短路电流计算

短路电流计算 在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地(对于中性点接地系统)发生通路的情况。 在三相系统中，可能发生的短路有:三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。 第二节 短路计算的目的及假设 一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。 其计算目的是: 1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。 2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。 3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。 4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 5)按接地装置的设计，也需用短路电流。 二、短路电流计算的一般规定 1)验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应 按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划(一般为本期工程建成后5,10年)。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。 2)选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。 3)选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。 4)导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 三、短路计算基本假设 1)正常工作时，三相系统对称运行; 2)所有电源的电动势相位角相同; 3)电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化; 4)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流; 5)元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响; 6)系统短路时是金属性短路。 四、基准值 高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值: 基准容量:Sj = 100MVA 基准电压:Vg(KV) 10.5 115 230 五、短路电流计算的步骤 1)计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下; 2)给系统制订等值网络图; 3)选择短路点; 4)对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。 1标幺值:Id = *X*di 有名值:Idi = Id*Ij 5)计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量:S = 3 VjI? 短路电流冲击值:Icj = 2.55I? 6)列出短路电流计算结果 具体短路电流计算具体见计算说明书。 第三节 各种短路电流计算 一.系统运行方式的确定 最大、最小运行方式的选择，目的在于计算通过保护装置的最大、最小短路电流。在线路末端发生短路时，流过保护的短路电流与下列因素有关: 1) 系统的运行方式，包括机组、变压器、线路的投入情况，环网的开环闭环，平行线路是双回运行还是单回运行。 2) 短路类型。 3) 电流分配系数。 二、短路电流的计算 短路电流的计算是继电保护整定的依据，所以我们必须加以重视。 1)整定计算的要求选择规定的运行方式; 2)确定短路段及短路类型; 3)对确定的短路点经过网络的合并，化简求出归算到短路点的各序综合阻抗、、; XXX120,,, 4)短路类型及电力系统故障的知识求出短路点的总电流; 5)按网络结构求出流过被整定保护装置的短路电流。 a 三相短路电流的计算: 1(3), I*dX1*, (3)(3)I,I，I其有名值为: ddj* (3)—系统中发生三相短路时，短路点的短路电流标幺值 Id* (3)—系统中发生三相短路时，短路点的短路电流有名值 Id —归算到短路点的综合正序等值电抗。 X1*, 以下为简便起见，省略下标 * 。 b 两相短路电流的计算: 1(2), I3d，XX12,, —归算到短路点的负序综合电抗 X2, (2)—两相短路时短路点的全电流 Id 其各序分量电流值为: 1(2)(2),, II1dd，XX12,, (2)(2)—分别为;两相短路时，短路点短路电流的正负序分量 I,Idd12 c 两相接地短路电流计算: XX20(1,1)(1,1),, 31I,,，Idd12()X，X20,, (1,1) —两相短路接地时，短路点故障相全电流 Id (1,1) —两相短路接地时，短路点的正序电流分量 Id1 1(1,1),I 1d，XX//X110,,, X0(1,1)(1,1),,，II 21dd，XX02,, X2(1,1)(1,1),,，II 01dd，XX02,, (1,1)(1,1)—分别为两相接地短路时的负序和零序电流分量。 I,Idd20 d 单相接地短路电流的计算: 短路点各序分量电流为: 1(1)(1) I,I,12dd2x，x10 短路点故障的全电流为: (1)(1) I,3Idd1 第五章 电气设备的选择 第一节 概述 导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。 电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 一、一般原则 1)应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要; 2)应按当地环境条件校核; 3)应力求技术先进和经济合理; 4)选择导体时应尽量减少品种; 5)扩建工程应尽量使新老电器的型号一致; 6)选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 二、技术条件 1、按正常工作条件选择导体和电气 1)电压: 所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax 即 Vymax?Vgmax 一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。 2)电流 导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q下，导体和电器的长期 0 允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax 即 Iy?Igmax 由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax = 1.05Ie(Ie为电器额定电流)。 3)按当地环境条件校核 当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q不等时，其长期允许电流Iy Q 0 可按下式修正 θy-θIy Q = Iy = Kiy θy-θ。 基中K —修正系数 Q y—导体或电气设备正常发热允许最高温度 我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。