【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種形式的短路，因?yàn)樗鼈儠?huì)遭到破壞對(duì)用戶的正常供電和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。短路是電力系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對(duì)于中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生的短路有：三相短路，兩相短路，兩相接地短路和單相接地短路。其中，三相短路是對(duì)稱短路，系統(tǒng)各相與正常運(yùn)行時(shí)一樣仍處于對(duì)稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對(duì)稱短路。電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機(jī)會(huì)最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴(yán)重，應(yīng)給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來(lái)計(jì)算短路電流，并檢驗(yàn)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。 短路計(jì)算的目的及假設(shè) 一、短路電流計(jì)算是變電所電氣設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。其計(jì)算目的是：在選擇電氣主接線時(shí)，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(jìn)行必要的短路電流計(jì)算。在選擇電氣設(shè)備時(shí)，為了保證設(shè)備在正常運(yùn)行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時(shí)又力求節(jié)約資金，這就需要進(jìn)行全面的短路電流計(jì)算。 在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件檢驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相對(duì)地的安全距離。在選擇繼電保護(hù)方式和進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)，需以各種短路時(shí)的短路電流為依據(jù)。 按接地裝置的設(shè)計(jì)，也需用短路電流。 二、短路電流計(jì)算的一般規(guī)定驗(yàn)算導(dǎo)體和電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應(yīng)按工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算，并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后 5～10年）。確定短路電流計(jì)算時(shí)，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫姍C(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。 選擇導(dǎo)體和電器時(shí)，對(duì)不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn)，應(yīng)按選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)。導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗(yàn)算。 三、短路計(jì)算基本假設(shè) 正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；所有電源的電動(dòng)勢(shì)相位角相同；電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化；不考慮短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流；元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計(jì)，及不計(jì)負(fù)荷的影響；系統(tǒng)短路時(shí)是金屬性短路。四、基準(zhǔn)值 高壓短路電流計(jì)算一般只計(jì)算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，為了計(jì)算方便選取如下基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)容量：Sj = 100MVA基準(zhǔn)電壓：Vg（kV） 、 11230五、短路電流計(jì)算的步驟 計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下；給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；選擇短路點(diǎn)；對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡(jiǎn)，把供電系統(tǒng)看為無(wú)限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對(duì)短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值，并計(jì)算短路電流標(biāo)幺值、有名值。 