中恒有下列关系：（3）零序分量 由大小相等，而相位相同的相量组成。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,在任意给定的三组对称分量中，分别把各相的三个对称分量叠加起来，组成一个三相系统，即（4-5-23）由上式即可得对称分量之值为（4-5-24）,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,通常简单地把、称为正序、负序

36、和零序分量，它们都是以 相为参考相（基准相）的各序分量。以后凡不加以说明都是指以 相为参考相。在许多情况下，还需要求解网络中某些支路上的电流及网络中某些节点上的电压。故在求得故障点的各序电流及各序电压以后，需进一步求出各序网络中各有关支路的各序电流和各有关节点的各序电压。把同一支路的各序电流按相相加，即得该支路的各相电流；将同一节点的各序电压按相相加，即得到该节点的各相电压。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,应用对称分量法计算系统的不对称故障，其步骤大致如下：（1）计算电力系统各元件的各序阻抗；（2）制订电力系统的各序网络；（3）由各序网络和故障条件列出对应方程；（4）从联立方程组解出

37、故障点电流和电压的各序分量，将相应的各序分量相加，以求得故障点的各相电流和各相电压；（5）计算各序电流和各序电压在网络中的分布，进而求出各指定支路的各相电流和指定节点的各相电压。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,2序阻抗的基本概念 所谓某元件的正序阻抗，系指仅有正序电流通过该元件（这些元件三相是对称的）时所产生的正序电压降与此正序电流之比。设正序电流 通过某元件产生的一相的压降为 正序阻抗 负序阻抗 零序阻抗 元件的三序阻抗完全不同。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,电力系统中任何静止元件只要三相对称，当通入正序和负序电流时，由于其它两相对本相的感应电压是一样的，所以正序阻抗与

38、负序阻抗相等。在通入零序电流时，由于三相电流同相，相间的互感影响不同（对于变压器来讲，零序阻抗与变压器的结构及绕组的连接方式有关），因而零序阻抗和正序（负序）阻抗不同。如果各相之间不存在互感，且中线阻抗为零，那么正序（负序）阻抗就和零序阻抗相等。对于架空输电线、电缆、变压器有。对于由三个单相电抗器、电容器组成的三相电抗器、电容器以及由三个单相变压器构成的三相变压器组（如果零序电流能够流通）则有。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,对于旋转元件，如发电机和电动机，各序电流分别通过时，将引起不同的电磁过程：正序电流产生与转子旋转方向相同的旋转磁场；负序电流产生与转子旋转方向相反的旋转磁场；零

39、序电流产生的磁场则与转子的位置无关。因此旋转元件的正序、负序和零序阻抗互不相等。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,3同步发电机的序阻抗 同步发电机正常对称运行时，只有正序电流存在，电机的参数就是正序参数。稳态时用的同步电机电抗、过渡过程中用的、以及、都属于正序阻抗。汽轮发电机和有阻尼绕组的凸极电机可按 在近似计算时也可当作 对无阻尼绕组的凸极电机 同步电机零序电流产生的磁链在空气隙中之和等于零，所以零序电抗与转子位置无关，但漏磁与定子形式关系密切，通常情况下 以上参数均忽略电机磁饱和的影响，并认为在短路过程中、恒定不变。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,4负荷的序阻抗 在负荷中

40、，异步电动机占较大的比重，因此负荷阻抗可以近似地取异步电动机各序的阻抗。正常运行时负荷的正序阻抗以额定容量为基准的标么值约为。在短路时，当计算稳态短路电流时通常可取；在计算次暂态电流时次暂态电势可取，。异步电动机的负序阻抗可取，为了简化计算出可以仅取电抗部分。因为电动机一般中性点不接地，所以不考虑其零序电抗。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,5变压器的序阻抗 变压器的负序电抗与正序电抗相等。变压器零序电抗则与变压器绕组的连接方式、中性点是否接地、变压器的结构（单相、三相及铁心的结构形式）有关。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,a）Yn，d联结变压器 由于变压器每组绕相中感应的零

