【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(dǎo)體未通過任何負(fù)荷而直接與另一相導(dǎo)體或“地”相碰觸。電網(wǎng)正常運(yùn)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(shè)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(jī)械力損傷等，均可導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣的損壞。此外，人員的不正確操作，如帶負(fù)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(fēng)雪、冰雹以及地震等自然災(zāi)害和動物誤碰，也常常導(dǎo)致短路故障。（2）短路的危害短路對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和電氣設(shè)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(diǎn)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(zāi)事故；短路時保護(hù)裝置動作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點(diǎn)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(yán)重，但發(fā)生三相短路的機(jī)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(shè)備載流部分的相間絕緣火相對地絕緣損壞。其中單項(xiàng)短路發(fā)生的機(jī)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(yuǎn)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(shè)備在最嚴(yán)重的短路狀態(tài)下也能可靠工作，因此作為選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備的短路計(jì)算中，以三相短路計(jì)算為主。（4）短路電流計(jì)算的目的短路問題是電力技術(shù)方面的基本問題之一。為了保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，在設(shè)計(jì)選擇電氣設(shè)備時，都要用可能流經(jīng)該設(shè)備的最大短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)和動穩(wěn)定校驗(yàn)，以保證該設(shè)備在運(yùn)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(diǎn)的供電，繼電保護(hù)裝置將自動地使有關(guān)斷路器跳閘。繼電保護(hù)裝置的整定和斷路器的選擇，也需要準(zhǔn)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(jì)算結(jié)果 三相短路電流計(jì)算結(jié)果為校驗(yàn)各種電氣設(shè)備，必須找出可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重的短路電流。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)在空載線路上且恰好當(dāng)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(yán)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(jì)算出系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的短路電流，其三相短路電流計(jì)算結(jié)果如下表所示： 表21 三相短路電流計(jì)算結(jié)果短路地點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行方式單臺主變運(yùn)行時參考值（一次值；單位kA）兩臺主變并列運(yùn)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(jī)會遠(yuǎn)比發(fā)生三相短路的機(jī)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(jì)算，一般都采用對稱分量法和正序增廣網(wǎng)絡(luò)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(shè)備或者采取限制短路電流的措施。3 電氣設(shè)備的選擇 發(fā)電廠主要電氣設(shè)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(shè)備。根據(jù)它們在運(yùn)行中所起作用不同，通常將它們分為電氣一次設(shè)備和電氣二次設(shè)備。直接參與生產(chǎn)、變換、傳輸、分配和消耗電能的設(shè)備稱為電氣一次設(shè)備。主要有進(jìn)行電能生產(chǎn)和變換的設(shè)備、接通斷開電路的開關(guān)電器、限制過電流或過電壓的設(shè)備、載流導(dǎo)體及其絕緣設(shè)備等。為了保證電氣一次設(shè)備的正常運(yùn)行，對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行測量、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)等的設(shè)備稱為電氣二次設(shè)備。主要有各種測量表計(jì)、繼電保護(hù)及其自動裝置、直流電源設(shè)備等。不同類別的電氣設(shè)備承擔(dān)的任務(wù)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(shè)備的任務(wù)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(yàn)其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，對于斷路器、熔斷器等還要校驗(yàn)其開斷電流的能力。并且在此前提下，適當(dāng)?shù)亓粲性６?，力求在?jīng)濟(jì)上進(jìn)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(guān)設(shè)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(shè)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(yùn)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(yīng)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(jìn)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(yàn)開端能力；（5）校驗(yàn)動穩(wěn)定；（6）校驗(yàn)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(shè)備選型計(jì)算數(shù)據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)UN（kV）Igmax（A）Qk（kA2s）UN（kV）IN（A）（kA2s）LW4110/100011011010001024ZN1010I/6301010630512 隔離開關(guān)的選擇隔離開關(guān)俗稱刀閘，它主要是隔離高壓電源，以保證其他設(shè)備和線路的安全檢修其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(shè)備的安全。但是隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置因此它不允許帶負(fù)荷操作。然而可通斷一定的小電流。隔離開關(guān)按安裝地點(diǎn)，分戶內(nèi)式和戶外式兩大類。隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，故無開斷電流技術(shù)數(shù)據(jù)。隔離開關(guān)的用途有以下幾個方面：(1)隔離電壓。在檢修電氣設(shè)備時，將隔離開關(guān)打開，形成明顯可見的斷點(diǎn)，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(dú)完成倒閘操作。隔離開關(guān)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(jìn)式隔離開關(guān)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(yàn)動穩(wěn)定；（5）校驗(yàn)熱穩(wěn)定。隔離開關(guān)的選擇如下表：表32 隔離開關(guān)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(luò)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鳎鼈兗仁请娏ο到y(tǒng)中一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)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)榈碗妷骸⑿‰娏?，供測量、監(jiān)視、控制及繼電保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)可靠接地，從而保證了二次設(shè)備及人員的安全。為使電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(kuò)大，必須通過二次設(shè)備以實(shí)現(xiàn)測量、控制、監(jiān)察及保護(hù)，二次設(shè)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(shè)備運(yùn)行要求及主接線形式有關(guān)。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(diǎn)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(shè)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(xì)而匝數(shù)很少，二次繞組則較細(xì)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(fù)載的多少與性質(zhì)，而與二次側(cè)負(fù)載無關(guān)，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(yīng)按測量及繼電保護(hù)要求，裝設(shè)相應(yīng)的電流互感器。在發(fā)電機(jī)、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(yīng)三相均裝設(shè)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(hù)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(shè)了。選擇電流互感器時，首先要根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)、用途等具體條件確定互感器的結(jié)構(gòu)類型、準(zhǔn)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(fù)荷計(jì)算二次回路連接導(dǎo)線的截面積；最后校驗(yàn)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(hù)用 W─戶外型或防污型 J─加大容量 B─保護(hù)用或防爆型 F─復(fù)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(diǎn)（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(shè)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(yīng)裝一組三繞組電壓互感器，母線如分段應(yīng)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(guān)和高壓熔斷器接入高壓電網(wǎng)，低壓側(cè)也應(yīng)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(guān)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(guān)。工作母線和備用母線都應(yīng)裝設(shè)一組三繞組電壓互感器，而旁路母線可不裝。母線如分段應(yīng)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(diǎn)和用途，確定電壓互感器的結(jié)構(gòu)類型、接線方式和準(zhǔn)確級；確定額定電壓比；計(jì)算電壓互感器的二次負(fù)荷，使其不超過相應(yīng)準(zhǔn)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(hù)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(diǎn)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