【文章內(nèi)容簡介】 常運行狀態(tài)，最常見同時也是最危險的故障是發(fā)生各種形式的短路，因為它們會遭到破壞對用戶的正常供電和電氣設備的正常運行。短路是電力系統(tǒng)的嚴重故障，所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地系統(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，三相短路是對稱短路，系統(tǒng)各相與正常運行時一樣仍處于對稱狀態(tài)，其他類型的短路都是不對稱短路。電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，在各種類型的短路中，單相短路占大多數(shù)，兩相短路較少，三相短路的機會最少。但三相短路雖然很少發(fā)生，其情況較嚴重，應給以足夠的重視。因此，我們都采用三相短路來計算短路電流，并檢驗電氣設備的穩(wěn)定性。 短路計算的目的及假設 一、短路電流計算是變電所電氣設計中的一個重要環(huán)節(jié)。其計算目的是：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。在選擇電氣設備時，為了保證設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。 在設計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件檢驗軟導線的相間和相對地的安全距離。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)。 按接地裝置的設計，也需用短路電流。 二、短路電流計算的一般規(guī)定驗算導體和電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流，應按工程的設計規(guī)劃容量計算，并考慮電力系統(tǒng)的遠景發(fā)展規(guī)劃（一般為本期工程建成后 5～10年）。確定短路電流計算時，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式，而不應按僅在切換過程中可能并列運行的接線方式。選擇導體和電器用的短路電流，在電氣連接的網(wǎng)絡中，應考慮具有反饋作用的異步電機的影響和電容補償裝置放電電流的影響。 選擇導體和電器時，對不帶電抗器回路的計算短路點，應按選擇在正常接線方式時短路電流為最大的地點。導體和電器的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流一般按三相短路驗算。 三、短路計算基本假設 正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；所有電源的電動勢相位角相同；電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵芯的電氣設備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化；不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流；元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計，及不計負荷的影響；系統(tǒng)短路時是金屬性短路。四、基準值 高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標幺值進行計算，為了計算方便選取如下基準值：基準容量：Sj = 100MVA基準電壓：Vg（kV） 、 11230五、短路電流計算的步驟 計算各元件電抗標幺值，并折算為同一基準容量下；給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡圖；選擇短路點；對網(wǎng)絡進行化簡，把供電系統(tǒng)看為無限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對短路點的電抗標幺值，并計算短路電流標幺值、有名值。 標幺值：Id*＝有名值：Idi = Id*Ij計算短路容量，短路電流沖擊值 短路容量：S = VjI?短路電流沖擊值：Icj = 列出短路電流計算結(jié)果 具體短路電流計算具體見計算說明書。 各種短路電流計算 系統(tǒng)運行方式的確定 最大、最小運行方式的選擇，目的在于計算通過保護裝置的最大、最小短路電流。在線路末端發(fā)生短路時，流過保護的短路電流與下列因素有關(guān)：系統(tǒng)的運行方式，包括機組、變壓器、線路的投入情況，環(huán)網(wǎng)的開環(huán)閉環(huán)，平行線路是雙回運行還是單回運行。短路類型。電流分配系數(shù)。 短路電流的計算 短路電流的計算是繼電保護整定的依據(jù)，所以我們必須加以重視。整定計算的要求選擇規(guī)定的運行方式；確定短路段及短路類型；對確定的短路點經(jīng)過網(wǎng)絡的合并，化簡求出歸算到短路點的各序綜合阻抗X1∑、X2∑、X0∑；短路類型及電力系統(tǒng)故障的知識求出短路點的總電流；按網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)求出流過被整定保護裝置的短路電流。（1）三相短路電流的計算：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，短路點的短路電流標幺值Id（3）—系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，短路點的短路電流有名值 —歸算到短路點的綜合正序等值電抗。以下為簡便起見，省略下標 * 。（2）兩相短路電流的計算：Id（2）＝—歸算到短路點的負序綜合電抗Id（2）—兩相短路時短路點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，短路點短路電流的正負序分量（3）兩相接地短路電流計算Id（1，1）= Id1（1，1）Id（1，1）—兩相短路接地時，短路點故障相全電流Id1（1，1）—兩相接地短路時，短路點的正序電流分量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的負序和零序電流分量（4）單相接地短路電流計算短路點各序分量電流為：Id1（1）＝Id2（1）＝短路點故障的全電流為：Id（1）＝3Id1（1）第6章 電氣設備的選擇 概述導體和電器的選擇是變電所設計的主要內(nèi)容之一，正確地選擇設備是使電氣主接線和配電裝置達到安全、經(jīng)濟的重要條件。在進行設備選擇時，應根據(jù)工程實際情況，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，選擇合適的電氣設備。電氣設備的選擇同時必須執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策，并應做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠、運行方便和適當?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的需要。電氣設備要能可靠的工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路狀態(tài)來校驗熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定后選擇的高壓電器，應能在長期工作條件下和發(fā)生過電壓、過電流的情況下保持正常運行。 