【正文】 4 第二章 短路電流計(jì)算 第一節(jié) 概述 13 短路是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重的故障，他能破壞對(duì)用戶的正常 供電 和電氣設(shè)備正常工作，因此變電所電氣部分 的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，都必須靠到可能發(fā)生的各種故障情況，本設(shè)計(jì)以三相對(duì)稱 短路情況作為分析計(jì)算 一、 短路的危害 電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)，電壓嚴(yán)重下降，可能破壞各電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使整個(gè)系統(tǒng)被解列成 為幾個(gè) 異步運(yùn)行的部分 ，這時(shí)某些發(fā)電廠 可能過(guò)負(fù)荷，因而使頻率下降，供電頻率下降導(dǎo)致包括鍋爐 給水 的水泵電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的所有異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，鍋爐打不進(jìn)水，發(fā)電廠出力也進(jìn)一 步 下降，直至無(wú)法運(yùn)行。為了保證發(fā)電廠的運(yùn)行，不 得 不切除一部分負(fù)荷 。短路時(shí)電壓下降的越大持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，破壞整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性越大。 為了保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，減輕短路的影響，必須努力設(shè)法消除可能引起短路的隱患，還必須快速切除 故障部分，使系統(tǒng)電壓在較短時(shí)間 內(nèi)恢復(fù)到正常值，為此，可采用快速動(dòng)作的繼電保護(hù)和斷電器，在發(fā)電廠 應(yīng)裝設(shè)自動(dòng)電壓調(diào)整器，還可以采用限制短路電流的措施，如裝設(shè)電抗器 . 二、 短路計(jì)算的基本假設(shè) 計(jì)算短路電流的目的是為了在電器裝置的設(shè)計(jì)中用來(lái)選擇電氣設(shè)備、 選擇限制短路電流的方式 、設(shè)計(jì)繼電保 護(hù)裝置和分析電力系統(tǒng)的故障等 ,選擇 電氣設(shè)備時(shí)，一般只需 近似計(jì)算該設(shè)備的最大可能三相短路電流值，設(shè)計(jì)繼電保護(hù) 和分析電力系統(tǒng)故障時(shí) ,必須計(jì)算各種短路情況下系統(tǒng)各 支路 中的電流和各點(diǎn)的電壓 。 考慮到現(xiàn) 代電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，要進(jìn)行極準(zhǔn)確的短路計(jì)算非常復(fù)雜的，同時(shí)對(duì)決大部分實(shí)際問(wèn)題，并不需要十分精確的計(jì)算結(jié)果，為了使計(jì)算 簡(jiǎn)化 ,多采用近似計(jì)算方法。這種方法是建立在一系列假定的基礎(chǔ)上的，并且使計(jì)算結(jié)果稍微偏大一點(diǎn) ,一般誤差為 1015%,計(jì)算短路電流的基本假設(shè)如下： ① 認(rèn)為在短路過(guò)程中，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，電 勢(shì)相位相同， 即發(fā)電機(jī) 無(wú)搖擺現(xiàn)象。 ② 不考慮磁系統(tǒng)的飽和，因此可以認(rèn)為短路回路 各元件的感抗為常數(shù)，這將使短路電流的計(jì)算分析大大簡(jiǎn)化，并可應(yīng)用重疊原理。 ③ 變壓器的勵(lì)磁電流略去不計(jì)。 ④ 所有 元件的電容略去不計(jì)。 ⑤ 認(rèn)為三相系統(tǒng)是對(duì)稱的 . ⑥ 元件的電阻一般忽略不計(jì)，以簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)電壓為 1KV 以上的高壓裝置，這種假設(shè)是合理的，因?yàn)檫@些裝置中，各元件的電阻比它們的電抗小的多，對(duì)短路 14 電流周期分量的計(jì)算影響小 ,只有當(dāng)回路中電阻很大時(shí)才考慮，例如很長(zhǎng)的架空線路和電纜線 路，一般當(dāng)短路回路中總電阻 R∑ 大于總電抗的三分之一 時(shí)，在計(jì)算周期分量時(shí)才 考慮電阻，在計(jì)算短路電流周期分量時(shí)，為了確定衰減時(shí)間常數(shù)要考慮個(gè)元件的電阻，計(jì)算電壓為 1KV 一下低壓裝置總的短路時(shí)因?yàn)樵碾娮栎^大，除了考慮電抗之外，還必須計(jì)算電阻 . 三 、 短路電流的計(jì)算程序 在進(jìn)行短路電流計(jì)算時(shí)，應(yīng)該根據(jù)計(jì)算要求收集 有關(guān)資料，如電力系統(tǒng)接線圖，運(yùn)行方式和各元件的技術(shù)參數(shù)等，首先做 出計(jì)算電路圖，再 做出 針對(duì)各短路點(diǎn)的等值電路圖，然后利用網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化規(guī)則 ，化簡(jiǎn)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(jì)算電路圖，等制電路圖以及短路總電抗的決定。 