【文章內(nèi)容簡介】 論文） 9 對系統(tǒng)的供電量。廠用電率在熱電廠中約為 8%~10%，在凝結(jié)式電廠約為 5%~8%，而在水電廠約為 %~2%。降低廠用電率，對國名經(jīng)濟及電廠本身有著重大的意義。 廠用電系統(tǒng)的供電可靠性和運行經(jīng)濟性，在很大程度上決定于廠用電的供電電源、供電電壓以及用電系統(tǒng)的接線方式。 火力發(fā)電廠廠用電的主要負(fù)荷統(tǒng)計見附表 B。 廠用電的設(shè)計 廠用電接線的設(shè)計原則基本上與主接線的設(shè)計原則相同。首先，應(yīng)保證對廠用電負(fù)荷可靠和連續(xù)供電，使發(fā)電廠主機安全運轉(zhuǎn)；其次，接線應(yīng)能靈活地適應(yīng)正常，事故，檢修等各種運行方式的要求；還應(yīng)適當(dāng)注意經(jīng)濟性和發(fā)展的可能性并積極慎重的采用新技術(shù)、新設(shè)備，使其具有可行性和先進性。此外，在設(shè)計廠用電系統(tǒng)接線 時還要對供電電壓等級，廠用供電電源及其引接進行分析和論證。 火電廠的輔助機械多、容量大，供電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，其主要負(fù)荷分布在鍋爐、氣機、電氣、輸煤、出灰、化學(xué)水處理以及輔助車間和公用電氣部分 。 因此，以雙母線分段接線形式合理地分配廠用各級負(fù)荷。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 第四章 短路電流的計算 短路的基本概念 故障類型及原因 在電力系統(tǒng)的運行過程中，時常會發(fā)生故障，其中大多數(shù)是短路故障 (簡稱短路 )。 所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地 (或中性線 )之間的連接。在正常運行時，陳中性點外，相與相或相與地之間是 絕緣的。表 電線上發(fā)生各種短路的情況。在三相系統(tǒng)中短路的基本類型有三相短路、兩相短路、單相短路接地和兩相短路接地。三相短路時三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短路；其它幾種短路均使三相回路不對稱，故稱為不對稱短路。上述各種短路均是指在同一地點短路， 實際上也可能在不同地點同時發(fā)生短路，例如兩相在不同地點接地短路。 表 短路種類 示意圖 符號 發(fā)生的機率約 三相短路 f(3),d(3) 5% 兩相短路 f(2),d(2) 10% 單相短路接地 f(1),d(1) 65% 兩相短路接地 f(1,1),d(1,1) 20% 電力系統(tǒng)的短路故障有時也稱為橫向故障，因為它是相對相或相對地的故障。還有一種稱為縱向故障的情況，即斷線故障，例如一相斷線使系統(tǒng)發(fā)生兩相運行的非全相運行情況。這種情況往往發(fā)生在當(dāng)一相上出現(xiàn)短路后，該相的斷路器斷開 ，因而形成一相斷線。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 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或相對地絕緣被損壞。例如架空輸電線的絕緣子可能由于受到過電壓 (例如由雷擊引起 )而發(fā)生閃絡(luò)或由于空氣的污染使絕路子表面在正常工作電壓下放電。再如其它電氣設(shè)備，發(fā)電機、變壓器、電纜等的載流部分的絕緣材料在運行中損壞。鳥獸跨接在裸露的載流部分以及風(fēng)、雪等自然現(xiàn)象所造成的短路也是屢見不鮮的。此外，運行人員在線路檢修后末拆除地線就加電壓等誤操作也會引起短路故障。電力系統(tǒng)的短路故障大多數(shù)發(fā)生在架空線部分。總之，產(chǎn)生短路的原因有客觀的，也有主觀的，只要運 行人員加強責(zé)任心，嚴(yán)格按規(guī)章制度辦事，可以把短路故障的發(fā)生控制在一個很低的限度內(nèi)。一般總結(jié)為以下幾個原因： ⑴ 電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞，例如絕緣材料的自然老化、臟污、直接的機械損傷、設(shè)計、安裝和運行維護不良所帶來的設(shè)備缺陷，在過電壓甚至在正常電壓下發(fā)生絕緣介質(zhì)擊穿，以及因雷擊、過電壓引起絕緣損壞 (如閃絡(luò)放電等 )。 ⑵ 氣象條件惡化，例如架空線路因大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等。 ⑶ 運行人員誤操作，例如帶負(fù)荷拉隔離開關(guān)，線路檢修后未拆除臨時接地線就加上電壓，或在帶電設(shè)備、線路附近施工不慎而引起短路等。 ⑷ 鼠、鳥獸等動物跨界裸露導(dǎo)體而引起的短路。 短路的危害及措施 短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設(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，使短路回路中的短路電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍。短路點距發(fā)電機的電氣距離愈近 (即阻抗愈小 )，短路電流愈大，例如在發(fā)電機端發(fā)生短路時，流過發(fā)電機定子回路的短路電流最大瞬時值可達發(fā)電機額定電流的 10— 15 倍。在大容量的系統(tǒng)中短路電流可達幾萬甚至幾十萬安培。短路點的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備。短路電流通過電氣設(shè)備導(dǎo)體時，其熱效 應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。另方面，導(dǎo)體也受到很大電動力的沖擊，致使導(dǎo)體變形甚至損壞。因此，各種電氣設(shè)備應(yīng)有足夠的熱穩(wěn)定度和機械穩(wěn)定度 (或稱動穩(wěn)定度 )，使電氣設(shè)備在通過最大可能的短路電流時不致?lián)p壞。 短路還會引起網(wǎng)絡(luò)中電壓降低，特別是靠近短路點處電壓下降得最多，結(jié)果可能使部分用戶的供電受到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低使由各母線供電的用電設(shè)備不能正常工作，例如作為系統(tǒng)中最主要的電力負(fù)荷異步電動機，它的電磁轉(zhuǎn)矩與外施電壓的平方成正比，電壓下降時電磁轉(zhuǎn)矩將顯著降低，使電動機轉(zhuǎn)速慢下來甚至最后完全停轉(zhuǎn)，而造成產(chǎn)品報廢及設(shè)備 損壞等嚴(yán)重后果。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 12 系統(tǒng)中發(fā)生短路相當(dāng)于改變了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，必然引起系統(tǒng)中功率分布的變化，發(fā)電機輸出功率也相應(yīng)地變化。無論是哪一點短路，發(fā)電機輸出的有功功率都要下降。但是發(fā)電機的輸入功率是由原動機的進汽量或進水量決定的，不可能立即相應(yīng)變化，因而發(fā)電機的輸入功率大于輸出功率，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速將增大，這就有可能引起并列運行的發(fā)電機失去同步，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)停電。這是短路造成的最嚴(yán)重的后果。 不對稱接地短路所引起的不平衡電流，產(chǎn)生不平衡磁通，會在鄰近的平行的通訊線路內(nèi)感應(yīng)出相當(dāng)大的電勢，造成對通訊系統(tǒng)的干擾， 甚至危及設(shè)備和人身的安全。 為了減小短路對電力系統(tǒng)的危害，可以采取限制短路電流的措施，例如在線路上裝設(shè)電抗器。但是最主要的措施是迅速將發(fā)生短路的部分與系統(tǒng)其它部分隔離。某點短路后，立即通過繼電保護裝置自動將短路點附近的斷路器迅速斷開，這樣就將短路部分與系統(tǒng)分離，發(fā)電機可以照常向直接供電的負(fù)荷和配電所的負(fù)荷供電。由于大部分短路不是永久性的而是暫時性的，就是說當(dāng)短路處和電源隔離后，故障處不再有短路電流流過，則該處可能迅速去游離，有可能重新恢復(fù)正常，因此現(xiàn)在廣泛采取重合閘的措施。重合閘就是當(dāng)短路發(fā)生后斷路器迅速斷 開，使故障部分與系統(tǒng)隔離，經(jīng)過一定時間再將斷路器合上。對于暫時性故障，系統(tǒng)就因此恢復(fù)正常運行，如果是永久性故障，斷路器合上后短路仍存在，則必須再次斷開斷路器。 短路電流計算的目的 短路電流計算是發(fā)電廠電氣設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。 其計算目的是： 1)在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。 2)在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。 3)在設(shè)計屋外 高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導(dǎo)線的相間和相對地的安全距離。 4)在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 5)按接地裝置的設(shè)計，也需用短路電流。 短路電流計算的基本假設(shè) 短路電流的基本目的，是在電氣裝置的設(shè)計和運行終，用來選擇電氣設(shè)備 ,設(shè)計繼電保護裝置，確定限制短路電流的措施和分析電力系統(tǒng)的故障等。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 13 由于考慮到實際情況，一般在一系列假設(shè)基礎(chǔ)上進行計算。計算結(jié)果一般偏大10%15%。 基本假設(shè)如下： 電力系統(tǒng)是三相對稱的。 電力系統(tǒng)中所有發(fā)電機電勢的相角在短路過程中 都相同，頻率與正常工作相同。 