短路电流（精选9篇）
短路电流 篇1
摘要：高压厂用母线本身或电动机回路近母线点发生三相短路时,非故障电动机向短路点的反馈电流可能导致其自身电流保护动作;从实例验证并分析该情况,并探讨通过设置功率方向判别的高、低值电流保护,增加保护出口延时两种方案解决此问题。
关键词：短路反馈电流,电动机,保护改进
0 引言
火力发电厂厂用高压母线上集中接入了很多大容量异步电动机,在母线本身或某个负载回路近距离发生三相短路时,因短路点的电压骤降为零,但原来运行的非故障电动机的次暂态电势在短路前后不会突变,故会向短路点产生反馈电流;而且由于次暂态电势与电动机转子绕组的合成磁链成正比,因此反馈电流也与电动机容量成正比。目前某些发电厂厂用微机保护装置为提高灵敏度,往往取较小的速断保护整定值,因此无法躲过短路反馈电流。下面是一个实例。
1 故障情况及保护动作情况分析
1.1 一次接线图及短路点
图1所示是某电厂一段厂用6 k V母线的接线图,图中仅画出母线段上的相关负载,未画出全部负载。
1.2 保护动作情况
根据故障录波显示,在#2B磨煤机跳闸后,紧接着有三台相邻的电动机的速断保护相继动作,其保护动作情况见表1。
1.3 短路点分析
经事后检查发现,短路点位于#2B磨煤机接线盒内,其每相电缆头烧熔脱落;而且根据故障录波装置记录的短路电流波形显示属于明显的对称短路特性,故可判断该接线盒处发生了三相短路故障。据分析故障发生的原因是长期运行中的振动导致电缆头接线松动,引起局部温度逐步增高,最后导致绝缘破坏引发三相短路故障;对于#2B磨出现高达近60倍额定电流的短路电流也是比较符合现场实际情况的。
1.4 非故障电机保护跳闸原因分析
在#2B磨煤机接线盒出现三相短路故障后,故障录波显示A、B、C三相对地电压由原来的3.77 k V、3.78 k V、3.76 k V分别降低至0.631 k V、0.633 k V、0.634 k V,降幅高达83%,且低电压时间持续64.5 ms。根据相关论文的分析依据[1],对于接于同一段母线上的原正常运行的负载会向故障点有反馈电流;反馈电流的大小与电机容量成正比,小容量电机一般取5倍额定电流,大容量电机一般取5.5~6.0倍额定电流。该准则与保护装置记录的实际动作电流相吻合。因为在随后的检查中除#2B磨外,其它负载均启动正常,因此可判断#2B送风机、#2B一次风机、#2B汽泵前置泵是受异步电机的短路反馈电流影响而动作。
因为扩大了停电范围,故认为除故障负载以外的其它动作行为都是不妥当的,应该采取一定的措施予以避免。
2 原速断保护定值整定原则及特点分析
2.1 整定原则
2.1.1 速断定值
速断保护电流整定值为最大启动电流的60%,时间整定值为0 s;最大启动电流取8倍额定电流(8IN),因此速断整定值为4.8倍额定电流(4.8IN)。
2.1.2 躲启动电流
装置设置了“有流判据”,当采样电流由零增加至大于空载电流的90%的折算值时,则认为电动机进入启动状态。此时速断电流整定值自动翻倍,即2×4.8=9.6倍额定电流,同时开始启动时间计时。
根据负载的特性,事先设定每台电动机的启动时间,如一次风机设定为30 s。启动状态下两倍速断定值(9.6IN)持续保持至启动时间结束后,自动恢复至单倍速断定值(4.8IN)。
2.2 特点分析
原整定原则在非启动阶段的定值为4.8IN,虽然保护区间大,动作灵敏度高,但不带功率方向,无法躲过短路反馈电流和自启动电流。
若想躲过反馈电流,则速断定值必须设置5.5 IN~6.0IN,则启动阶段整定值自动翻倍至11IN~12 IN,显然高出实际的启动电流太多,基本上失去了保护功能。
3 改进方案及特点分析
3.1 方案一:设置高、低定值电流保护,且低定值
的带功率方向闭锁
3.1.1 正功率方向闭锁短路反馈电流动作
针对异步电动机的短路反馈电流都是由非故障电动机流向故障点的特性,故在保护装置内增加功率方向判别;以功率从母线流向电动机为正方向,反之从电机流向母线为负方向;当且仅当同时出现正功率方向和电流大于设定值时保护动作,其它情况一概闭锁动作。在微机保护中判断功率的正负方向是比较容易实现的。
3.1.2 两段独立的高、低定值电流保护
取消原来一个电流保护但区分两种状态(启动状态与正常运行状态)变换定值的做法,设置彼此独立的两个电流保护,即启动阶段和正常运行阶段分开整定,其逻辑框图见图2。
1)取高定值电流保护躲过启动电流
取消原有启动状态下定值翻倍的功能,设置最大启动电流(8IN)为高定值,当电流超过高定值时零秒出口跳闸,且可不带功率方向闭锁。
2)取正功率方向下低定值躲过自启动电流
因目前火力发电厂厂用6 k V系统多数选用厂用快切装置,厂用母线电源切换时间很短(实测500 ms内),电压波动很小(实测小于10%);故厂用电机自启动电流取4.5倍额定电流即可。
取正功率方向下60%最大启动电流(4.8IN)为低定值即可躲过自启动电流;而且仍然利用装置的“有流判据”构成启动状态的闭锁,也就是说在非启动状态下正功率方向下超过4.8 IN时零秒出口跳闸。
3.1.3 方案一特点分析
因为设置了正功率方向闭锁,故具有两方面的优点:
1)可避免短路反馈电流引起动作。
2)低定值相对较小,增加了保护区间,提高了灵敏度。
3.2 方案二:设置适当的出口延时
3.2.1 延时时间的设定