= 40?，裸导体的额定环境温 度为+25?。 2、按短路情况校验 电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验，一般校 验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器 有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、 热稳定。 1)短路热稳定校验 Qk?Qn 满足热稳定条件为 22 Irtk?Irt Qk —短路电流产生的热效应 Qn —短路时导体和电器允许的热效应 In —t秒内允许通过的短时热电流 验算热稳定所用的计算时间:tk = tpr+tbr tpr —断电保护动作时间 tbr —相应断路器的全开断时间 2)短路的动稳定校验 满足动稳定条件为: icj?idw Icj?Idf Icj — 短路冲击直流峰值 (KA) Icj — 短路冲击电流有效值 (KA) idw、Idw —电器允许的极限通过电流峰值及有效值(KA) 第二节 断路器的选择 变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。 高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35,220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。 1、按开断电流选择 高压断路器的额定开断电流INbr应不小于其触头开始分离瞬间(td)的短路电流的有效值Ie(td) 即:INbr?Iz(KA) INbr— 高压断路器额定开断电流(KA) Iz — 短路电流的有效值(KA) 2、短路关合电流的选择 在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过(预击穿)，更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流iNcl 不应小于短路电流最大冲击值。 即: idw?icj iNcl — 断路器额定关合电流 idw — 额定动稳定电流 icj — 短路冲击电流 3、关于开合时间的选择 对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04 ~ 0.06s。 其选择具体过程见计算说明书 第三节 隔离开关的选择 隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。 隔离开关的配置: 1)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离; 2)中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地; 3)接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜装设接地刀闸。应尽量选用一侧或两侧带接地刀闸的隔离开关; 4)按在变压器引出线或中性点上的避雷器可不装设隔离开关; 5)当馈电线的用户侧设有电源时，断路器通往用户的那一侧，可以不装设隔离开关，但如费用不大，为了防止雷电产生的过电压，也可以装设。 第四节 互感器的选择 互感器包括电压互感器和电流互感器，是一次系统和二次系统间的联络元 件， 以分别向测量仪表、继电器的电压线圈和电流线圈供电，正确反映电气设 备的正常运行和故障情况，其作用有: 1)将一次回路的高电压和电流变为二次回路标准的低电压和小电流，使测量 仪表和保护装置标准化、小型化，并使其结构轻巧、价格便宜，便于屏内安装。 2)使二次设备与高电压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证了设备和人身的安全。 电流互感器的特点: 1)一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测量电路的负荷，而与二次电流大小无关; 2)电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下，电流互感器在近于短路状态下运行。 电压互感器的特点: 1)容量很小，类似于一台小容量变压器，但结构上需要有较高的安全系数; 2)二次侧所接测量仪表和继电器电压线圈阻抗很大，互感器近似于空载状态运行，即开路状态。 互感器的配置: 1)为满足测量和保护装置的需要，在变压器、出线、母线分段及所有断路器回路中均装设电流互感器; 2)在未设断路器的下列地点也应装设电流互感器，如:发电机和变压器的中性点; 3)对直接接地系统，一般按三相配制。对三相直接接地系统，依其要求按两相或三相配制; 4)6,220KV电压等级的每组主母线的三相上应装设电压互感器; 5)当需要监视和检测线路有关电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。 一、电流互感器的选择 1、电流互感器由于本身存在励磁损耗和磁饱和的影响，使一次电流I与1-I′在数值和相位上都有差异，即测量结果有误差，所以选择电流互感器应根2 据测量时误差的大小和准确度来选择。 2、电流互感器10%误差曲线: 是对保护级(BlQ)电流互感器的要求与测量级电流互感器有所不同。对测量级电流互感器的要求是在正常工作范围内有较高的准确级，而当其通过故障电流时则希望早已饱和，以便保护仪表不受短路电流的损害，保护级电流互感器主 要在系统短路时工作，因此准确级要求不高，在可能出现短路电流范围内误差限制不超过-10%。电流互感器的10%误差曲线就是在保证电流互感器误差不超过-10%的条件下，一次电流的倍数入与电流互感器允许最大二次负载阻抗Zf关系2曲线。 3、额定容量 为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S应不大于该准确级所规定的2 额定容量Se。 2 2即:Se?S = Iezf 2 222 zf = Vy + Vj + Vd + Vc(Ω) 2 Vy — 测量仪表电流线圈电阻 Vj — 继电器电阻 Vd — 连接导线电阻 Vc — 接触电阻一般取0.1Ω 4、按一次回路额定电压和电流选择 电流互感器用于测量时，其一次额定电流应尽量选择得比回路中正常工作电流大1/3左右以保证测量仪表的最佳工作电流互感器的一次额定电压和电流选择必须满足:Ve?Vew Ie?Igmax，为了确保所供仪表的准确度，互感器的1 一次工作电流应尽量接近额定电流 Vew — 电流互感器所在电网的额定电压 Ve Ie — 电流互感器的一次额定电压和电流 1 Igmax — 电流互感器一次回路最大工作电流 5、种类和型式的选择 选择电流互感器种类和形式时，应满足继电保护、自动装置和测量仪表的要求，再根据安装地点(屋内、屋外)和安装方式(穿墙、支持式、装入式等)来选择。 6、热稳定检验 电流互感器热稳定能力常以1s允许通过一次额定电流Ie的倍数Kr来表1 22示，即:(Kr Ie) ? Itdz(或?Qd) 1 7、动稳定校验 电流互感器常以允许通过一次额定电流最大值( 2 Ie)的倍数kd—动稳1 定电流倍数，表示其内部动稳定能力，故内部动稳定可用下式校验: 2 Iekd?icj 1 短路电流不仅在电流互感器内部产生作用力，而且由于其邻相之间电流的相互作用使绝缘帽上受到外力的作用。因此需要外部动稳定校验，即: L2-7Fy?0.5×1.73icy× ×10N α 对于瓷绝缘的母线型电流互感器(如LMC型)可按下式校验 Ljs2-7Fy?1.73×iy ×10 N α 在满足额定容量的条件下，选择二次连接导线的允许最小截面为: PLjs2S? m -(Vy+Vj+Vc)Ze2