變壓器勵磁電流略去不計。 電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和。即各元件的參數(shù)不隨電流而變化，計算中可以應(yīng)用疊加原理。 輸電線路的電容略去不計。 電力系統(tǒng)中各元件的電阻略去不計。 短路電流的計算 電氣設(shè)備標(biāo)幺值的計算 系統(tǒng)簡化圖如 圖 (在短路計算的過程中我們設(shè)計五個短路點在最大運行與最小運行方式下計算 )： 在短路計算的基本假設(shè)前提下，利用近似計算法：選取 SB=100MVA，各段電壓和電流基準(zhǔn)值分別為 UB1=； KAIB ???； UB3=230KV； KAIB ???； 各元件電抗標(biāo)要值求得如下： 發(fā)電機： )353100()()()( 2221 ???????? NBBNN SSUUXXX 變壓器： )()(100 (%) 243 ??????? ? NBBNS SSUUUXX 電抗器： ))((100 (%)*5 ?????? NBBNR IIUUUX 側(cè)的輸電線路的電抗值： 10Km 226 ???????? BBL USLXX X1X2X3X4X5X6X7 X8 X9 X1 0d1d2d3d4d510 KV22 0K V圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 14 220KV 側(cè)的輸電線路的電抗值 : 40Km 2210987 ?????????????? BBL USLXXXXX 各短路點三相短 路計算 電力系統(tǒng)中，為使系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、合理運行，或者滿足檢修工作的要求，需要經(jīng)常變更系統(tǒng)的運行方式，由此相應(yīng)地引起了系統(tǒng)參數(shù)的變化。在設(shè)計變、配電站選擇開關(guān)電器和確定繼電保護裝置整定值時，往往需要根據(jù)電力系統(tǒng)不同運行方式下的短路電流值來計算和校驗所選用電器的穩(wěn)定度和繼電保護裝置的靈敏度。 最大運行方式，是系統(tǒng)在該方式下運行時，具有最小的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最大的一種運行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最大運行方式的短路電流值來校驗所選用的開關(guān)電器的穩(wěn)定性。 最小運行方式，是系統(tǒng)在該 方式下運行時，具有最大的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最小的一種運行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最小運行方式的短路電流值來校驗繼電保護裝置的靈敏度。 一．最大運行方式： 此時，系統(tǒng)兩臺發(fā)電機均工作，簡化圖如圖 所示： 1. d1短路計算如圖 ： 圖 短路電流計算過程 如下： ?X ?? XX ?????? XXXX ?????? ? XXXX ????? XXX 0 6 5 1 ????? XXX 0 6 5 1 ????? XXX ????? XXXXX X1X3X5X6X7d1d2d3d4d510KV220KVX8 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 15 各電源提供的短路電流： 11 ???? XI ds 11162 ???? XI ds 有名值： KAIII jdsds ?????? KAIII jdsds ?????? 總的短路電流為： KAIII dsdsd ????? 2． d2， d3， d4， d5 點短路 的短路電流依上述的方法計算得 ： KAIII dsdsd ????? KAIII jdsds ?????? KAIII dsdsd ?????? KAId ? 二．最小運行方式： 此時，系統(tǒng)只有一臺發(fā)電機工作。最小運行方式下，此系統(tǒng)的簡化圖如圖 ： 1． d1 點短路 d1點短路的簡化圖，如圖 所示： 短路電流計算過程如下： ?X ??? XXX 0 6 5 1 ????? XXX 0 6 6 ????? XXX 電源及其系統(tǒng)提供的短路電流： 11 11 ???? XI ds ???Ids 有名值： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 16 KAIII jdsds ?????? KAIII jdsds ????? 總的短路電流： KAIII dsdsd ????? 2． d2， d3， d4， d5 點短路 短路電流依上述的方法分別計算得： KAIII dsdsd ????? KAId ? KAIII dsdsd ????? KAIII jdsd ?????? 短路容量、全電流最大有效值及沖擊電流的計算 最大運行方式： 1)短路容量的計算： S= 3 VavId d1點短路 ： S= 3 100=1818MVA (41) d2 點短路 ： S= 3 = V A ( 4 2 ) d3 點短路 ： S= 3 = V A