根据相关论文的分析依据[1],异步电动机经历5个周波,其短路反馈电流衰减幅度可达到4.8IN(电流保护的整定值)以下,因此若保持原有的保护整定方法不变,仅增加100 ms出口跳闸的延时也可使原有电流保护躲过短路反馈电流。
3.2.2 方案二特点分析
虽然该方案简单易行,但因为设置延时,牺牲了保护的速动性,增加了故障电流的持续时间,导致电气一次设备受损加剧,比较起来有其不可取之处。
4 结束语
鉴于微机保护对功率方向判别的简单易行性,从提高设备运行可靠性的角度出发,未设置功率方向闭锁电流保护的电厂宜增设该功能。
参考文献
[1]康家义,康欢,文屹.大容量异步电动机的短路反馈电流[J].贵州科学,1997,(4):280-285.KANG Jia-yi,KANG Huan,WEN Yi.The Short-circuit Feedback Current of Large Capacity of Asynchronous Electrical Motor[J].Guizhou Science,1997.1997,(4):280-285.
短路电流 篇2
照明设计是城市道路设计中比较重要的一项设计内容。为了确保城市道路照明能为车辆驾驶人员以及行人创造良好的视看环境，达到保障交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果，建设部于91年特制定了《城市道路照明设计标准》CJJ45-91.标准要求道路照明设计原则为“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便。”并对照明标准、光源和灯具的选择、设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求，笔者在工程设计中运用和深入了解标准的过程中，确实得到了很多的益处，同时也发现一些不完善之处，比较突出的是规范中对照明供电保护及电缆选择没有做详细说明和要求，而这部分内容的设计正确与否直接影响到“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便”这个基本原则。在道路实际使用中发生的电气故障，小到电缆烧毁，大到人身触电伤亡事故的出现，都于与此相关。笔者希望本文起抛砖引玉的作用，以引起有关部门的重视，并与本行业同仁一同探讨。
在道路照明配电中，由于配电线路较长，配电线路零序阻抗较大，单相接地(零)短路电流相对较小。为了计算低压配电系统的单相接地(零)电流，需要利用不对称短路电流的计算方法。不对称短路电流可利用计算三相短路的原则进行计算。因为电压的对称分量与相应的电流对称分量成正比，因此在正序、负序和零序分量中，都能独立地满足欧姆定律和克希荷夫定律。正序、负序和零序电流也只产生相应地正序、负序和零序电压降，利用这一个重要的性质，可以用电工学中对称分量法分析在对称电路中所产生的各种不对称短路。
单相接地(零)短路电流的计算
不对称短路时，由于距发电机的电气距离很远，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，因此，可假定正序阻抗约等于负序阻抗。单相接地(零)短路电流按下式计算：
式中Up平均线电压(V)R0，X0，Z0配电网络的总零序电阻，总零序电抗，总零序阻抗。R1，X1，Z1配电网络的总正序电阻，总正序电抗，总正序阻抗。
电路中主要元件阻抗
1、电力系统正序电抗的计算在计算低压电力网络短路时，有时需要计入系统电抗XX，如果系统电抗不知，只有原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量Sdn(MVA)时，则系统正序电抗可近似地按下式计算：式中Uj=Up平均线电压(V)Sdn原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量(KVA)。
2、变压器阻抗的计算
变压器的正序电阻：
变压器的正序电抗：式中ΔPd变压器短路损耗(kW)Ue变压器二次侧额定电压(V)Se变压器额定容量(KVA)Ud%变压器阻抗电压百分比，变压器的零序电抗是与其本身结构和绕组的接法有关。目前不少厂家生产的Dyn11结线变压器比Yyn0结线变压器零序阻抗小，二次侧短路电流大，可提高一次侧过电流保护兼作二次侧单相接地保护的灵敏性。故建议使用Dyn11结线变压器，变压器的零序电阻，零序电抗的取值计算如下：R0=RⅠ+RⅡ=R1X0=X1+XⅡ=X1式中R0，X0变压器的零序电阻，零序电抗。RⅠ，X1变压器的一次绕组电阻，漏电抗。RⅡ，XⅡ变压器的二次绕组电阻，漏电抗。R1，X1变压器的正序电阻，正序电抗。
3、推导参见机械工业版社出版的高等学校教材《工厂供电》。铜、铝母线电阻电抗的计算(矩形截面母线各相在同一平面内)
自动开关的选择
1、自动开关额定电流的确定一千米路灯数量为14盏，高压钠灯功率因数为0.45.道路照明计算电流：
Iez≥Ijs取Iez=100A
2、自动开关长延时动作的过电流热脱扣器额定电流的确定IZd1≥KzlIjs=1×23=23A取脱扣器额定电流为It.e=25A照明用自动开关长延时脱扣
器对高压钠灯的计算系数取1.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21.