計(jì)算電路圖 計(jì)算短 路電流用的計(jì)算電路圖是一種簡(jiǎn)化了的單線圖，圖中只 需要畫(huà)出與計(jì)算短路電流有關(guān)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(jì)算方便 ,圖中 按順序編號(hào)，計(jì)算電路圖中各元件的接線方式，應(yīng)根據(jù)電氣裝置的運(yùn)行方式和計(jì)算短路電流的 目的 決定。 設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置時(shí)，要計(jì)算電氣裝置或整個(gè)電力系統(tǒng)在不同運(yùn)行方式時(shí)的短路電流，這些都應(yīng)在計(jì)算電路圖中反映出來(lái)。 短路時(shí) ， 同步 補(bǔ)償機(jī)和同步電機(jī)也向短 路點(diǎn)共給短路電流，在計(jì)算電路圖中應(yīng)把它看作附加的電源，在距離較遠(yuǎn) 和同步電動(dòng)機(jī)的總功率在 1000KVA 以下時(shí)，對(duì)短路電流影響較小， 可不予考慮，計(jì)算電路圖 中可能有幾個(gè)用變壓器聯(lián)系起來(lái)的電級(jí)，在使用計(jì)算中，為了計(jì)算方便 ,各電壓級(jí)均用與之相 應(yīng)的平均額 定電壓代替，并注明在計(jì)算電路圖中母線上，平均額定電壓見(jiàn)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 等值電路圖 由于短路電流是對(duì)各短路點(diǎn)分別進(jìn)行計(jì)算的，所以等值電路圖必須按照指定的各短路點(diǎn)參照計(jì)算電路圖分別 做出 ，等值電路中各元件用它的等值電 抗標(biāo)么值表示 ,并注明元 件的順序編號(hào)，橫線下表示電抗標(biāo)么值。 在 畫(huà) 某一短路點(diǎn)的等值電路圖時(shí)，只需表示該點(diǎn)短路時(shí)短路電流所通過(guò)的元件的電抗。 短路回路總電抗的計(jì)算 15 先求出各元件的電抗，再算出該 元件的平均額定電壓的標(biāo)么值，根據(jù)所求得的各元件電抗標(biāo)么值便可做出 等值電路圖，利用網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)規(guī)則求出總電抗的標(biāo)么值。 第二 節(jié) 短路計(jì)算說(shuō)明 因?yàn)?短路計(jì)算主要用于設(shè)備的選擇及校驗(yàn)，因此 選 擇三相對(duì)稱短路作為分析計(jì)算，本變電站設(shè)計(jì)分兩種情況進(jìn)行分析計(jì)論 ：一、 10KV 母線上的母聯(lián)斷 路器合閘運(yùn) 行 。二、10KV 母線上的母聯(lián)斷路器分閘運(yùn)行。以下分別進(jìn)行討論分析。 一 、 10KV 母線 的母聯(lián)斷路器合閘運(yùn)行 ： 16 選擇 k1,k2,k3 作為短路點(diǎn)分析計(jì)算。計(jì)算各元件的標(biāo)么值，（ Sb=100MVA。 Ub=Uav）由原始材料已知可得 X1*= X4*= 變壓器的標(biāo)么值計(jì)算 : 2 1 * 1 2 1 3 2 32 2 * 1 2 2 3 1 32 3 * 2 3 1 3 1 21 1 100( % % % ) ( 14 23 7 ) 52 200 1201 1 100( % % % ) ( 14 7 23 ) 832 200 1201 1 100( % % % ) ( 7 23 14) 672 200 120? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?bebebeSX U U USSX U U USSX U U US X31=X21= X32=X22= X33=X23= 同步調(diào)相機(jī)的電 抗標(biāo)么值計(jì)算： 225*5 * 6 *16 100 11X = ( ) ( ) 707100 100 15 10. 5d b NNbX S USUXX? ? ? ? ? ?? ? ? 17 K3點(diǎn)短路分析 （ 1） K3點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)其等值電路圖如下： 圖一 中 A， B 為等 電位點(diǎn)，所以經(jīng)變換得圖二 圖 (二 )經(jīng) 化 簡(jiǎn)得 : 18 2 1* 3 1*7*2 1* 3 1*2 2* 3 2*8*3 2* 2 2*2 3* 3 3*9*2 2* 3 3*5* 6*10*6* 6X .X 5 5X = 25X +X 5+ 5X .X 83 ( 83)X = 42X +X 83 83X .X 67 67X = 34X +X 67 67X .XX=X +X????? ? ?????* 07 07??? 根據(jù)圖三可求出短路回路總的電抗標(biāo)么值： X∑ *= ( 3 )K 3 **11I = 1 1 . 7 2 3 3X 0 . 