【正文】 電流概述 “短路”是電力系統(tǒng)中常發(fā)生的一種故障。所謂的短路是指電網(wǎng)中某一相導體未通過任何負荷而直接與另一相導體或“地”相碰觸。電網(wǎng)正常運行的破壞大多數(shù)是由短路故障引起的，危害很大。 （1）形成短路的原因 電氣設備載流部分絕緣的損壞是形成短路的主要原因。絕緣材料因時間太長而老化、操作過電壓或雷擊過電壓、機械力損傷等，均可導致電氣設備絕緣的損壞。此外，人員的不正確操作，如帶負荷拉刀閘、未拆除接地線就送電等，也是造成短路的重要原因。還有暴風雪、冰雹以及地震等自然災害和動物誤碰，也常常導致短路故障。（2）短路的危害短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設備有很大的危害。在發(fā)生短路時，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時的暫態(tài)過程使短路回路的短路電流值大大增加，可能超過該回路額定電流許多倍；短路發(fā)生時要產(chǎn)生很大的點動力和很高的溫度，使故障元件和短路電路中的其他元件收到損害和破壞，甚至引發(fā)火災事故；短路時保護裝置動作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點越靠近電源停電范圍越大，造成的損失也越大。（3）短路的類型短路故障分為對稱短路和不對稱短路。三相短路是對稱性短路，造成的危害最為嚴重，但發(fā)生三相短路的機會較少。其他種類的短路都屬于不對稱短路，產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設備載流部分的相間絕緣火相對地絕緣損壞。其中單項短路發(fā)生的機會最多，約占短路總數(shù)的70%以上。電力系統(tǒng)中發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小，但一般情況下特別是遠離電源的工廠供電系統(tǒng)中，三相短路等的短路電流最大，因此造成的危害也越大，為了使電力系統(tǒng)的電氣設備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠工作，因此作為選擇和校驗電氣設備的短路計算中，以三相短路計算為主。（4）短路電流計算的目的短路問題是電力技術方面的基本問題之一。為了保證電力系統(tǒng)安全運行，在設計選擇電氣設備時，都要用可能流經(jīng)該設備的最大短路電流進行熱穩(wěn)定校驗和動穩(wěn)定校驗，以保證該設備在運行中能夠經(jīng)受住突發(fā)短路引起的發(fā)熱和電動力的巨大沖擊。同時，為了盡快切斷電源對短路點的供電，繼電保護裝置將自動地使有關斷路器跳閘。繼電保護裝置的整定和斷路器的選擇，也需要準確的短路電流數(shù)據(jù)。 電網(wǎng)的等值電路圖 經(jīng)過求解各個電氣元件的阻抗值，可得該電網(wǎng)的等值電路圖如下所示： 110KV 10KV S . . . 圖21 電網(wǎng)等值電路圖 短路電流計算結(jié)果 三相短路電流計算結(jié)果為校驗各種電氣設備，必須找出可能出現(xiàn)的最嚴重的短路電流。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)在空載線路上且恰好當某一相電壓過零時刻發(fā)生三相短路，在該相中就會出現(xiàn)最為嚴重的短路電流。根據(jù)本變電所電源側(cè)的發(fā)展規(guī)劃，計算出系統(tǒng)最大運行方式下的短路電流，其三相短路電流計算結(jié)果如下表所示： 表21 三相短路電流計算結(jié)果短路地點系統(tǒng)運行方式單臺主變運行時參考值（一次值；單位kA）兩臺主變并列運行時參考值分流值（一次值；單位kA）沖擊電流d1大方式I=小方式I=d2大方式I=小方式I=d3大方式I=小方式I=d4大方式I=I=小方式I=I=兩相短路、兩相短路接地和單相短路，都屬于不對稱短路故障。發(fā)生不對稱短路的機會遠比發(fā)生三相短路的機會多，尤其是單相短路（接地）故障，約占全部短路故障中的70%以上。不對稱短路的計算，一般都采用對稱分量法和正序增廣網(wǎng)絡法。 各電壓等級的最大短路電流均在斷路器一般選型能力（20kA）之內(nèi)，所以不必采用價格昂貴的重型設備或者采取限制短路電流的措施。3 電氣設備的選擇 發(fā)電廠主要電氣設備在發(fā)電廠和變電所中，根據(jù)電能生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和分配等各環(huán)節(jié)的需要，配置了各種電氣設備。