3、自动开关瞬时动作的过电流脱扣器的确定Izd3≥Kz3Ijs=6×23=138A取LZd3=150A，照明用自动开关瞬时脱扣器对高压钠灯的计算系数取6.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21.
4、按短路电流校验自动开关动作灵敏性自动开关动作系数取1.5时，灵敏性远远达不到要求。
用自动开关动作系数及短路电流确定自动开关瞬时脱扣器整定倍数值由于单相接地电流较小，现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流，一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护，容易使电缆长时间过电流，轻则烧毁电缆，重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电，即使配电中尽量使三相平衡，零序电流仍较大，也不能使用另加零序保护装置的措施。按“JB1284-73”的规定，非选择型配电用自动开关的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍)，只具有瞬时过电流脱扣器的自动开关，其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的.是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：
1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。
2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。能满足保护要求。由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。
遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。
目前解决这个问题的办法：
1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。
2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。
能满足保护要求。由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：
1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。
短路电流 篇3
国网河南禹州市供电公司 461670
摘要：在电力系统的设计和运行中，不仅要考虑正常工作状态，而且还必须考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。本文分析了电力系统短路电流的危害，介绍了目前我国常用的一些限制短路电流的方法，并探讨了进一步提高限制短路电流水平的措施。
关键词：电力系统；短路电流
1 引言
电力系统短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。当发生短路时，电源电压被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路电流。三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费，若偏于乐观则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。随着我国电网规模的快速增加，使短路电流不断升高，已严重影响到电网的安全运行，这也成为制约电网发展的重要因素。有预计指出，三峡电站可能的最大短路电流周期分量将达300kA，而目前国际上生产的100kA的GIS已是属最大容量，国内尚无此生产能力。因此，限制短路电流是电气工程设计者在发电厂和变电站设计中经常遇到和需要解决的技术问题。
2 短路电流及其危害
2.1 短路电流
短路电流是电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。
2.2 短路电流的危害
① 短路电流增大，断路器、隔离开关、电流互感器等串接设备以及母线等设备需要承担大电流冲击，故必须选择大容量设备，且输电线路也必须要大容量，这就造成设备投资大大增加。
② 由于短路电流增大，系统单相接地短路电流也随之增大，这也造成了对通信线路电磁感应危害的增加。同时也造成铁塔附近接触电压和跨步电压的增加，危害人畜生命安全。
③ 短路电流增加，架空导线的温度也会上升，造成线夹部分过热，同时也使架空线路故障点损伤加剧，如绝缘子破损、导线熔断等问题。
