【正文】 制短路電流的方式設計繼電保護裝置和分析電力系統(tǒng)的故障等選擇電氣設備時一般只需近似計算該設備的最大可能三相短路電流值設計繼電保護和分析電力系統(tǒng)故障時必須計算各種短路情況下系統(tǒng)各支路中的電流和各點的電壓 考慮到現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實際情況要進行極準確的短路計算非常復雜的同時對決大部 分實際問題并不需要十分精確的計算結果為了使計算簡化多采用近似計算方法這種方法是建立在一系列假定的基礎上的并且使計算結果稍微偏大一點一般誤差為 1015 計算短路電流的基本假設如下 ①認為在短路過程中所以發(fā)電機的轉速相同電勢相位相同即發(fā)電機無搖擺現(xiàn)象 ②不考慮磁系統(tǒng)的飽和因此可以認為短路回路各元件的感抗為常數(shù)這將使短路電流的計算分析大大簡化并可應用重疊原理 變壓器的勵磁電流略去不計 所有元件的電容略去不計 認為三相系統(tǒng)是對稱的 元件的電阻一般忽略不計以簡化計算對電壓為 1KV 以上的高壓裝置這種假設是合理的因為這些 裝置中各元件的電阻比它們的電抗小的多對短路電流周期分量的計算影響小只有當回路中電阻很大時才考慮例如很長的架空線路和電纜線路一般當短路回路中總電阻 R∑大于總電抗的三分之一時在計算周期分量時才考慮電阻在計算短路電流周期分量時為了確定衰減時間常數(shù)要考慮個元件的電阻計算電壓為 1KV 一下低壓裝置總的短路時因為元件的電阻較大除了考慮電抗之外還必須計算電阻 三短路電流的計算程序 在進行短路電流計算時應該根據(jù)計算要求收集有關資料如電力系統(tǒng)接線圖運行方式和各元件的技術參數(shù)等首先做出計算電路圖再做出針對各短路點的等值電路圖然后 利用網(wǎng)絡簡化規(guī)則化簡等值電路求出短路總電抗最后根據(jù)總電抗即可求出短路電流值下面分別討論計算電路圖等制電路圖以及短路總電抗的決定 1 計算電路圖 計算短路電流用的計算電路圖是一種簡化了的單線圖圖中只需要畫出與計算短路電流有關的元件以及它們之間的連接并在各元件旁注明它們的參數(shù)為了計算方便圖中按順序編號計算電路圖中各元件的接線方式應根據(jù)電氣裝置的運行方式和計算短路電流的目的決定 設計繼電保護裝置時要計算電氣裝置或整個電力系統(tǒng)在不同運行方式時的短路電流這些都應在計算電路圖中反映出來 短路時同步補償機和同步電機也向短路 點共給短路電流在計算電路圖中應把它看作附加的電源在距離較遠和同步電動機的總功率在 1000KVA 以下時對短路電流影響較小可不予考慮計算電路圖中可能有幾個用變壓器聯(lián)系起來的電級在使用計算中為了計算方便各電壓級均用與之相應的平均額定電壓代替并注明在計算電路圖中母線上平均額定電壓見下表 額定電壓 KV 500 330 220 110 60 35 15 13 10 6 平 均 電 壓 KV 525 346 230 115 63 37 1575 138 105 63 2 等值電路圖 由于短路電流是對各短路點分別進行計算的所以等 值電路圖必須按照指定的各短路點參照計算電路圖分別做出等值電路中各元件用它的等值電抗標么值表示并注明元件的順序編號橫線下表示電抗標么值 在畫某一短路點的等值電路圖時只需表示該點短路時短路電流所通過的元件的電抗 3 短路回路總電抗的計算 先求出各元件的電抗再算出該元件的平均額定電壓的標么值根據(jù)所求得的各元件電抗標么值便可做出等值電路圖利用網(wǎng)絡化簡規(guī)則求出總電抗的標么值 第二節(jié) 短路計算說明 因為短路計算主要用于設備的選擇及校驗因此選擇三相對稱短路作為分析計算本變電站設計分兩種情況進行分析計論一 10KV 母線上的 母聯(lián)斷路器合閘運行二 10KV 母線上的母聯(lián)斷路器分閘運行以下分別進行討論分析 一 10KV 母線的母聯(lián)斷路器合閘運行 1 計算電路圖如下 選擇 k1k2k3 作為短路點分析計算計算各元件的標么值 Sb 100MVAUb Uav 由原始材料已知可得 X1 0094 X4 01199 變壓器的標么值計算 X31 X21 0125 X32 X22 00083 X33 X23 00667 同步調(diào)相機的電抗標么值計算 2K3 點短路分析 1K3 點發(fā)生短路時其等值電路圖如下 圖一中 AB 為等電位點所以經(jīng)變換 得圖二 圖 二 經(jīng)化簡得 