根據(jù)它們在運行中所起作用不同，通常將它們分為電氣一次設備和電氣二次設備。直接參與生產(chǎn)、變換、傳輸、分配和消耗電能的設備稱為電氣一次設備。主要有進行電能生產(chǎn)和變換的設備、接通斷開電路的開關電器、限制過電流或過電壓的設備、載流導體及其絕緣設備等。為了保證電氣一次設備的正常運行，對其運行狀態(tài)進行測量、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、保護等的設備稱為電氣二次設備。主要有各種測量表計、繼電保護及其自動裝置、直流電源設備等。不同類別的電氣設備承擔的任務和工作條件各不相同，因此它們的具體選擇方法也不相同。但是，為了保證工作的可靠性及安全性，在選擇它們時的基本條件是相同的，這些設備的任務是保證變電所安全、可靠的供電，即按正常工作條件選擇，按短路條件校驗其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，對于斷路器、熔斷器等還要校驗其開斷電流的能力。并且在此前提下，適當?shù)亓粲性６龋η笤诮?jīng)濟上進行節(jié)約。 斷路器的選擇高壓斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的開關設備，它既可以在正常情況下接通或斷開電路，又可以在系統(tǒng)故障情況下自動地迅速斷開電路，斷開電路時會在斷口處產(chǎn)生電弧，為此斷路器設有專門的滅弧裝置，滅弧能力是斷路器的核心性能。其選擇的好壞，不但直接影響變電所正常狀態(tài)下運行，而且也影響在故障條件下是否能可靠地分析。斷路器的種類很多。按其采用的滅弧介質(zhì)分有油（oil）斷路器，六氟化硫（SF6）斷路器，真空（vacuum）斷路器，以及壓縮空氣斷路器、磁吹斷路器等。按安裝場所又分為戶內(nèi)式和戶外式。其應用最為廣泛的是油斷路器。而油斷路器按其油量多少和油的功能分為多油（highoil content ）少油（lowoil content）兩大類。多油斷路器的油量多，其油一方面作為滅弧介質(zhì)，另一方面又作為相對地（外殼）甚至相與相之間的絕緣介質(zhì)。少油斷路器的油量很少，其油只作為滅弧介質(zhì)，其外殼通常是帶電的。一般35KV及以下的戶內(nèi)配電裝置中現(xiàn)在都采用少油斷路器。斷路器的全型號表示的含義： S─少油式 D─多油式 Z─真空式 G─改進式 L─SF6式 N─戶內(nèi)式W─戶外式斷路器的選擇內(nèi)容包括：（1）選擇型式；（2）選擇額定電壓；（3）選擇額定電流；（4）校驗開端能力；（5）校驗動穩(wěn)定；（6）校驗熱穩(wěn)定。其斷路器的選擇如下表所示： 表31 斷路器選擇結(jié)果設備選型計算數(shù)據(jù)技術數(shù)據(jù)UN（kV）Igmax（A）Qk（kA2s）UN（kV）IN（A）（kA2s）LW4110/100011011010001024ZN1010I/6301010630512 隔離開關的選擇隔離開關俗稱刀閘，它主要是隔離高壓電源，以保證其他設備和線路的安全檢修其結(jié)構(gòu)特點斷開后有明顯可見的斷開間隙，而且斷開間隙的絕緣及相間絕緣都是足夠可靠的，能充分保障人身和設備的安全。但是隔離開關沒有專門的滅弧裝置因此它不允許帶負荷操作。然而可通斷一定的小電流。隔離開關按安裝地點，分戶內(nèi)式和戶外式兩大類。隔離開關沒有滅弧裝置，故無開斷電流技術數(shù)據(jù)。隔離開關的用途有以下幾個方面：(1)隔離電壓。在檢修電氣設備時，將隔離開關打開，形成明顯可見的斷點，使帶電部分與被檢修部分隔開，以確保檢修安全。（2）可接通或斷開很小的電流。如電壓互感器回路，勵磁電流不超過2A的空載變壓器回路及電容電流不超過5A的空載線路等。（3）可與斷路器配合或單獨完成倒閘操作。隔離開關的型號表示的含義： W─戶外式 N─戶內(nèi)式 D─帶接地刀閘式 G─改進式隔離開關的選擇方法可參照斷路器，其內(nèi)容包括：（1）選擇型式；（2）選擇額定電壓；（3）選擇額定電流；（4）校驗動穩(wěn)定；（5）校驗熱穩(wěn)定。隔離開關的選擇如下表：表32 隔離開關選擇結(jié)果電壓等級型號額定電壓（KV）額定電流（A）動穩(wěn)定電流（KA）熱穩(wěn)定電流（KA）110kVGW7110D1106005514（5）10kVGN610T104005214（5） 互感器的選擇互感器既是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡元件，同時也是隔離元件?；ジ衅骺煞譃殡娏骰ジ衅骱碗妷夯ジ衅?