因此，在电气工程设计中，限制短路电流的目的主要是：① 保证导体和电气设备的安全运行，从而保证电网安全、可靠地抢送电能；② 使用轻型廉价电器，降低工程投资。
3我国限制电网短路电流的主要方法
目前在电力系统中，用得较多的限制短路电流的方法有以下几种：
3.1选择发电厂和电网的接线方式
通过选择发电厂和电网的电气主接线，可以达到限制短路电流的目的。
为了限制大电流接地系统的单相接地短路电流，可采用部分变压器中性点不接地的运行 方式，还可采用星形-星形接线的同容量普通变压器来代替系统枢纽点的联络自耦变压器。
在降压变电所内，为了限制中压和低压配电装置中的短路电流，可采用变压器低压侧分列运行方式；在输电线路中，也可采用分列运行的方式。
对环形供电网，可将电网解列运行。
3.2 采用分裂绕组变压器和分段电抗器
在大容量发电厂中为限制短路电流可采用低压侧带分裂绕组的变压器，在水电厂扩大单 元机组上也可采用分裂绕组变压器。
3.3 采用线路电抗器
线路电抗器主要用于发电厂向电缆电网供电的6～10kV配电装置中，其作用是限制短路 电流，使电缆网络在短路情况下免于过热，减少所需要的开断容量。
3.4 采用微机保护及综合自动化装置
从短路电流分析可知，发生短路故障后约0.01s时间出现最大短路冲击电流，采用微机保护仅需0.005s就能断开故障回路，使导体和设备避免承受最大短路电流的冲击，从而达到限制短路电流的目的。
4限制短路电流的多种措施
4.1 运用FCL限制短路电流
故障电流限制器（FCL，faultcurrentlimiter）是现代电力系统中的重要元件。使用FCL的优越性有：
（1）一般来说，电压等级越高，故障电流越大，越难以开断，而FCL的使用可直接减轻断路器的开断负担。
（2）快速限制短路电流可减少线路的电压损耗和发电机的失步概率，如果能配置恰当的限流器，则系统的功角稳定、电压稳定和频率稳定都能得到有效的改善，电网和设备事故也就可得到有效的控制。
（3）目前输电线路的实际输送能力均在稳定极限以下，如果限流器能在短路电流达到峰值之前就发挥作用，大多数设备设计和选用时所要求的热稳定极限及动稳定极限就可降低，电网的热极限及稳定极限比也可相应减小，从而大大提高了输电线路的利用率，降低整个电网的投资。
限流熔断器实现的FCL，要适应自动重合闸还有待于自恢复限流熔断器的发展，并且这种方法要求有能承受正常状态下CT接线方式而故障状态下PT接线方式的变压器，因此对变压器的性能要求较高，但此方法最为简单，开发周期最短，不失为一种可供参考的方法。若选择间隙放电式FCL作为原始研究，它的技术难点在于放电间隙的选择及如何提高其工作稳定性，这种方式的FCL在目前经济技术的基础上是最可取的。
4.2 从系统结构上采取措施
结合系统规划，从系统结构上采取措施可考虑：发展更高一级电压电网；采用直流联网；新的大容量电厂要尽量接入最高一级电压网络；建设新的输电线路时，注意降低网络的紧密程度；分区供电，低压电网分片运行，多母线分列运行或母线分段运行等。上述各种思路及方法应根据具体网络实际情况和技术经济角度出发研究制定，并最大限度地保证供电可靠性。
4.3 变压器中性点加装小电抗接地
随着500kV变电站逐渐增多以及500kV自耦变的大量使用，部分500kV厂站220kV侧母线单相短路电流大于三相短路电流，这时可以采取在500kV主变的中性点处加装小电抗接地，来解决单相短路电流超标的问题，但需加装多大电抗值的小电抗需要从所需限制的短路电流水平、设备绝缘水平，系统稳定性和经济性等多方面因素来综合考虑。
4.4 采用限流电抗器
采用串联电抗器以增加系统等值阻抗从而限制短路电流在理论上是很有效的，但在实际中，串联电抗器大多用于10～35kV电压电网，如发电厂的厂用电系统，或装在母线上，或装在电缆出线上，在220kV及以上电压等级系统中应用得比较少，在这方面还要进一步加大研究力度。
4.5 各大电网限制短路电流的经验
对于单相短路电流较大的网络，可以考虑采用变压器中性点加装小电抗接地的措施限制短路电流；对于三相短路电流较大的网络，可以考虑采用高阻抗变压器的措施限制短路电流。
当750kV网架结构比较坚强后，应逐步实现分层分區的运行方式来限制短路电流。
实现变电所母线分列运行是限制短路电流最直接、最有效的方法。
在经济合理与建设条件可行的前提下，应采取将主力电厂直接接入最高一级电压电网的措施限制短路电流。
5 结语
总体上看，提高电网的短路电流水平是一个长期而且复杂的过程，要把短路电流的控制问题落实到规划阶段，在规划中综合考虑电网和电源的建设和发展；同时结合目前的电力市场改革，研究实施短路电流市场化的方案，并积极推进与有关高校、科研院所合作共同研制新的限制短路电流的设备。
参考文献：
[1]张东虞.电力系统运行中的短路故障与短路电流计算[J].硅谷，2009（7）.
[2]韩建锋.浅议电力系统中变压器抗短路能力提高的措施[J].硅谷，2008（21）.
[3]咸日常.电力变压器出口短路事故的危害与防范措施[J].电力设备，2006（2）.
