第3章 电力系统的短路..
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第3章电⼒系统的短路第3章电⼒系统的短路3.1 短路的类型及计算假设3.1.1短路的原因、类型及后果短路是电⼒系统的严重故障。
短路:指⼀切不正常的相与相或相与地(对于中性点接地的系统)之间发⽣通路的情况。
1.短路的原因元件损坏;⽓象条件恶化;⼈为事故;其他,如⼯程建设时挖沟损伤电缆等;2.短路的类型三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路等。
三相短路也称对称短路;其他类型的短路是不对称短路;3.短路的后果1)短路故障使短路点附近⽀路出现⽐正常电流⼤许多倍的短路电流,产⽣较⼤的电动效应和热效应,破坏设备;2)短路时系统电压⼤幅度下降,对⽤户影响很⼤;3)短路会使并列运⾏的发电机失去同步,破坏系统的稳定,造成系统的解列,出现⼤⾯积停电;4)不对称短路对附近通信线路和⽆线电波会产⽣电磁⼲扰。
3.1.2短路电流计算的⽬的与计算假设1.短路电流计算的⽬的选择有⾜够机械稳定和热稳定的电器设备;合理配置各种继电保护和⾃动装置并正确整定其参数;设计和选择发电⼚和电⼒系统主接线;进⾏电⼒系统的暂态稳定计算,分析短路对⽤户的影响;确定输电线路对通信的影响;2.短路电流计算的基本假设短路过程中各发电机之间不发⽣摇摆,并认为所有发电机的电势都同相位;负荷只作近似估计,或当作恒定电抗,或当做某种临时附加电源,要视具体情况⽽定;不计磁路饱和;对称三相系统;忽略⾼压输电线的电阻和电容,忽略变压器的电阻和励磁电流,即发电、输电、变电和⽤电均⽤纯电抗表⽰;⾦属性短路:不计过渡电阻的影响,即认为过渡电阻等于零的短路情况;3.1.3实⽤短路电流计算的基本流程根据基本假设,采⽤标⼳值⽅法计算已知待计算系统所有设备的电抗标⼳值;⽤设备电抗标⼳值替换设备元件并重新绘制成图,形成短路计算电路图;等值简化⽹络,简化⽬标是所有电源到短路点都只有⼀个等值电抗的最简单等值电路图;采⽤⽆限⼤容量系统的概念计算现实中电⼒系统对短路点提供的短路电流;采⽤⽆限⼤容量系统的概念计算现实中电⼒系统的短路电流;叠加不同元件相同时刻的短路电流。
第3章电力系统的短路3.1 短路的类型及计算假设3.1.1短路的原因、类型及后果短路是电力系统的严重故障。
短路:指一切不正常的相与相或相与地(对于中性点接地的系统)之间发生通路的情况。
1.短路的原因元件损坏;气象条件恶化;人为事故;其他,如工程建设时挖沟损伤电缆等;2.短路的类型三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路等。
三相短路也称对称短路;其他类型的短路是不对称短路;3.短路的后果1)短路故障使短路点附近支路出现比正常电流大许多倍的短路电流,产生较大的电动效应和热效应,破坏设备;2)短路时系统电压大幅度下降,对用户影响很大;3)短路会使并列运行的发电机失去同步,破坏系统的稳定,造成系统的解列,出现大面积停电;4)不对称短路对附近通信线路和无线电波会产生电磁干扰。
3.1.2短路电流计算的目的与计算假设1.短路电流计算的目的选择有足够机械稳定和热稳定的电器设备;合理配置各种继电保护和自动装置并正确整定其参数;设计和选择发电厂和电力系统主接线;进行电力系统的暂态稳定计算,分析短路对用户的影响;确定输电线路对通信的影响;2.短路电流计算的基本假设短路过程中各发电机之间不发生摇摆,并认为所有发电机的电势都同相位;负荷只作近似估计,或当作恒定电抗,或当做某种临时附加电源,要视具体情况而定;不计磁路饱和;对称三相系统;忽略高压输电线的电阻和电容,忽略变压器的电阻和励磁电流,即发电、输电、变电和用电均用纯电抗表示;金属性短路:不计过渡电阻的影响,即认为过渡电阻等于零的短路情况;3.1.3实用短路电流计算的基本流程根据基本假设,采用标幺值方法计算已知待计算系统所有设备的电抗标幺值;用设备电抗标幺值替换设备元件并重新绘制成图,形成短路计算电路图;等值简化网络,简化目标是所有电源到短路点都只有一个等值电抗的最简单等值电路图;采用无限大容量系统的概念计算现实中电力系统对短路点提供的短路电流;采用无限大容量系统的概念计算现实中电力系统的短路电流;叠加不同元件相同时刻的短路电流。
短路电流,电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接(短路)时流过的电流。
在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。
三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的,故称为对称短路;其他几种短路均使三相电路不对称,故称为不对称短路。
主要分类三相系统中发生的短路有 4 种基本类型:三相短路,两相短路,单相对地短路和两相对地短路。
其中,除三相短路时,三相回路依旧对称,因而又称对称短路外,其余三类均属不对称短路。
在中性点接地的电力网络中,以一相对地的短路故障最多,约占全部故障的90%。
在中性点非直接接地的电力网络中,短路故障主要是各种相间短路。
发生短路时,电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态,一般需3~5秒。
在这一暂态过程中,短路电流的变化很复杂。
它有多种分量,其计算需采用电子计算机。
在短路后约半个周波(0.01秒)时将出现短路电流的最大瞬时值,称为冲击电流。
它会产生很大的电动力,其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。
短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。
它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。
供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作。
为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。
计算目的计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。
在变电所和供电系统的设计和运行中,基于如下用途必须进行短路电流的计算:(1)选择电气设备和载流导体,必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
(2)选择和整定继电保护装置,使之能正确的切除短路故障。
(3)确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。
(4)保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏,尽量减少因短路故障产生的危害。
