短路电流的措施等,均需要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、可靠的工作,同时又力求节约资金,这就需要进行全面的短路电流计算。例如:计算某一时刻的短路电流有效值;计算短路后较长时间短路电流有效值,用于校验设备的热稳定;计算短路电流冲击值,用于校验设备的动稳定。 (3)在需按短路条件设计屋外高压配电装置时,校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)按地装置的设计,也需用短路电流。 3.1.2 短路电流计算的一般规定 (1)计算的基本情况:
1)所有电源均在额定负荷下运行;
2)所有同步发电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁); 3)短路发生在短路电流为最大值的瞬间; 4)所有电源的电动势相位角相同;
5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件,但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用,仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。
(2)接线方式:短路电流时所用的接线方式(即最大运行方式),而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。
(3)计算容量:应按本工程设计计划容量计算,并考虑电力系统的远景发展规划(一般考虑本工程建成后5~10年)。
(4)短路种类:一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路,或中性点直接接地系统及自偶变压器等回路中的单相(或两相)接地短路较三相短路情况严重时,则应按严重情况的进行校验。
(5)计算点:在正常接线方式时,通过电气设备的短路电流为最大的地点,称为短路计算点。对于带电抗器6~10KV出线与厂用分支回路,在选择母线至母线隔离开关之间的引线、套管时,短路计算点应该取在电抗器前。选择其余的导体和电气时,短路计算点一般取在电抗器后。
3.1.3 短路电流计算步骤
在工程建设中,短路电流的计算通常采用使用曲线法。 (1) 选择计算短路点。
1) 首先去掉系统中的所有符合分支、电路电容、各元件的电阻,发电机电抗用暂态电
抗Xd
2) 选取基准容量Sb和基准电压Ub(一般取各级的平均电压)。 3) 将各元件电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 (2) 绘出等值网络图,并将各元件电抗同一编号。 (3) 化简等值网络,为计算不同短路点的短路电流值,需要等值网络分别化简为以短路
点为中心的辐射形等值网络,并求出各电源与短路点之间的电抗,即转移电抗Xnd。
(4) 求计算电抗Xjs。 (5) 由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值(运算曲线只做到Xjs=3.5)。 (6) 计算无限大容量(或Xjsv≥3)的电源供给的短路电流周期分量。 (7) 计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 (8) 计算短路电流冲击值。 (9) 计算异步电动机供给的短路电流。
(10) 绘制短路电流计算结果表。
3.2 短路电流计算方法
3.2.1 幺值换算
在实际电力系统中,各元件的电抗标示方法不统一,基值也不一样。如发电机电抗,厂家给出的是以发电机额定容量Sn和额定电压Un为基值的标幺电抗值X“d;变压器的电抗,厂家给出的是短路电压百分值Ud(%);而输电线路的电抗,通常是用有名值表示的。为此,短路计算的第一步是将各元件电抗换算为同一基值的标幺电抗。 3.2.2 值变换与简化
在工程计算中,常采用以下方法简化网络 (1)网络等值交换
等值交换的原则,是在网络表换前后应使未被变化的部分的状态(电压和电流分布)保持不变。
(2)利用网络的对称性化简网络
在网络化简中,常遇到短路点对称的网络,利用对称关系,并依照下列原则可使网络简化。
(3)对电位相等的节点,可直接相连。 (4)等电位节点之间的电抗可短接后除去。 (5)并联电源支路的合并。 (6)分裂电源和分裂短路点。
在网络化简中,可将一个连在电源点上各支路拆开,拆开后的各支路电抗,分裂接于与原来电势相等的电源点上,其支路电抗值不变。同样,也可以接于短路点的各支路拆开。拆开后各支路仍带有原来的短路点。 (7)等值电源的归并
在工程计算中,为进一步简化网络,减少计算工作量,常将短路电流变化规律相同或相似的电源,归并为一个等值电源,归并的原则是:距短路点电气大致相等的同类型发电机可以合并;至短路点的电气距离较远的同一类型或不同类型的发电机也可以合并;直接接于短路点的发电机一般予以单独计算;无限大功率的电源应单独计算。 3.2.3 短路电流周期分量的计算 (1)求计算电抗Xjs
Xjs是将各电源与短路点之间的转移电抗Xnd归算到以各供电电源(等值发电机)容量为基值的电抗标幺值。可用下式归算: Xjs=Xmd Sn.m/Sb
式中 Sn.m——为第m个电源等值发电机的额定容量(MVA); Xmd——为第m个电源与短路点之间的转移电抗(标幺值); Xjs——为第m个电源至短路点的计算电抗。
由无限大容量电源供给的短路电流,或计算电抗Xjs》3时的短路电流,可以认为其周期分量不衰减。
短路电流计算结果表:
短路点编基值电压Ub基值电流支路名称 支路计算额定电流0S短路电流周期分量 稳态短路电流 0.2S短路电流 短路电流全电流最短路容量
号 (kv) Ib(Ka) 电抗Xjs In KA 标幺值 I″* 有名值 I″ 标幺值 I∞* 有名值 I∞ 标幺值 有名值 冲击值ich 大有效值Ioh S〃 I0.2* I0.2 公式 Sb/ Ub Ib ×Sn/Sb I″* In I∞* In I0.2* 2.55~ 1.52~ In 2.7 I″ 1.62 I″ I″ Un 1.52 579.18 d-1 230 0.25 220kv侧 4 0.25 4 1 4 1 4 1 2.55 d-2 115 0.5 110kv侧 3.03 0.5 3.03 1.52 3.03 1.52 3.03 1.52 3.88 2.31 289.59 d-3 37 1.56 35KV侧 2.62 2.62 4.09 2.62 4.09 2.62 4.09 2.62 10.43 6.22 247.94