短路电流的限制措施分析 篇4
1 短路的定义及主要原因
三相系统中发生的短路有四种基本类型: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。
造成短路的主要原因有:
1)线路老化,绝缘破坏而造成短路;
2)电源过电压,造成绝缘击穿;
3)小动物(如蛇、野兔、猫等)跨接在裸线上;
4)人为的多种乱拉乱接造成;
5)室外架空线的线路松弛,大风作用下碰撞;
6)线路安装过低与各种运输物品或金属物品相碰造成短路。
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。
2 限制短路电流的必要性
电网短路电流的增加在电网的安全运行与管理中起到了两方面的作用。一方面,短路电流的增加可以提高电网的暂态稳定性,使系统稳定分析和控制更加直观、简单,同时可大幅改善系统的电压特性,为系统的逆调压创造有利条件。另一方面,短路电流的增加对电网的安全运行构成了严重威胁,首先,可能造成断路器的开断容量不能满足越来越大的短路电流,从而不能有效切除故障,造成设备损坏,导致故障范围扩大,影响电网的安全运行。其次,为了满足线路的热动稳定的要求,必须选用容量较大的电气设备,给电网建设的经济性带来巨大负担。再次,发生接地故障时,由于注入大地的短路电流过大,会产生强大的地电位反击,使接地点附近的建筑物或者牲畜、人身的安全收到严重威胁。为此,需要采取有效措施来限制电网短路容量,降低短路电流水平。
3 目前国内外限制电网短路电流的主要措施
1)提升电压等级,下级电网分层分区运行:将相同电压等级的网格分成若干区,辐射型接入更高一级的电网,原有电压等级电网的短路电流将随之降低。例如:在500kV电网发展的基础上,将500kV电网与220kV电网解环运行,使220kV电网分层分区运行是限制短路电流最直接有效的方法。
2)变电站母线采用分段运行:将电网分裂运行可以增大系统阻抗,有效降低电网短路电流水平。该方法实施简单,但会减弱系统间的电气联系,降低系统安全裕度和运行的灵活性,同时有可能造成母线负荷分配不均衡。
3)采用高阻抗变压器和发电机:加大发电机阻抗会增大正常情况下发电机自身的相角差,对系统静态稳定不利,采用高阻抗的变压器同样也会有增加相角差的问题。因此,在选择是否采用高阻抗变压器和发电机时需要综合考虑系统的短路电流问题和稳定问题。
4)加装变压器中性点小电抗接地:加装变压器中性点小电抗对减轻三相故障的短路电流无效,但对限制短路电流的零序分量有明显的效果。该措施施工方便,投资较小,适用于单相短路电流过大而三相短路电流相对较小的场合。但中性点小电抗仅对降低220kV电网局部区域单向短路电流的作用较大。
5)采用串联电抗器:加装串联电抗器可降低系统短路电流,但会使正常方式下系统的阻抗增加,从而导致电网损耗增加。采用可控硅技术,可实现正常方式下串联电抗器阻抗为零,发生短路故障且电流超过限制时串联电抗器的阻抗在极短的时间内增大到动作值,起到限制短路电流的效果。
6)采用适当的电压调节手段:为协调电网中各种无功功率调节与电压控制,需要采用超高压系统提供“电压参考”作为全系统电压的基础。
7)采用直流背靠背(Back-to-Back DC Transmission System)技术
短路电流含无功电流分量,而直流输电只输送有功功率而不输送无功功率。对现有的交流系统通过直流系统将交流系统适当分片,即选择在同一地点装设整流逆变装置,将两套装置连接起来而不架设直流输电线路,可以限制短路电流水平,但换流装置设备费用较高。
8)采用基于TPSC技术的短路电流限制器:基于TPSC技术的短路电流限制器作为一种新型FACTS设备,不仅能够有效地抑制短路电流,而且具有不改变电网正常情况下的有功、无功和电压分布的优点。
9)提高断路器的遮断容量:在断路器容量满足生产条件的情况下,增大断路器的遮断容量也是一种比较好的解决方法。
10)综合方法:基于电网实际情况的研究,将上述的各种限制短路电流水平的措施进行筛选和组合,以期达到最好的效果。
4 近几年来采取限制短路电流的水平的方法
1)发展更高一级电网,实现分层分区运行:实现220kV电网的分层分区运行是电网降低系统短路电流的主要措施。在负荷密度较大地区,新建电厂应合理接入220kV电网,以减小500kV电网的短路电流。虽然机组接入220kV电网后,220kV短路电流增加较多,但通过220kV电网分区运行加以控制,相对影响面较小。
220kV电网实现与上一级500kV电网的分层运行,与相同电压等级供区之间的分区运行,简化网络保证电网安全稳定运行的同时,对降低系统短路电流水平有显著的效果。经过220kV分层分区运行后,一般可以将220kV区域电网母线短路电流限制在45kA以下。
