【正文】 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 變壓器的勵(lì)磁電流略去不計(jì) 所有元件的電容略去不計(jì) 認(rèn)為三相系統(tǒng)是對(duì)稱(chēng)的 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 1 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 1575 138 105 63 2 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 3 短路回路總電抗的計(jì)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(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)槎搪酚?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(chēng)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 1 計(jì)算電路圖如下 選擇 k1k2k3 作為短路點(diǎn)分析計(jì)算計(jì)算各元件的標(biāo)么值 Sb 100MVAUb Uav 由原始材料已知可得 X1 0094 X4 01199 變壓器的標(biāo)么值計(jì)算 X31 X21 0125 X32 X22 00083 X33 X23 00667 同步調(diào)相機(jī)的電抗標(biāo)么值計(jì)算 2K3 點(diǎn)短路分析 1K3 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)其等值電路圖如下 圖一中 AB 為等電位點(diǎn)所以經(jīng)變換 得圖二 圖 二 經(jīng)化簡(jiǎn)得 根據(jù)圖三可求出短路回路總的電抗標(biāo)么值 X∑ 00853 根據(jù)圖三算出 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 短路容量 短路沖擊電流 根據(jù)主變 12 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 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 ∴ 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(biāo)么值 ∴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 加入限流電抗器后等值電路為 根據(jù)圖 四 化簡(jiǎn)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(yàn) a 動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)該電抗器動(dòng)穩(wěn)定電流為 1001KA大于三相沖短路擊電流 9249KA故動(dòng)穩(wěn)定合格 b 校驗(yàn)短路時(shí)母線的殘余電壓 合格 c 校驗(yàn)正常運(yùn)行時(shí)電壓損耗 合格 根據(jù)圖五可得 ∴ 故加入限流電抗器后 K3點(diǎn)短路時(shí)兩變壓器低壓側(cè) 10KV出線與兩同步調(diào)相機(jī)出線的電流分別為 變壓器低壓側(cè) 10KV 出線上的短路沖擊電流為 34267KA 同步調(diào)相機(jī)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(diǎn)短路分析 等值電路圖如下 化簡(jiǎn)可得 繼續(xù)化簡(jiǎn)可得 4K2 點(diǎn)短路分析 K2 點(diǎn)短路時(shí)等值電路圖如下 經(jīng)化簡(jiǎn)可得 ∴ ∴ 5 短路計(jì)算成果表 短路點(diǎn) 基準(zhǔn)電壓 KV 基準(zhǔn)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(yùn)行 1 計(jì)算電路圖如下 10KV 母線分段運(yùn)行在此選 K1 點(diǎn)為短路計(jì)算點(diǎn)分析討論 2 等值電路圖及化簡(jiǎn) 見(jiàn)附錄Ⅰ 總電抗的標(biāo)么值 ∴ 短路電流的標(biāo)么值 ∴ 又∵ 前面分析中設(shè)置了限流電抗器 ∴ 在分段運(yùn)行時(shí) 10KV 母線上發(fā)生三相對(duì)稱(chēng)短路時(shí)的短路電流為 ∴ ∵ 在兩臺(tái)主變壓器低壓側(cè) 10KV 出線上都串有一臺(tái)限流電抗器 ∴ 10KV母線上發(fā)生三相短路電流應(yīng)該小于 21143KA根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析 10KV母線上可以分段運(yùn)行 第三章 導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計(jì) 第一節(jié) 總則 一一般規(guī)定 導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計(jì)同樣必須執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)技術(shù)政策并應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)經(jīng)濟(jì)合理安全可靠運(yùn)行方便和適當(dāng)?shù)牧粲杏嗟匾詽M足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要對(duì)導(dǎo)體和電器選擇設(shè) 計(jì)規(guī)定簡(jiǎn)述如下 1 一般原則 應(yīng)滿足正常行檢修短路和過(guò)電壓情況下的要求并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展 應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件檢驗(yàn) 應(yīng)與整個(gè)工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致盡量使新老電器型號(hào)一致 選擇導(dǎo)線時(shí)應(yīng)盡量減少品種 選用新產(chǎn)品應(yīng)積極慎重新產(chǎn)品應(yīng)有可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)并經(jīng)主管部門(mén)鑒定 合格 2 有關(guān)的幾項(xiàng)規(guī)定 導(dǎo)體和電器應(yīng)按正常運(yùn)行情況選擇按短路條件驗(yàn)算其動(dòng)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(yùn)行條件下各回路的持續(xù)工作電流應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算 驗(yàn)算導(dǎo)體和電器用的短路電流按下列情況進(jìn)行計(jì)算 ①除計(jì)算短路電流的衰減時(shí)間常 數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外元件的電阻 都略去不計(jì) ②在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱?dòng)機(jī)的影響和電容 補(bǔ)償裝置放電電流的影響 ③在變電所中應(yīng)考慮如果安有同步調(diào)相機(jī)時(shí)應(yīng)將其視作附加電源短 路電流的計(jì)算方法與發(fā)電機(jī)相同 ④對(duì)不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為 最大的地點(diǎn)對(duì)帶電抗器的 610KV 出線的計(jì)算點(diǎn)除其母線隔離開(kāi)關(guān) 前的引線和套管應(yīng)選擇在電抗器前外其余導(dǎo)線和電器宜選擇在電抗器 之后 驗(yàn)算導(dǎo)體和 110KV 以下電纜短路熱穩(wěn)定時(shí)所用的計(jì)算時(shí)間一般用主 保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間加相應(yīng)在的斷 路器全分閘時(shí)間如主保護(hù)有死區(qū)時(shí)則采 用能對(duì)該處死區(qū)起作用的后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間并采用相應(yīng)處的短路電流 值電器和 110KV 及以上充油電纜和短路電流計(jì)算時(shí)是一般須用后備保 護(hù)動(dòng)作時(shí)間加相應(yīng)的短路器全分閘時(shí)間 導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定以及電器開(kāi)斷電流可按三相短路驗(yàn)算若 發(fā)機(jī)出口兩相短路或中性點(diǎn)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(yán)重時(shí)則應(yīng)按嚴(yán)重情況驗(yàn)算 環(huán)境條件選擇導(dǎo)體和電路時(shí)應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核當(dāng)氣溫風(fēng)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(shí)應(yīng)通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較分別采取下 列措施 ①向制造部門(mén)提出補(bǔ)充要求訂制符合該環(huán)境條件的產(chǎn)品 ②在設(shè)計(jì)或運(yùn)行中采取相應(yīng)的防護(hù)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(shè)備的額定電壓不低于設(shè)備安裝地點(diǎn)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(shè)備必須能夠長(zhǎng)期承受這個(gè)電壓值電器能夠長(zhǎng)期承受的最高電壓稱(chēng)為最高工作電壓對(duì) 220KV 及以下設(shè)備其最高工作電壓額定電壓高 15330 及 500KV 設(shè)備的最高工作電壓比額定工作電壓高 10 由此可知只要設(shè)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(shè)備的額定電流不小于流過(guò)設(shè)備的最大長(zhǎng)期負(fù)荷電流當(dāng)周?chē)橘|(zhì)的溫度不等于規(guī)定值時(shí)設(shè)備的容許電流應(yīng)進(jìn)行修正 四短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)的要求是 導(dǎo)體的最高短時(shí)溫度不大于短時(shí)允許最高溫度對(duì)于電器來(lái)說(shuō)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(cè)中查出 五校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)的要求是 對(duì)導(dǎo)體 母線 來(lái)說(shuō)其中通過(guò)三相短路沖擊電流時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力不小大于材料的允許應(yīng)力對(duì)于電器來(lái)說(shuō)是通過(guò)它的三相短路沖擊電流不大于它的最大允 許動(dòng)穩(wěn)定電流 第二節(jié) 母線的選擇設(shè)計(jì) 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(jī)械強(qiáng)度大抗腐蝕性強(qiáng)但銅的貯量少價(jià)格貴一般不建議采用只在空氣中有腐蝕性氣體的戶(hù)外配電裝置中才用鋁的電阻率較高較易腐蝕但貯量多價(jià)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(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高和價(jià)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(shè)計(jì)中的母線均選鋁質(zhì)材料 二、母線截面形狀選擇 要求母線的截面形狀應(yīng)使集膚效應(yīng)小散熱良好機(jī)械強(qiáng)度高安裝 簡(jiǎn)單和連接方便實(shí)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(hù)內(nèi)配電裝置中為了增大散熱面面積減小集膚效應(yīng)應(yīng)兼顧機(jī)械強(qiáng)度矩形母線的邊比通常是 112115 為避免集膚效應(yīng)過(guò)大單條母線的截面積不應(yīng)大于 10001200 ㎜ 2當(dāng)單條矩形的最大容許電流不滿足要求時(shí)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(dāng)工作電流更大時(shí)可采用三條矩形母線當(dāng)每相有三條矩形母線時(shí)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(jiàn) 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(yīng)較小散熱面大機(jī)械強(qiáng)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(chǎng)合管形母線的機(jī)械強(qiáng)度大但內(nèi)表面的散熱條件差如果管內(nèi)采用通風(fēng)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(jī)的連接線硬管及軟管母線也可用于戶(hù)外高壓配電裝置中本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)資料知道 220KV 母線上所有負(fù)荷出線容