標(biāo)幺值：Id*＝有名值：Idi = Id*Ij計(jì)算短路容量，短路電流沖擊值 短路容量：S = VjI?短路電流沖擊值：Icj = 列出短路電流計(jì)算結(jié)果 具體短路電流計(jì)算具體見計(jì)算說(shuō)明書。 各種短路電流計(jì)算 系統(tǒng)運(yùn)行方式的確定 最大、最小運(yùn)行方式的選擇，目的在于計(jì)算通過保護(hù)裝置的最大、最小短路電流。在線路末端發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)的短路電流與下列因素有關(guān)：系統(tǒng)的運(yùn)行方式，包括機(jī)組、變壓器、線路的投入情況，環(huán)網(wǎng)的開環(huán)閉環(huán)，平行線路是雙回運(yùn)行還是單回運(yùn)行。短路類型。電流分配系數(shù)。 短路電流的計(jì)算 短路電流的計(jì)算是繼電保護(hù)整定的依據(jù)，所以我們必須加以重視。整定計(jì)算的要求選擇規(guī)定的運(yùn)行方式；確定短路段及短路類型；對(duì)確定的短路點(diǎn)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的合并，化簡(jiǎn)求出歸算到短路點(diǎn)的各序綜合阻抗X1∑、X2∑、X0∑；短路類型及電力系統(tǒng)故障的知識(shí)求出短路點(diǎn)的總電流；按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)求出流過被整定保護(hù)裝置的短路電流。（1）三相短路電流的計(jì)算：Id*（3）＝其有名值為： Id（3）＝Id*（3）╳IjId*（3）—系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)，短路點(diǎn)的短路電流標(biāo)幺值Id（3）—系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時(shí)，短路點(diǎn)的短路電流有名值 —?dú)w算到短路點(diǎn)的綜合正序等值電抗。以下為簡(jiǎn)便起見，省略下標(biāo) * 。（2）兩相短路電流的計(jì)算：Id（2）＝—?dú)w算到短路點(diǎn)的負(fù)序綜合電抗Id（2）—兩相短路時(shí)短路點(diǎn)的全電流其各序分量電流值為： Id1（2）＝Id（2）＝Id1（2）、Id1（2）—分別為：兩相短路時(shí)，短路點(diǎn)短路電流的正負(fù)序分量（3）兩相接地短路電流計(jì)算Id（1，1）= Id1（1，1）Id（1，1）—兩相短路接地時(shí)，短路點(diǎn)故障相全電流Id1（1，1）—兩相接地短路時(shí)，短路點(diǎn)的正序電流分量Id1（1，1）＝Id2（1，1）＝Id1（1，1）Id0（1，1）＝Id1（1，1）Id2（1，1）、Id0（1，1）—分別為兩相接地短路時(shí)的負(fù)序和零序電流分量（4）單相接地短路電流計(jì)算短路點(diǎn)各序分量電流為：Id1（1）＝Id2（1）＝短路點(diǎn)故障的全電流為：Id（1）＝3Id1（1）第6章 電氣設(shè)備的選擇 概述導(dǎo)體和電器的選擇是變電所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設(shè)備是使電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)的重要條件。在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術(shù)，并注意節(jié)約投資，選擇合適的電氣設(shè)備。電氣設(shè)備的選擇同時(shí)必須執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。電氣設(shè)備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進(jìn)行選擇，并按短路狀態(tài)來(lái)校驗(yàn)熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定后選擇的高壓電器，應(yīng)能在長(zhǎng)期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運(yùn)行。 一、一般原則 應(yīng)滿足正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展的需要；應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核；應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理；選擇導(dǎo)體時(shí)應(yīng)盡量減少品種；擴(kuò)建工程應(yīng)盡量使新老電器的型號(hào)一致；選用的新品，均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。