2)加装变压器中性点小电抗接地装置:在500kV电网未形成坚强的结构之前,500kV与220kV网架将共同承担电网的输配电任务,所有500kV/220kV将在一定时期内合环运行。在此运行方式下,对于在不采取任何限制短路电流措施时,单相短路电流将接近断路器遮断容量时,在进一步分层分区运行后,在主变中性点经过加装15欧小电抗接地后,虽对三相短路电流不产生影响,但单相短路电流可明显降至设备运行范围内,且母线单相短路电流小于三相短路电流。由此看来,对于单相短路电流较大的变电站,采取加装变压器中性点小电抗接地装置,可较好的抑止短路电流。
3)采用变电站母线分列运行:由于电网中部分运行时间较长的变电站设备老化,且短路电流接近设备的遮断容量,不能满足设备要求。可以对其母线采取分列运行措施。
4)选取遮断容量较高的断路器:随着电网规模的不断扩大,电网联系的不断加强,短路电流增大将是必然的趋势。目前,大部分电网500kV变电站的220kV断路器的遮断容量大部分为50kA的较老设备,对于新建变电站及发电厂可选取遮断容量为63kA甚至更大遮断容量的断路器。
5)采用高阻抗主变压器:在确保系统稳定的前提下,采用高阻抗变压器来控制短路电流的效果也很明显。当变压器阻抗增加10%时,可分别使500kV与220kV母线的三相短路电流下降2.6kA和9.7kA。另外,也可以提高发电机出口变压器的阻抗,从而减小发电机注入系统的短路电流。
5 采取限制电流措施引起的问题及应对方法
1)实行电网分区运行引起的问题及应对方法:
(1)实行电网分区运行,解开了各片电网之间的联系,容易造成处于各分区电网边界处的220kV变电站成为终端变电站,导致供电可靠性明显降低。为提高终端变电站的供电可靠性,可加装备用电源自动投入装置。
(2)实行电网的分区运行,要求断开部分220kV线路,必然使地网结构减弱,引起潮流分布改变,使局部地区出线成为输电瓶颈,正常运行时易超过控制限额,某些检修方式下更严重,需结合电网改造和其它安全稳定措施来解决。同时断开线路可能造成部分变电站运行电压偏低。为保证电网稳定运行,可加装低电压切负荷装置。
(3)实行电网分区运行,开断的220kV线路一般采用一侧运行,另一侧热备用的充电方式。为保证充电线路在雷电运行方式下的安全,必须在热备用侧安装线路避雷器。
(4)实行电网分区运行,对地区110kV及以下部分电网倒负荷操作时,可能出线停电情况,给用户造成损失。可加装过流保护、同期装置来减少和避免先停后送的倒负荷操作方式,以提高用户的供电可靠性。
2)变压器中性点加装小电抗接地,较直接接地的中性点绝缘水平有更高的要求。另外,加装中性点小电抗对系统零序阻抗有一定的影响。因此,进行小电抗参数整定时,应充分考虑与继电保护的配合问题。
3)采用变电站母线分列运行措施,易出现主变输送能力下降问题。若分列运行不彻底,则正常方式下潮流可能存在迂回供电情况。对于500kV变电站的220kV母线的分列运行,应根据220kV线路的出线输送功率和主变下送功率制定尽量均衡的母线分列运行方案。
4)选取遮断容量较高的断路器和高阻抗变压器的措施,只能用于新建变电站及发电厂,若用于更换现有运行设备,投资成本较大,不宜采用。
6 结论
随着各省500kV电网的发展以及与省外电网进一步的联系,系统短路电流水平还降不断提高。在限制短路电流工作方面,除进一步结合电网状况深入研究更优化的组合方案以及应对这些方案可能引起的负面影响外,还可以结合一些新技术:如直流背靠背技术,加装可控串联电抗器等措施,来确定电网今后发展的短路电流限制措施和对策。每个电网都有其自身的特点,哪一种控制短路电流的方法更有效、更合理,应结合电网实际进行研究。
加强电网与限制短路电流水平是提高电网安全运行水平的两个方面,我们应该正确、科学的认识这两个方面的矛盾关系,不能片面强调一方面而忽视另一方面出现的问题。两方面的和谐才是正确发展之路。
参考文献
[1]李明,张小青.电力系统故障限流器技术的研究[J].电气时代,2005(4).
[2]向铁元,王智伟,秦跃进,等.短路电流水平及限制措施[J].湖北电网,2007(1).
[3]梁言桥.直流背靠背换流站设计探讨[J].电力勘测设计,2006(3).
[4]嵇立.110kV高阻抗变压器的应用[J].云南电力技术,2006(6).
限制低压电网短路电流的措施 篇5
1 限制低压电网短路电流的措施
目前在电力系统低压电网中, 用得较多的限制短路电流的方法有:合理选择发电厂和电网的接线方式;采用阻抗较大的变压器和采用限流电抗器;采用微机保护及综合自动化装置等。
1.1 合理选择发电厂和电网的接线方式
通过合理选择发电厂和电网的电气主接线, 可以达到限制短路电流的目的。在降压变电所内, 为了限制中压和低压配电装置中的短路电流, 可采用变压器低压侧分列运行方式。在输电线路中, 也可采用分列运行的方式。在这2种情况下, 由于阻抗大, 可以达到限制短路电流的目的。不过为了提高供电可靠性, 应该加装备用电源自动投入装置。在发电厂内, 减少发电厂母线上电流过度集中, 亦可达到降低发电厂母线处短路电流的目的。对环形供电网, 可将电网解列运行。电网解列可分为经常解列和事故自动解列两种。电网经常解列是将机组和线路分配在不同的母线系统或母线分段上, 并将母线联络断路器或母线分段断路器断开运行, 这样可显著减小短路电流。电网事故自动解列, 是指在正常情况下发电厂的母线联络断路器或分段断路器闭合运行, 当发生短路时由自动装置将母线联络断路器或分段断路器断开, 从而达到限制短路电流的目的。