41、序电动势是同相位而且大小相等，所以零序电流在三角形中流通，形成一合回路，在三角形外电路中则没有零序电流，因而在等效电路中零序电流通过绕组的漏抗，绕组的漏抗。等效电路中绕组一端短接只是表明它是零序电流的闭合回路而不是表示绕组的一端接地。零序电流在 中的电压降与变压器励磁电抗 中的电压降相等。零序电抗为,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,Yn，yn联结的变压器要在绕组中通过零序电流，其外电路必须要有接地的中性点。如果没有则它的零序等效电路就与Yn，y联结相同。相当于绕组与外电路断开。Yn，y联结变压器的零序电抗为,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,双绕组变压器两个绕组的漏抗标么值几乎相

42、等，并等于短路电压百分数（或标么值）的一半，一般可以当作励磁电抗支路断开。对于三相三柱式变压器，由于零序磁通需经过空气隙与油箱外壳，因为磁阻大所以零序电抗较小，通常可认为零序励磁电抗标么值在0.31.0的范围内。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,Yn，d，y联结三绕组变压器，绕组是开路的，所以零序电抗为,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,Yn，d，yn联结的变压器。在绕组中若通过零序电流，则在零序网络中必须有外部电流通路。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,Yn，d，d联结的变压器，绕组和中的电压降相等可以并联，零序电抗为,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,6输电线路

43、的序阻抗 架空输电线的负序电抗与正序电抗相等，零序电抗与平行线的回路数以及有无架空地线和地线的导电性能等因素有关。由于零序电流在三相线路中是同方向的，互感很大，因而零序电抗要比正序电抗大。零序电流是通过地及架空地线返回的，所以架空地线会对三相导线产生屏蔽作用，使零序磁链减少，因而使零序电抗减小。,4.5.5 系统元件各序参数和等值网络,7电缆的序阻抗 电缆的负序阻抗与正序相等，由于三相芯线间距离小所以正序电抗比架空输电线路要小得多。电缆的电阻通常不能忽略。电缆的零序电抗与电缆的外包皮的接地情况有关，一般由试验决定。在短路电流计算中可以取,4.5.6 系统相序网络的构成,凡属由同一序的相应的电势

44、和阻抗根据电力系统的接线所构成的单相等值电路，称为该序的序网络。在制订各序网络时，必须先了解系统的接线，接地中性点的分布状况以及各元件的各序参数和等效电路；进而再分别各序，由短路点开始，查明序电流在网络中的流通情况，以确定各序网络的组成元件及其网络的具体连接。,4.5.6 系统相序网络的构成,1正序网络 正序网络就是通常用以计算对称三相短路时的网络，流过正序电流的全部元件的阻抗均用正序阻抗表示。在不对称短路时短路点的正序电压、和 不等于零，所以短路点不能和零电位线相连。正序电势就是发电机的电势。,4.5.6 系统相序网络的构成,2负序网络 负序电流在网络中所流经的元件与正序电流所流经的相同。因

45、此，组成负序网络的元件与组成正序网络的元件完全相同，只是各元件的阻抗要用负序参数表示，其中发电机及各种旋转电机的负序阻抗与正序阻抗不同，而其它静止元件的负序阻抗等于正序阻抗。因为发电机的负序电势为零，所以负序网络中电源支路负序阻抗的终点不接电势，而与零电位相连，并作为负序网络的起点，短路点就是该网络的终点。短路点的负序电压 不为零。,4.5.6 系统相序网络的构成,3零序网络 在零序网络中，不包含电源电势。只在短路点存在有由故障条件所决定的不对称电势源中的零序分量。各元件的阻抗均应以零序参数表示。零序电流实际上是一个流经三相电路的单相电流，经过地或与地连接的其它导体（例如地线、电缆包皮等），再