一、一般原則 應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展的需要；應按當?shù)丨h(huán)境條件校核；應力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理；選擇導體時應盡量減少品種；擴建工程應盡量使新老電器的型號一致；選用的新品，均應具有可靠的試驗數(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)的最高運行電壓Vgmax即 Vymax≤Vgmax一般電纜和電器允許的最高工作電壓，當額定電壓在 220kV及以下時為 ，而實際電網(wǎng)運行的 Vgmax一般不超過 。2）電流導體和電器的額定電流是指在額定周圍環(huán)境溫度Q下，導體和電器的長期允許電流 Iy應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，出力保持不變，故其相應回路的 Igmax = （Ie為電器額定電流）。3）按當?shù)丨h(huán)境條件校核當周圍環(huán)境溫度 Q和導體額定環(huán)境溫度 Q0不等時，其長期允許電流 Iy Q可按下式修正：IyQ=Iy＝Kiy基中 K —修正系數(shù)Q y—導體或電氣設備正常發(fā)熱允許最高溫度我國目前生產(chǎn)的電氣設備的額定環(huán)境溫度 Q。= 40℃，裸導體的額定環(huán)境溫度為+25℃。按短路情況校驗 電器在選定后應按最大可能通過的短路電流進行動、熱穩(wěn)定校驗，一般校驗取三相短路時的短路電流，如用熔斷器保護的電器可不驗算熱穩(wěn)定。當熔斷器有限流作用時，可不驗算動穩(wěn)定，用熔斷器保護的電壓互感器回路，可不驗算動、熱穩(wěn)定。1） 短路熱穩(wěn)定校驗 滿足熱穩(wěn)定條件為Qk≤QnIr2tk≤Ir2tQk—短路電流產(chǎn)生的熱效應 Qn —短路時導體和電器允許的熱效應 In —t秒內(nèi)允許通過的短時熱電流 驗算熱穩(wěn)定所用的計算時間：tk = tpr+tbrtpr —斷電保護動作時間tbr —相應斷路器的全開斷時間2）短路的動穩(wěn)定校驗 滿足動穩(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備之一，它具有完善的滅弧性能，正常運行時，用來接通和開斷負荷電流，在某所電氣主接線中，還擔任改變主接線的運行方式任務，故障時，斷路器通常繼電保護的配合使用，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。高壓斷路器應根據(jù)斷路器安裝地點，環(huán)境和使用技術(shù)條件等要求選擇其種類及型號，由于真空斷路器、SF6斷路器比少油斷路器，可靠性更好，維護工作量更少，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10kV電壓等級，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，觸頭間在未接觸時即有巨大的短路電流通過（預擊穿），更易發(fā)生觸頭熔焊和遭受電動力的損壞，且斷路器在關(guān)合短路電流時，不可避免地接通后又自動跳閘，此時要求能切斷短路電流，為了保證斷路器在關(guān)合短路時的安全，斷路器額定關(guān)合電流 iNcl 不應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 — 額定動穩(wěn)定電流icj — 短路沖擊電流關(guān)于開合時間的選擇 對于 110KV及以上的電網(wǎng)，當電力系統(tǒng)穩(wěn)定要求快速切除故障時，分閘時間不宜大于 ，用于電氣制動回路的斷路器，其合閘時間大于 ~ 。其選擇具體過程見計算說明書 隔離開關(guān)的選擇 隔離開關(guān)，配制在主接線上時，保證了線路及設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，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)均應配置隔離開關(guān)，以便在斷路器檢修時形成明顯的斷口，與電源側(cè)隔離；中性點直接接地的普通型變壓器均應通過隔離開關(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 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)，宜裝設接地刀閘。應盡量選用一側(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上的避雷器可不裝設隔離開關(guān)；當饋電線的用戶側(cè)設有電源時，斷路器通往用戶的那一側(cè)，可以不裝設隔離開關(guān)，但如費用不大，為了防止雷電產(chǎn)生的過電壓，也可以裝設。 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)絡元件，以分別向測量儀表、繼電器的電壓線圈和電流線圈供電，正確反映電氣設備的正常運行和故障情況，其作用有：將一次回路的高電壓和電流變?yōu)槎位芈窐藴实牡碗妷汉托‰娏?，使測量 儀表和保護裝置標準化、小型化，并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價格便宜，便于屏內(nèi)安裝。使二次設備與高電壓部分隔離，且互感器二次側(cè)均接地，從而保證了設備和人身的安全。電流互感器的特點：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量電路的負荷，而與二次電流大小無關(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)下運行。電壓互感器的特點：容量很小，類似于一臺小容量變壓器，但結(jié)構(gòu)上需要有較高的安全系數(shù)；二次側(cè)所接測量儀表和繼電器電壓線圈阻抗很大，互感器近似于空載狀態(tài)運行，即開路狀態(tài)?；ジ衅鞯呐渲茫簽闈M足測量和保護裝置的需要，在變壓器、出線、母線分段及所有斷路器回路中均裝設電流互感器；在未設斷路器的下列地點也應裝設電流互感器，如：發(fā)電機和變壓器的中性點； 對直接接地系統(tǒng)，一般按三相配制。對三相直接接地系統(tǒng)，依其要求按兩相或三相配制； 6－220KV電壓等級的每組主母線的三相上應裝設電壓互感器；當需要監(jiān)視和檢測線路有關(guān)電壓時，出線側(cè)的一相上應裝設電壓互感器。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，即測量結(jié)果有誤差，所以選擇電流互感器應根據(jù)測量時誤差的大小和準確度來選擇。 電流互感器 10%誤差曲線：是對保護級（BlQ）電流互感器的要求與測量級電流互感器有所不同。對測量級電流互感器的要求是在正常工作范圍內(nèi)有較高的準確級，而當其通過故障電流時則希望早已飽和，以便保護儀表不受短路電流的損害，保護級電流互感器主要在系統(tǒng)短路時工作，因此準確級要求不高，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載阻抗 Z2 f關(guān)系曲線。 額定容量為保證互感器的準確級，其二次側(cè)所接負荷 S2應不大于該準確級所規(guī)定的額定容量Se。即：Se2≥S2＝Ie22Z2f Z2f＝Vy＋Vj＋Vd＋Vc（Ω） Vy—測量儀表電流線圈電阻 Vj—繼電器電阻 Vd—連接導線電阻 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量時，其一次額定電流應盡量選擇得比回路中正常工作電流大1/3左右以保證測量儀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確度，互感器的一次工作電流應盡量接近額定電流