1.2 选用阻抗较大的变压器或采用限流电抗器
在大容量发电厂中为限制短路电流可采用阻抗较大的变压器或低压侧带分裂绕组的变压器, 在水电厂扩大单元机组上也可采用分裂绕组变压器。为了限制6～10k V配电装置中的短路电流, 可以在母线上装设限流电抗器。限流电抗器只能限制发电机回路、变压器回路、母线上发生短路时的短路电流, 当在配电网络中发生短路时则主要由线路电抗器来限制短路电流。
2 实例介绍
某用户有2台50000kVA, 110/10kV的主变, 经2条110kV线路接入某220kV变电站, 10kV侧接入2台15MW的发电机。
2.1 设备参数
主变参数:#1、2主变为:SZ10-50000/110kV;110±8×1.25%/10.5kV;短路阻抗是Ud=18%。
发电机参数:QF-15-2的余热发电机;额定功率15MW;短路比为0.48;漏磁电抗Xe为11.13%;纵轴同步电抗Xd为232.5%;纵轴瞬变电抗X′d为23.2%;纵轴超瞬变电抗X″d为13.63%;负序电抗X2为16.6%;零序电抗X0为6.41%。
2.2 系统主接线图
系统的主接线图如图1所示。系统的运行方式是:110kV侧一进线运行, 一进线备用, 配置进线备自投装置, 10kV分列运行。
2.3 等值阻抗计算 (110kV母线系统侧等值阻抗为:j0.079)
(1) 变压器等值阻抗折算:Xb=Uk/Se=18/50=j0.036
(2) 发电机等值阻抗折算:Xf=X″d/Se=13.63/15/0.8=j0.8182
(3) 等值阻抗图如图2所示:
(4) 10kV母线等值阻抗为:
2.4 10k V母线最大短路电流计算
10kV母线最大短路电流:Idmax=Ij/X∑。式中Ij为10kV基准电流, 取5500A;X∑为10kV母线Ⅰ段或Ⅱ段总的阻抗, 如上图所示等于j0.284。则Idmax=5500/j0.284=-j19435 (A) 。
3 改造设计
用户因生产需要, 10kV侧再接入4台15MW的余热发电机组, 并改造#2主变, 要求使10kV短路电流控制在20kA左右。改造设计后的系统一次接线方式如图3所示。
3.1 限制10kV母线短路电流的措施
尽量平均分布发电机容量, #2主变采用双分裂主变, 在发电机和10kV母线间串接限流电抗器, 10kV 3段母线分列运行, 加装带负荷联切的备自投装置。
3.2 设备的选取
(1) 限流电抗器的选取:额定电流同发电机额定电流, 取1000A;电抗百分比选≥10%, 额定电压选取10.5kV, 则电抗器的阻抗标幺值≥j0.55。
(2) #2主变选取:考虑分裂绕组的容量必须大于2台余热机组的容量和, 则分裂变的容量选择为64000/3200032000kva, 分裂阻抗≥23%, 则双分裂主变低压侧分裂运行时, 阻抗标幺值为≥j0.36。
3.3 等值阻抗图
改造设计后的系统一次接线方式等值阻抗图如图4所示。由图4可求得10kV母线等值阻抗为j0.267。
3.4 短路电流计算
10kVⅠ、Ⅱ、Ⅲ段母线最大短路电流Idmax=Ij/X∑=5500/j0.267=20599A, 满足了改造设计的要求。
4 结束语
巧用“电流法”查找低压线路短路 篇6
低压台区线路点多、面广、线长，加上用户电气设备及线路相关附属设施，可以说是相当的复杂。而线路短路又是一种常见的故障，查找起来较为麻烦，通常查找的方法是在耐张段或T接处拆跳线查找故障点。这种方法既耗时又费力，且反复的停、送电对线路及设备极其不利，且不安全。笔者从事线路维护工作多年，经过反复琢磨，发现使用电流法查找低压线路短路故障点，可起到事半功倍的效果。
以L2和L3两根相线之间的短路故障查找为例。在台区控制柜内用试验剩余电流断路器的办法找出两相短路的相线，断开剩余电流断路器后分别松开剩余电流断路器的出线侧四根线，找一个1 kW左右的用电设备，在剩余电流相相线回路中，从剩余电流断路器出线侧任取一相电源给该回路供电(如图1所示)，通电后被短路电路中就形成回路通过电流。此时可用钳形电流表测量线路中有无电流的方法，按照主电流的流向逐级查有无电流的分界点，就可找到线路的短路点。
低压线路中相线与中性线发生短路的机会是最多的，按照上面介绍的方法，如图2所示，L3与中性线短路故障，将用电设备串联接入L3相导线与中性线导线构成的回路，电源同样可从剩余电流断路器低压侧任取一相，同理同样方法可快速查到线路的短路点。
低压短路电流计算软件的应用 篇7
关键词：计算软件,校验,短路电流,运行压降,尖峰压降,断路器灵敏度,线路热稳定
1 引言