，它們既是電力系統(tǒng)中一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡元件，同時也是隔離元件。它們將一次系統(tǒng)的高電壓、大電流，轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷?、小電流，供測量、監(jiān)視、控制及繼電保護使用?；ジ衅鞯木唧w作用是：（1）將一次系統(tǒng)各級電壓均變成100V（或?qū)Φ?00V/）以下的低電壓，將一次系統(tǒng)各回路電流均變成5A（或1A、）以下的小電流，以便于測量儀表及繼電器的小型化、系統(tǒng)化、標準化。（2）將一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)在電氣方面隔離，同時互感器二次側(cè)必須有一點可靠接地，從而保證了二次設備及人員的安全。為使電力系統(tǒng)正常運行并保證電能質(zhì)量，且在短路后迅速將故障元件切除不致使故障范圍擴大，必須通過二次設備以實現(xiàn)測量、控制、監(jiān)察及保護，二次設備的輸入信號由互感器取得，互感器在主接線中的配置，總是與一次設備運行要求及主接線形式有關。無論是電壓互感器還是電流互感器，都要求二次側(cè)有一點可靠接地，以防止萬一互感器絕緣損壞，高電壓會竄入二次回路危及二次設備和人身的安全。 電流互感器的選擇電流互感器包括一次繞組，二次繞組及鐵芯，一次繞組線徑較細而匝數(shù)很少，二次繞組則較細很多，一次繞組串聯(lián)接入一次電路，通過一次繞組的電流，只取決于一次回路負載的多少與性質(zhì)，而與二次側(cè)負載無關，而其二次電流在理想情況下僅取決于一次電流。正常工作時，電流互感器二次側(cè)接近于短路狀態(tài)。在所有支路均應按測量及繼電保護要求，裝設相應的電流互感器。在發(fā)電機、主變壓器、大型廠用變壓器和110kV及以上大接地電流系統(tǒng)各回路中，一般應三相均裝設電流互感器，而對于非主要回路一般僅在A、C兩相上安裝。一般采用雙鐵芯或多鐵芯的電流互感器，可分別供給測量和保護使用。有些35kV及以上等級斷路器兩側(cè)套管內(nèi)裝有電流互感器，就不必另外裝設了。選擇電流互感器時，首先要根據(jù)裝設地點、用途等具體條件確定互感器的結(jié)構(gòu)類型、準確等級、額定電流比K；其次要根據(jù)互感器的額定容量和二次負荷計算二次回路連接導線的截面積；最后校驗其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。電流互感器的型號的表示和含義： L─電流互感器 A─穿墻式 C─瓷絕緣或瓷箱串級式 D、P─差動保護用 W─戶外型或防污型 J─加大容量 B─保護用或防爆型 F─復匝式 M─母線型 Z─澆注絕緣式電流互感器的選擇如下表： 表33 電流互感器選擇結(jié)果安裝地點（母線）型號額定電流比1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動穩(wěn)定倍數(shù)110kVLCWD1101000/57513010kVLBJ10300/5100180 電壓互感器的選擇電壓互感器（又稱PT）是將高電壓變成低電壓的設備，分為電磁式電壓互感器和電容分壓式互感器兩種。電壓互感器的配置原則為工作母線和備用母線都應裝一組三繞組電壓互感器，母線如分段應在各分段上安裝一組三繞組電壓互感器。3~35kV電壓互感器高壓側(cè)一般經(jīng)隔離開關和高壓熔斷器接入高壓電網(wǎng)，低壓側(cè)也應裝低壓熔斷器。110kV及以上的電壓互感器可直接經(jīng)由隔離開關接入電網(wǎng)，不裝高壓熔斷器。380kV的電壓互感器可經(jīng)熔斷器直接接入電網(wǎng)，而不用隔離開關。工作母線和備用母線都應裝設一組三繞組電壓互感器，而旁路母線可不裝。母線如分段應在各分段上各裝一相三繞組電壓互感器。35kV以上無電源使不裝，有電源時，可裝一臺單相雙繞組或單相三繞組電壓互感器。110kV及以上線路，為了節(jié)約投資和占地，載波通信和電壓測量課公用耦合電容，故一般選擇電壓電容分壓式電壓互感器。電壓互感器的選擇內(nèi)容包括：根據(jù)安裝地點和用途，確定電壓互感器的結(jié)構(gòu)類型、接線方式和準確級；確定額定電壓比；計算電壓互感器的二次負荷，使其不超過相應準確度的額定容量。電壓互感器的型號的表示和含義： J、Y─電壓互感器 D─單相 S─三相 W─五柱三繞組 R─電容型 G─干式 Z─環(huán)氧澆注絕緣 F─測量和保護二次繞組分開 電壓互感器的選擇如下表：表34 電壓互感器選擇結(jié)果安裝地點型號一次線圈二次線圈輔助線圈最大容量（VA）重量（kg）110kV母線YDR110100/1200