二、技術(shù)條件 按正常工作條件選擇導(dǎo)體和電氣 1）電壓：所選電器和電纜允許最高工作電壓 Vymax不得低于回路所接電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓Vgmax即 Vymax≤Vgmax一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當(dāng)額定電壓在 220kV及以下時(shí)為 ，而實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行的 Vgmax一般不超過 。2）電流導(dǎo)體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度Q下，導(dǎo)體和電器的長(zhǎng)期允許電流 Iy應(yīng)不小于該回路的最大持續(xù)工作電流 Igmax即 Iy≥Igmax由于變壓器在電壓降低 5%時(shí)，出力保持不變，故其相應(yīng)回路的 Igmax = （Ie為電器額定電流）。3）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核當(dāng)周圍環(huán)境溫度 Q和導(dǎo)體額定環(huán)境溫度 Q0不等時(shí)，其長(zhǎng)期允許電流 Iy Q可按下式修正：IyQ=Iy＝Kiy基中 K —修正系數(shù)Q y—導(dǎo)體或電氣設(shè)備正常發(fā)熱允許最高溫度我國(guó)目前生產(chǎn)的電氣設(shè)備的額定環(huán)境溫度 Q。= 40℃，裸導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度為+25℃。按短路情況校驗(yàn) 電器在選定后應(yīng)按最大可能通過的短路電流進(jìn)行動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)，一般校驗(yàn)取三相短路時(shí)的短路電流，如用熔斷器保護(hù)的電器可不驗(yàn)算熱穩(wěn)定。當(dāng)熔斷器有限流作用時(shí)，可不驗(yàn)算動(dòng)穩(wěn)定，用熔斷器保護(hù)的電壓互感器回路，可不驗(yàn)算動(dòng)、熱穩(wěn)定。1） 短路熱穩(wěn)定校驗(yàn) 滿足熱穩(wěn)定條件為Qk≤QnIr2tk≤Ir2tQk—短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng) Qn —短路時(shí)導(dǎo)體和電器允許的熱效應(yīng) In —t秒內(nèi)允許通過的短時(shí)熱電流 驗(yàn)算熱穩(wěn)定所用的計(jì)算時(shí)間：tk = tpr+tbrtpr —斷電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間tbr —相應(yīng)斷路器的全開斷時(shí)間2）短路的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn) 滿足動(dòng)穩(wěn)定條件為Icj≤idwIcj≤IdfIcj — 短路沖擊直流峰值 （kA）Icj — 短路沖擊電流有效值 （kA）idw、Idw —電器允許的極限通過電流峰值及有效值（kA） 斷路器的選擇 變電所中，高壓斷路器是重要的電氣設(shè)備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運(yùn)行時(shí)，用來(lái)接通和開斷負(fù)荷電流，在某所電氣主接線中，還擔(dān)任改變主接線的運(yùn)行方式任務(wù)，故障時(shí)，斷路器通常繼電保護(hù)的配合使用，斷開短路電流，切除故障線路，保證非故障線路的正常供電及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。高壓斷路器應(yīng)根據(jù)斷路器安裝地點(diǎn)，環(huán)境和使用技術(shù)條件等要求選擇其種類及型號(hào)，由于真空斷路器、SF6斷路器比少油斷路器，可靠性更好，維護(hù)工作量更少，滅弧性能更高，目前得到普遍推廣，故 35～220kV一般采用 SF6斷路器。真空斷路器只適應(yīng)10kV電壓等級(jí)，10kV采用真空斷路器。按開斷電流選擇 高壓斷路器的額定開斷電流 INbr應(yīng)不小于其觸頭開始分離瞬間（td）的短路電流有效值 Ie(td)，即：INbr≥Iz（kA）INbr— 高壓斷路器額定開斷電流（kA）Iz — 短路電流的有效值（kA） 短路關(guān)合電流的選擇 在斷路器合閘之前，若線路上已存在短路故障，則在斷路器合閘過程中，觸頭間在未接觸時(shí)即有巨大的短路電流通過（預(yù)擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動(dòng)力的損壞，且斷路器在關(guān)合短路電流時(shí)，不可避免地接通后又自動(dòng)跳閘，此時(shí)要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在關(guān)合短路時(shí)的安全，斷路器額定關(guān)合電流 iNcl 不應(yīng)小于短路電流最大沖擊值。 即： idw≥icjiNcl — 斷路器額定關(guān)合電流idw — 額定動(dòng)穩(wěn)定電流icj — 短路沖擊電流關(guān)于開合時(shí)間的選擇 對(duì)于 110KV及以上的電網(wǎng)，當(dāng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求快速切除故障時(shí)，分閘時(shí)間不宜大于 ，用于電氣制動(dòng)回路的斷路器，其合閘時(shí)間大于 ~ 。