46、返回三相电路中。只有当和短路点直接相连的网络中至少具有一个接地中性点时，才可以形成一个零序回路。如果与短路点直接相连的网络中有好几个接地的中性点，那么有几个零序电流的并联支路。在绘制等值网络时，只能把有零序电流通过的元件包括进去，而不通过零序电流的元件应舍去。作出系统的三线图，在短路处将三相连在一起，接上一个零序电势源，并从这一点开始逐一的查明零序电流可能通行的回路。,4.5.6 系统相序网络的构成,变压器绕组的接法对零序电流的通行路径有很大影响。Yn，d接线绕组中，星形侧绕组中的零序电流只能在三角形侧各相绕组中引起零序环流，并不能流到外线路上去。Yn，yn连接的变压器中，当其中一侧的绕组中有

47、零序电流通过时，另一侧的绕组中有否零序电流出现，要看另一侧绕组的外电路中还有其它接地的中性点等。对于那些有零序电流通过的，连在发电机或变压器等中性点的元件，例如消弧线圈中通过的零序电流为三相的零序电流之和（即每相零序电流的三倍），而零序网络所表示的只是一相的等值网络，为了使零序网络中在这一元件上的电压降与实际值相等，就必须将该元件的阻抗值扩大为3倍而串接在与之相连的流过同一零序电流的支路中。,4.5.6 系统相序网络的构成,平行的线路中有零序电流通过时，平行线路中的零序电流要产生互感作用，在制订零序网络时应计及零序互感的影响。对于能够找到公共节点并且各支路间互感又一样的情况，可以应用如建立变压

48、器的等值电路时所采用的方法“直接去耦法”，建立无互感的等值网络。当有互感的支路难于找到连在一起的公共节点时，可以先求出对应这部分网络的节点导纳矩阵，然后再根据节点导纳矩阵中的诸元素来建立与之对应的无互感的等值网络。,4.5.7 简单的不对称故障的分析,1等值网络 应用对称分量法分析计算简单不对称故障时，对于各序分量的求解，一般有两种方式：（1）直接的联立求解三个序的电势方程和三个边界条件方程；（2）借助于复合序网图进行求解，即根据不同故障类型所确定的边界条件，将三个序网络进行适当的连接，组成一个复合序网，对复合序网进行计算，便可求出电流、电压的各序对称分量。,4.5.7 简单的不对称故障的分析

49、,系统接线图 正、负、零序等值网络图,4.5.7 简单的不对称故障的分析,为从正序网络故障口看过去的戴维南等值电势。其值等于故障发生之前故障点的相电压。当计算稳态时，网络中的电势用稳态电势。当计算暂态时网络中的电势用暂态电势或次暂态电势。假定短路是纯金属性的（短路点弧光电阻及接地电阻均为零），短路是发生在假想的阻抗等于零的引出线上。电流的正方向规定由电源指向短路点。电压的正方向规定由故障点的每相对地电压。计算中均以相作为基准相。,4.5.7 简单的不对称故障的分析,2两相短路（1）故障边界条件 假定 两相短路，以相量表示的边界条件方程如下：两相短路的以序分量表示的三个边界条件是,两相短路时的系

50、统接线图,4.5.7 简单的不对称故障的分析,（2）复合序网两相短路时的序网及复合序网图 由于相间故障时不存在零序分量，所以复合序网只包括正序和负序网络。根据两相短路的边界条件：；，图中的正序和负序网络联成一个复合序网络。,4.5.7 简单的不对称故障的分析,3单相接地短路（1）故障边界条件 假定 相接地短路，短路处用相量来示的边界方程为：用对称分量表示：或,单相接地短路时系统接线图,4.5.7 简单的不对称故障的分析,（2）复合序网 根据故障处的边界条件：三个序电流相等，三个序电压之和等于零，可以将三个序网串联组成一个复合序网。,单相接地短路时的复合序网图,4.5.7 简单的不对称故障的分析