计算条件1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.计算方法即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.1.主要参数Sd三相短路容量 (MVA)简称短路容量校核开关分断容量Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定x电抗(Ω)其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键.2.标么值计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).(1)基准基准容量 Sjz =100 MVA基准电压 UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4因为 S=1.73*U*I 所以 IJZ (KA)1.565.59.16144(2)标么值计算容量标么值 S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量S* = 200/100=2.电压标么值 U*= U/UJZ ; 电流标么值 I* =I/IJZ3无限大容量系统三相短路电流计算公式短路电流标么值: I*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).短路电流有效值: Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)冲击电流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC冲击系数,取1.8所以 IC =1.52Id冲击电流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC ,取1.3这时:冲击电流有效值IC =1.09*Id(KA)冲击电流峰值: ic =1.84 Id(KA)掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流; 设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.口诀算法1.系统电抗的计算系统电抗,百兆为一。
容量增减,电抗反比。
100除系统容量例:基准容量 100MVA。
当系统容量为100MVA时,系统的电抗为XS*=100/100=1当系统容量为200MVA时,系统的电抗为XS*=100/200=0.5当系统容量为无穷大时,系统的电抗为XS*=100/∞=0系统容量单位:MVA系统容量应由当地供电部门提供。
当不能得到时,可将供电电源出线开关的开断容量作为系统容量。
如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流为40KA。
则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为XS*=100/692=0.144。
2.变压器电抗的计算110KV:10.5除变压器容量35KV:7除变压器容量6~10KV: 4.5除变压器容量。
例:一台35KV 3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875一台10KV 1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813变压器容量单位:MVA这里的系数10.5,7,4.5 实际上就是变压器短路电抗的%数。
不同电压等级有不同的值。
3.电抗器电抗的计算电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。
例:有一电抗器 U=6KV I=0.3KA 额定电抗 X=4% 。
额定容量 S=1.73*6*0.3=3.12 MVA. 电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15电抗器容量单位:MVA4.架空线电抗的计算架空线:6KV,等于公里数;10KV,取1/3;35KV,取 3%0例:10KV 6KM架空线。
架空线路电抗X*=6/3=25.电缆电抗的计算按架空线再乘0.2。
例:10KV 0.2KM电缆。
电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013。
这里作了简化,实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关,截面越大电抗越小。
6.短路容量的计算电抗加定,去除100。
例:已知短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2, 则短路点的短路容量Sd=100/2=50 MVA。
短路容量单位:MVA7.短路电流的计算0.4KV,150除电抗6KV:9.2除电抗10KV:5.5除电抗35KV:1.6除电抗110KV,0.5除电抗例:已知一短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2, 短路点电压等级为6KV,则短路点的短路电流 Id=9.2/2=4.6KA。
短路电流单位:KA8.短路冲击电流的计算1000KVA及以下变压器二次侧短路时:冲击电流有效值Ic=Id, 冲击电流峰值ic=1.8Id1000KVA以上变压器二次侧短路时:冲击电流有效值Ic=1.5Id, 冲击电流峰值ic=2.5Id例:已知短路点{1600KVA变压器二次侧}的短路电流 Id=4.6KA,则该点冲击电流有效值Ic=1.5Id,=1.5*4.6=7.36KA,冲击电流峰值ic=2.5Id=2.5*406=11.5KA。
可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗{标么值}.但一定要包括系统电抗ANSI/IEEE 标准短路电流计算相关标准:以ANSI/IEEE 和UL标准为依据进行短路电流计算大致有如下标准:标准名称IEEE C37.04IEEE C37.04fIEEE C37.04g对称电流的交流高压回路断路器恒定结构标准和附录IEEE C37.04hIEEE C37.04iIEEE C37.04IEEE C37.010IEEE C37.010b交流高压回路断路器在对称电流基础上的应用指南和附录IEEE C37.010eIEEE C37.010IEEE C37.013 交流高压发电机回路断路器在对称电流基础上的额定值标准展开其他资料短路电流的危害电力系统中出现短路故障时,系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降,可能破坏各发电厂并联运行的稳定性,使整个系统解列,这时某些发电机可能过负荷,因此,必须切除部分用户。