其選擇具體過程見計(jì)算說(shuō)明書 隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)，配制在主接線上時(shí)，保證了線路及設(shè)備檢修形成明顯的斷口，與帶電部分隔離，由于隔離開關(guān)沒有滅弧裝置及開斷能力低，所以操作隔離開關(guān)時(shí)，必須遵循倒閘操作順序。隔離開關(guān)的配置：斷路器的兩側(cè)均應(yīng)配置隔離開關(guān)，以便在斷路器檢修時(shí)形成明顯的斷口，與電源側(cè)隔離；中性點(diǎn)直接接地的普通型變壓器均應(yīng)通過隔離開關(guān)接地；接在母線上的避雷器和電壓互感器宜合用一組隔離開關(guān)，為了保證電器和母線的檢修安全，每段母上宜裝設(shè) 1—2組接地刀閘或接地器。63KV及以上斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)和線路的隔離開關(guān)，宜裝設(shè)接地刀閘。應(yīng)盡量選用一側(cè)或兩側(cè)帶接地刀閘的隔離開關(guān)；按在變壓器引出線或中性點(diǎn)上的避雷器可不裝設(shè)隔離開關(guān)；當(dāng)饋電線的用戶側(cè)設(shè)有電源時(shí)，斷路器通往用戶的那一側(cè)，可以不裝設(shè)隔離開關(guān)，但如費(fèi)用不大，為了防止雷電產(chǎn)生的過電壓，也可以裝設(shè)。 互感器的選擇 互感器包括電壓互感器和電流互感器，是一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)元件，以分別向測(cè)量?jī)x表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，正確反映電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和故障情況，其作用有：將一次回路的高電壓和電流變?yōu)槎位芈窐?biāo)準(zhǔn)的低電壓和小電流，使測(cè)量 儀表和保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜，便于屏內(nèi)安裝。使二次設(shè)備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設(shè)備和人身的安全。電流互感器的特點(diǎn)：一次繞組串聯(lián)在電路中，并且匝數(shù)很少，故一次繞組中的電流完全取決于被測(cè)量電路的負(fù)荷，而與二次電流大小無(wú)關(guān)；電流互感器二次繞組所接儀表的電流線圈阻抗很小，所以正常情況下，電流互感器在近于短路狀態(tài)下運(yùn)行。電壓互感器的特點(diǎn)：容量很小，類似于一臺(tái)小容量變壓器，但結(jié)構(gòu)上需要有較高的安全系數(shù)；二次側(cè)所接測(cè)量?jī)x表和繼電器電壓線圈阻抗很大，互感器近似于空載狀態(tài)運(yùn)行，即開路狀態(tài)?；ジ衅鞯呐渲茫簽闈M足測(cè)量和保護(hù)裝置的需要，在變壓器、出線、母線分段及所有斷路器回路中均裝設(shè)電流互感器；在未設(shè)斷路器的下列地點(diǎn)也應(yīng)裝設(shè)電流互感器，如：發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn)； 對(duì)直接接地系統(tǒng)，一般按三相配制。對(duì)三相直接接地系統(tǒng)，依其要求按兩相或三相配制； 6－220KV電壓等級(jí)的每組主母線的三相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器；當(dāng)需要監(jiān)視和檢測(cè)線路有關(guān)電壓時(shí)，出線側(cè)的一相上應(yīng)裝設(shè)電壓互感器。一、電流互感器的選擇 電流互感器由于本身存在勵(lì)磁損耗和磁飽和的影響，使一次電流 I1與I′2在數(shù)值和相位上都有差異，即測(cè)量結(jié)果有誤差，所以選擇電流互感器應(yīng)根據(jù)測(cè)量時(shí)誤差的大小和準(zhǔn)確度來(lái)選擇。 電流互感器 10%誤差曲線：是對(duì)保護(hù)級(jí)（BlQ）電流互感器的要求與測(cè)量級(jí)電流互感器有所不同。對(duì)測(cè)量級(jí)電流互感器的要求是在正常工作范圍內(nèi)有較高的準(zhǔn)確級(jí)，而當(dāng)其通過故障電流時(shí)則希望早已飽和，以便保護(hù)儀表不受短路電流的損害，保護(hù)級(jí)電流互感器主要在系統(tǒng)短路時(shí)工作，因此準(zhǔn)確級(jí)要求不高，在可能出現(xiàn)短路電流范圍內(nèi)誤差限制不超過10%。電流互感器的10%誤差曲線就是在保證電流互感器誤差不超過10%的條件下，一次電流的倍數(shù)入與電流互感器允許最大二次負(fù)載阻抗 Z2 f關(guān)系曲線。 額定容量為保證互感器的準(zhǔn)確級(jí)，其二次側(cè)所接負(fù)荷 S2應(yīng)不大于該準(zhǔn)確級(jí)所規(guī)定的額定容量Se。即：Se2≥S2＝Ie22Z2f Z2f＝Vy＋Vj＋Vd＋Vc（Ω） Vy—測(cè)量?jī)x表電流線圈電阻 Vj—繼電器電阻 Vd—連接導(dǎo)線電阻 Vc—接觸電阻，按一次回路額定電壓和電流選擇電流互感器用于測(cè)量時(shí)，其一次額定電流應(yīng)盡量選擇得比回路中正常工作電流大1/3左右以保證測(cè)量?jī)x表的最佳工作電流互感器的一次額定電壓和電流選擇必須滿足： Ve≤Vew Ie≥Igmax，為了確保所供儀表的準(zhǔn)確度，互感器的一次工作電流應(yīng)盡量接近額定電流