现我们计算毛纺厂35KV侧及化纤厂110KV侧及220KV侧母线短路电流: 35kv侧毛纺厂前短路 6km 设 基本变量:SJ=244MVA 基本电压:UJ=35KV
基本电流:IJ=SJ/3UJ=4.025KV
基本阻抗:EJ=UJ/3IJ=35/3*4.025=5.02Ω
相对基本容量:SJ=S/SJ=1
变量器电抗:X1=X*N*UJS2/SN=0.025*352/180=0.17Ω 线路电抗:X毛=6*3%=0.18Ω
系统电抗 百兆为1:X系=XS*=100/244=0.4098Ω
35kv以上电抗器忽略:X∑=X1+X毛+X系=0.17+0.18+0.4098=0.7598Ω 因电压等级相同,容量相同:SG=SJ
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相对总电抗:X*∑=X∑*SG/UJ=0.7598*244/35=0.1513Ω 短路容量:Sd=100/0.1513=660.939MVA 35kv。1.6除电抗。110kv。0.5除电抗 短路点短路电流:Id=1.6/0.1513=10.575KA 冲击电流有效值:Ic=1.5Id=15.8625KA 冲击电流峰值:ic=2.5Id=26.4375KA 35KV 毛纺厂
设:SJ=244MVA UJ=35KV
系统内电抗:最大运行方式:X*GM=SJ/Skmax=244/244=1
最小运行方式:X*Gm=SJ/Skmim=244/183.55=1.3293 系统外电抗:线 路:X毛=6*3%=0.18Ω
变压器:X1=X*N*SJ/SN=0.25*244/180=0.03389Ω 电 阻 器:系统外总电抗:X*∑=X毛+X1=0.21389Ω 最大运行方式短路电抗:X*M=X*GM+X*∑=1.21389Ω 最小运行方式短路电抗:X*m=X*Gm+X*∑=1.54619Ω 在短路点I*J{KA}
I*J=SJ/3UJ=244/{3*35}=4.0251KA 最大运行方式电流{KA}:IZKM=I*J/X*M=3.3158KA ish=2.55IZK=8.4554KA Ish=1.52IZK=5.0401KA
最小运行方式电流:IZKm=IJ/X*m=4.0251/1.54319=2.6083KA 110KV侧 化纤场 30KM 设:基本变量:SJ=244MVA
基本电压:UJ=110KV
基本电流:IJ=SJ/3UJ=1.2807KA 基本阻抗:EJ=UJ/3IJ=110Ω
相对基本变量:SJ=S/SJ=1
变电器电抗:X1=X*N*UJS2/SN=0.025*1102/180=1.6806Ω 线路电抗:X化=30*0.3%=0.09Ω
系统电抗:X系=XS*=100/244=0.4098Ω X∑2.1804Ω
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相对总电抗:X*∑=X∑*SG/UJ=2.1804*244/110=0.04397Ω 短路总容量:Sd=100/0.04397=2274.278MVA 短路点短路电流:Id=0.5/0.04397=11.37KA 冲击电流有效值:Ic=1.5Id=17.057KA 冲击电流峰值:ic=2.5Id=28.428KA 主变进线侧
设:基本变量:SJ=244MVA
基本电压:UJ=220KV
基本电流:IJ=SJ/3UJ=0.6404KA 基本阻抗:EJ=UJ/3IJ=198.346Ω
相对基本变量:SJ=S/SJ=1
系统电抗:X系=XS*=100/244=0.4098Ω X∑=0.04098Ω
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相对总电抗:X*∑=X∑*SG/UJ=0.4098*244/220=0.002066Ω 短路总容量:Sd=100/0.002066=48402.71MVA
短路点短路电流:Id=IJ/X*∑=0.6404/0.002066=309.97KA 冲击电流有效值:Ic=1.5Id=467.956KA 冲击电流峰值:ic=2.5Id=774.927KA
四.电气设备的选择
4.1 选择设计的一般规定 1.长期工作条件
电压:Umax大于或等于Ug 电流:In大于或等于Ig 2.短路稳定条件
(1)校验的短路电流取三相短路时的电流,若两相短路或短路严重 应按严重情况校验
(2)用熔断器可不用校验热稳定。当熔断器有限流作用可不算动稳定 用熔断器保护的电压互感器可不算动,热稳定 短路的热稳定条件:
---t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值kA ---设备允许通过的热稳定电流时间s
校验短路热稳定所用的计算时间按下式计算 ---继电保护装备后背保护动作时间 ---断路器全分闸时间s (3)短路的动稳态计算: Imax大于等于Ich
Ich---短路冲击电流峰值kA
Imax---电器允许的极限通过电流峰值kA 4.2 电气设备选择 高压断路器的选择 断路器样式的选择:除满足各项技术条件和环境条件外,还考虑安装调试和运行维护以及经济成本。按我国请况,6-220kv少油断路器,110-330kv可用六氟化硫断路器或空气断路器 具体条件:
1. 电压:Ug小于等于Un 2. 电流:Imax小于等于In
3. 开断电流:Ip.1小于等于Imax 4. 动稳态:Ich小于等于Imax 5. 热稳定
隔离开关的选择
隔离开关形式的选择,应根据配电装置特点和使用要求等原因进行综合的技术经济比较然后确定 具体条件
1.电压:Ug小于等于Un 2.电流:Imax小于等于In
3.开断电流:Ip.1小于等于Imax 4.动稳态:Ich小于等于Imax 5.热稳定
互感器的选择
互感器包括电压互感器和电流互感器,是一次和二次系统间的联络原件,用以想仪表,继电器电压电流线圈供电,正确反映电气设备的运行和故障情况。