0 8 5 3?? ? ? ( 3 ) ( 3 ) bK 3 K 3 * avS 100I I 1 1 . 7 2 3 3 6 4 . 4 6 3 33 U 3 1 0 . 5 KA? ? ? ? ? ?? 根據(jù)圖三算出 : ( 3 )9 K 30 . 5 8 5 4I I 5 5 . 0 6 6 1 A0 . 5 8 5 4 0 . 0 9 9 9? ? ? ??? ( 3 )9 K 30 . 0 9 9 9I I 9 . 3 9 7 2 A0 . 5 8 5 4 0 . 0 9 9 9? ? ? ??? 當(dāng) K3 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)， 流過(guò)兩個(gè)變壓器低壓側(cè)出線的短路電流及兩個(gè)同步調(diào) 相機(jī)出線的短路電流分別為： 9 1 02 3 3 3 5 6III = I = = 2 7 . 5 3 3 K A I = I = = 4 .6 9 8 6 K A22 短路容量 : k a vS 3 U 3 6 4 .4 6 3 3 1 0 .5 1 1 7 2 .3 3 M V A?? ???? ? ? ? ? ? 短路沖擊電流 : ( 3 )im p K 3i 2. 55 I 2. 55 64 .4 63 3 16 4. 38 K A? ? ? ? 根據(jù)主變 1， 2低壓側(cè) 10KV 出口斷路器的額定開(kāi)斷電流 容量 ,考慮在低壓側(cè) 10KV出口斷路器前串聯(lián)一個(gè) 電抗器，其型號(hào)選擇如下： ① 最大負(fù)荷電流的計(jì)算 由原始資料科知 10KV 側(cè) 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(jī)額定電流為 788A. ∴ 最大負(fù)荷電流：L m a x 8 . 6 3I 1 0 0 . 7 8 8 2 2 . 0 4 7 k A3? ? ? ? ? 19 ∴ 所選擇限流 電抗的額定電壓為： 10KV,額定電流為： 3000A ② 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 ∴ Dd bS 750S 6 .2 5S 1 2 0? ? ? X∑ 39。= 1Sd = ∴ 電抗器電抗標(biāo)么值 : DKX X X 0. 16 0. 08 53 0. 07 47???? ? ? ? ? 2 2D K D K * 1 0 . 5 3 3X % = X 1 0 0 0 . 0 7 4 7 1 0 0 4 . 2 7 91 0 0 1 0a v D K Nb D K NUISU ?? ? ? ? ? ? ∴選型為 NKL10300012 的水泥柱式電抗器 ,所選限流電抗基準(zhǔn)標(biāo)么值為 : * 22% 1 2 1 0 1 0 0 0 . 2 0 9 41 0 0 1 0 0( ) ( 1 0 . 5 )3 3 3NbDKD K b avNUSXX UI? ? ? ? ? ? ?? 加入限流電抗器后等值電路為 根據(jù)圖 (四 )化簡(jiǎn) 可得 : 2 3 * 1 2 * 3 3 * 1 3 **2 3 * 1 2 * 3 3 * 1 3 *( ) ( ) ( 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 ) ( 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 ) 0 . 1 3 80 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4 0 . 0 6 6 7 0 . 2 0 9 4a X X X XX X X X X???? ??? ? ?? ? ? ? ? ? 20 1 * 7* 4 * 8 **1 * 7* 4 * 8 *14 * * *14 * 10 *15 *14 * 10 ** 15 *( ) ( ) ( ) ( ) bbaX X X XXX X X XX X XXXXXXXX??? ??? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ?? ? ?????? ? ?( 3 )3**( 3 ) ( 3 )3 3 *611100 3 3 KbKKavIXSI I K AU??? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? 短路沖擊電流和短路容量 : ( 3 )3( 3 )3 5 5 36. 269 92. 49 32 36. 269 659 .59im p KK K avi I K AS I U MVA??? ? ? ???? ? ? ? ? 短路全電流最大有效值 : ( 3 ) ( 3 )im p K 3I 1 .5 1 I 5 4 .7 7 K A??? ③ 電抗器校驗(yàn) : a、 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) ,該電抗器動(dòng)穩(wěn)定電流為 ,大于三相沖短路擊電流 ,故動(dòng)穩(wěn)定合格 . b、 校驗(yàn)短路時(shí)母線的殘余電壓 ( 3 )3 3 2 . 2 6 9% % 1 2 1 4 5 . 1 7 03KDK D K EIU X K AI ?? ? ? ? ? 合格 c、 校驗(yàn)正常運(yùn)行時(shí)電壓損耗 : m a x 2 . 0 7 6% % s in 1 2 0 . 6 4 . 9 53lDKD K EIUX I ?? ? ? ? ? ? ?