根據(jù)圖三可求出短路回路總的電抗標么值 X∑ 00853 根據(jù)圖三算出 當 K3 點發(fā)生短路時流過兩個變壓器低壓側出線的短路電流及兩個同步調(diào)相機出線的短路電流分別為 短路容量 短路沖擊電流 根據(jù)主變 12 低壓側 10KV 出口斷路器的額定開斷電流容量考慮在低壓側10KV 出口斷路器前串聯(lián)一個電抗器其型號選擇如下 最大負荷電流的計算 由原始資料科知 10KV側 4回每回出線最大輸送容量 2MVA站用電容量按站用電變壓器容量考慮 630 2KVA 同步調(diào)相機額定電流為 788A ∴ 最大負荷電流 ∴ 所選擇限流電抗的額定電壓為 10KV 額定電流為 3000A 電抗器百分電抗值的選擇 變壓器 10KV 出口短路器容量按 750MVA 考慮 ∴ X∑ 016 ∴ 電抗器電抗標么值 ∴選型為 NKL10300012 的水泥柱式電抗器所選限流電抗基準標么值為 加入限流電抗器后等值電路為 根據(jù)圖 四 化簡可得 短路沖擊電流和短路容量 短路全電流最大有效值 ③電抗器校驗 a 動穩(wěn)定校驗該電抗器動穩(wěn)定電流為 1001KA大于三相沖短路擊電流 9249KA故動穩(wěn)定合格 b 校驗短路時母線的殘余電壓 合格 c 校驗正常運行時電壓損耗 合格 根據(jù)圖五可得 ∴ 故加入限流電抗器后 K3點短路時兩變壓器低壓側 10KV出線與兩同步調(diào)相機出線的電流分別為 變壓器低壓側 10KV 出線上的短路沖擊電流為 34267KA 同步調(diào)相機出線 的短路沖擊電流為 11976KA 則出口斷路器能夠滿足要求 3K1 點短路分析 等值電路圖如下 化簡可得 繼續(xù)化簡可得 4K2 點短路分析 K2 點短路時等值電路圖如下 經(jīng)化簡可得 ∴ ∴ 5 短路計算成果表 短路點 基準電壓 KV 基準電流 KA 短路沖擊電流 KA 短路電 流 KA 短路容量 MVA 短路全電流最大有效值 KA 公式 K1 230 0251 10748 4251 1643235 6365 K2 115 0502 2088 819 163125 12367 K3 105 5499 9249 36269 65959 54766 二． 10KV 母線的母聯(lián)斷路器分閘運行 1 計算電路圖如下 10KV 母線分段運行在此選 K1 點為短路計算點分析討論 2 等值電路圖及化簡 見附錄Ⅰ 總電抗的標么值 ∴ 短路電流的標么值 ∴ 又∵ 前面分析中設置了限流電抗器 ∴ 在分段運行時 10KV 母線上發(fā)生三相對稱短路時的短路電流為 ∴ ∵ 在兩臺主變壓器低壓側 10KV 出線上都串有一臺限流電抗器 ∴ 10KV母線上發(fā)生三相短路電流應該小于 21143KA根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析 10KV母線上可以分段運行 第三章 導體和電器的選擇設計 第一節(jié) 總則 一一般規(guī)定 導體和電器的選擇設計同樣必須執(zhí)行國家的有關技術政策并應做到技術先進經(jīng)濟合理安全可靠運行方便和適當?shù)牧粲杏嗟匾詽M足電力系統(tǒng)安全運行的需要對導體和電器選擇設 計規(guī)定簡述如下 1 一般原則 應滿足正常行檢修短路和過電壓情況下的要求并考慮遠景發(fā)展 應按當?shù)丨h(huán)境條件檢驗 應與整個工程的建設標準協(xié)調(diào)一致盡量使新老電器型號一致 選擇導線時應盡量減少品種 選用新產(chǎn)品應積極慎重新產(chǎn)品應有可靠試驗數(shù)據(jù)并經(jīng)主管部門鑒定 合格 2 有關的幾項規(guī)定 導體和電器應按正常運行情況選擇按短路條件驗算其動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定并按環(huán)境條件校核電器的基本使用條件 在正常運行條件下各回路的持續(xù)工作電流應按有關規(guī)定進行計算 驗算導體和電器用的短路電流按下列情況進行計算 ①除計算短路電流的衰減時間常 數(shù)和低壓網(wǎng)絡的短路電流外元件的電阻 都略去不計 ②在電氣連接的網(wǎng)絡中應考慮具有反饋作用的異步電動機的影響和電容 補償裝置放電電流的影響 ③在變電所中應考慮如果安有同步調(diào)相機時應將其視作附加電源短 路電流的計算方法與發(fā)電機相同 ④對不帶電抗器回路的計算短路點應選擇在正常接線方式時短路電流為 最大的地點對帶電抗器的 610KV 出線的計算點除其母線隔離開關 前的引線和套管應選擇在電抗器前外其余導線和電器宜選擇在電抗器 之后 驗算導體和 110KV 以下電纜短路熱穩(wěn)定時所用的計算時間一般用主 保護的動作時間加相應在的斷 路器全分閘時間如主保護有死區(qū)時則采 用能對該處死區(qū)起作用的后備保護動作時間并采用相應處的短路電流 值電器和 110KV 及以上充油電纜和短路電流計算時是一般須用后備保 護動作時間加相應的短路器全分閘時間 導體和電器的動穩(wěn)定熱穩(wěn)定以及電器開斷電流可按三相短路驗算若 發(fā)機出口兩相短路或中性點直接接地系統(tǒng)自耦變壓器等回路中的單相 兩相接地短路較三相短路嚴重時則應按嚴重情況驗算 環(huán)境條件選擇導體和電路時應按當?shù)丨h(huán)境條件校核當氣溫風速 濕度污穢海拔覆冰等環(huán)境條件超出一般電器的基本使用條件時應通過經(jīng)濟技術比較分別采取下 列措施 ①向制造部門提出補充要求訂制符合該環(huán)境條件的產(chǎn)品 ②在設計或運行中采取相應的防護措施如采用屋內(nèi)配電裝置水沖洗 減震器等 二按額定電壓選擇的要求是 要求設備的額定電壓不低于設備安裝地點的電網(wǎng)的額定電壓由于線路 供電端額定電壓比受電端額定電壓高 105 因此設備必須能夠長期承受這個電壓值電器能夠長期承受的最高電壓稱為最高工作電壓對 220KV 及以下設備其最高工作電壓額定電壓高 15330 及 500KV 設備的最高工作電壓比額定工作電壓高 10 由此可知只要設備的額定電壓不小于該處電網(wǎng)的額定電壓其最高工作電壓不小于該處 電網(wǎng)的額定電壓其最高工作電壓一定能滿足電網(wǎng)首端電壓要求 三按額定電流選擇的要求是 設備的額定電流不小于流過設備的最大長期負荷電流當周圍介質的溫度不等于規(guī)定值時設備的容許電流應進行修正 四短路熱穩(wěn)定校驗的要求是 導體的最高短時溫度不大于短時允許最高溫度對于電器來說是短路電流熱脈沖不大于電器允許的熱脈沖 t是 t秒鐘的熱穩(wěn)定電流和 t值可由電器的銘牌或手冊中查出 五校驗動穩(wěn)定校驗的要求是 對導體 母線 來說其中通過三相短路沖擊電流時產(chǎn)生的應力不小大于材料的允許應力對于電器來說是通過它的三相短路沖擊電流不大于它的最大允 許動穩(wěn)定電流 第二節(jié) 母線的選擇設計 一、母線材料的選擇 配電裝置中所用母線材料有銅鋁鋼三種銅的電阻率低機械強度大抗腐蝕性強但銅的貯量少價格貴一般不建議采用只在空氣中有腐蝕性氣體的戶外配電裝置中才用鋁的電阻率較高較易腐蝕但貯量多價格便宜廣泛用作配電裝置中的母線鋼的電阻率更大還有很大的磁滯損耗和渦流損耗但它的優(yōu)點是機械強度高和價格便宜通常用于高壓小容量電路工作電流不大于 300400A 的低壓電路以及直流路中本設計中的母線均選鋁質材料 二、母線截面形狀選擇 要求母線的截面形狀應使集膚效應小散熱良好機械強度高安裝 簡單和連接方便實際上常采用的母線截面形狀有圓形矩形 單條雙條三條的 管形雙槽形等 圓形母線只適用于小功率的電氣裝置中矩形母線常用于 35KV 及以下的戶內(nèi)配電裝置中為了增大散熱面面積減小集膚效應應兼顧機械強度矩形母線的邊比通常是 112115 為避免集膚效應過大單條母線的截面積不應大于 10001200 ㎜ 2當單條矩形的最大容許電流不滿足要求時可采用兩條矩形母線條間的距離一般取為一條母線的厚度以保證散熱良好當工作電流更大時可采用三條矩形母線當每相有三條矩形母線時中間一條中的電流占總電流的 20 兩邊的每條占總電流的40 可見 母線材料的利用率低通常不宜采用每相有四條以上的矩形母線 在工作電流很大的裝置中可采用雙槽形母線和管形母線雙槽形母線集膚效應較小散熱面大機械強度高適用于工作電流很大 40008000A 短路電流也較 150kA 及以上 大的場合管形母線的機械強度大但內(nèi)表面的散熱條件差如果管內(nèi)采用通風冷卻或通水冷卻其載流能力可較普通母線提高幾倍或幾十倍管形母線多用作絕緣封閉水內(nèi)冷母線作為巨大容量發(fā)電機的連接線硬管及軟管母線也可用于戶外高壓配電裝置中本設計中 220KV110KV母線形狀選管型 10KV母線選矩形母線 三、 220KV 母 線選擇 根據(jù)本變電站的設計資料知道 220KV 母線上所有負荷出線容