在电气工程设计中,低压短路电流计算是选择和校验电气设备的依据。因其计算过程复杂繁琐,所以在设计中未能广泛应用。有的设计还能进行一些代表性计算,有的则根本没有计算,致使设计出的配电系统在断路器灵敏度或线路热稳定方面可能存在问题。如果运行中发生短路,不管是因灵敏度不够使断路器不能及时跳闸,还是因线路稳定性差而承受不了短路电流,都有发生电气火灾的可能。惨痛的教训让人们对断路器灵敏度和线路热稳定的校验更加重视。简化计算法、计算软件、计算表格等大量成果的问世,使低压配电系统设计中,短路电流计算应用的可操作性不断增强。尽管如此,在当前的设计中,能认真应用短路计算的还是很少,跟不上电气安全日益受到重视的形势,这就需要更多人的关注,推动已有成果的应用,开发出更为简捷、方便、实用的新成果。这正是笔者编制本软件的初衷,希望对同行有所帮助。
2 计算思路
图1所示的计算模型由电源系统、变压器、配电母线和一、二、三级配电系统几个环节组成。
2.1 阻抗计算
1)折算到0.4k V的电力系统阻抗:
式中:
Zs:电力系统阻抗(mΩ);
UP:变压器低压侧标称电压(k V);
Ss:电力系统短路容量(MVA);
当Ss=500MVA时:
电力系统的电抗Xs=0.995Zs(mΩ)
电力系统电阻Rs=0.1Zs(mΩ)
电力系统相保电抗Xsφp=2/3Xs(mΩ)
电力系统相保电阻RsΦp=2/3Rs(mΩ)
2)变压器阻抗(见表1)
式中:ZT、XT、RT:变压器阻抗、电抗、电阻(mΩ);
式中:ZφP:变压器相保阻抗。
3)配电母线阻抗(见表2)
式中:RM、r0:配电母线电阻、每米电阻(mΩ/m);L:配电母线长度(m)。
式中:XM、x0:配电母线电抗、每米电抗(mΩ/m);
式中:ZM:配电母线阻抗(mΩ);
式中:RMφP、rφP:配电母线相保电阻、每米相保电阻(mΩ/m);
式中:XMφP、XφP:配电母线相保电抗、每米相保电抗(mΩ/m);
式中:ZMΦp:配电母线相保阻抗(mΩ);
4)各级配电馈出支路的阻抗
(1)配电馈出支路可用封闭母线、电力电缆、铜导线穿钢管。阻抗参数见表3~表6。
(2)多根电缆并联称为多拼,用于多拼的电缆规格及多拼根数见表5。
(3)配电馈出支路阻抗:
式中:Rn、rx0:配电线路电阻、每米电阻(mΩ/m);n:配电级数编号,n=1,2,3,以下同。
式中:Xn、Xx0:配电线路电抗、每米电抗(mΩ/m);
式中:Zn:配电线路阻抗(mΩ);
式中:RnφP、rxφP:配电线路相保电阻、每米相保电阻(mΩ/m);
式中:XnφP、XxφP:配电线路相保电抗、每米相保电抗(mΩ/m);
式中:ZnΦp:配电线路相保阻抗(mΩ);
2.2 短路电流计算
1)三相对称短路电流
式中:
Ik:三相对称短路电流(k A)
Up:变压器低压侧标称电压(400V)
ZK、XK、RK:短路回路总阻抗、总电抗、总电阻(mΩ)
注:本表按铜母线,相间距离125mm的条件编制。
2)三相对称短路电流峰值
式中:Ich:三相对称短路电流峰值(k A)
Kp:峰值系数
3)两相短路电流
式中:Ik2:二相短路电流(k A)
Ik:三相短路电流(k A)
4)单相短路电流
式中:Id:单相短路电流(k A)
XφP、RφP:短路回路相保总电抗、相保总电阻(mΩ)
3软件应用
3.1数据准备
1)0.4k V电力系统阻抗
需输入:电力系统短路容量
可为:30、50、75、100、200、300、500或“-”。“-”表示“∞”。
当电力系统的电源阻抗不超过短路电路总阻抗的5%时,可视为无穷大系统。
2)变压器阻抗
需输入:变压器容量、变压器阻抗电压
变压器容量按表1数据输入。阻抗电压只有两种情况需填写。选用630k VA且阻抗电压为4%的变压器时填写“4%”;选用2 000k VA且阻抗电压为8%的变压器时填入“8%”。
3)配电母线阻抗
需输入:母线长度
由于配电母线阻抗占短路电路总阻抗的比例很小,其长度不必过于精确。
4)各级配电馈出支路的阻抗
需输入:线路长度,线路类型及规格,多拼根数
线路类型及规格由类型代号与规格组合而成。如:M1000、Y95、V120、G4。其中线路规格见表3~表6,线路类型代号如下:
M:封闭母线;
Y:YJV交联聚乙烯绝缘电缆;
V:VV聚氯乙烯绝缘电缆;
G:铜导线线穿钢管。
电缆多拼时需填入并联根数,不填则默认为“1”。
3.2 软件运行
1)本软件在AUTOCAD平台下运行,输入数据及计算结果存入数据表内。数据表为dwg文件,可复制、移动,不可放缩和格式修改。每个数据表对应一个短路计算模型,一个图面下允许放置多个数据表,每次只对指定的数据表进行计算。
2)软件命令
qb:清表。将表中非输入数据同时置为“-”。
qg:清格。逐个将选择的数据置为“-”。
dljs:短路电流等数据计算。
3.3 数据应用
计算出的数据有三相短路电流、三相短路峰值电流、二相短路电流、单相短路电流、线路允许短路电流等,这些数据可应用在:
1)用三相短路电流校验断路器的分断能力
在同一个短路点上的三相、二相和单相短路电流中,三相短路电流最大,因而用其校验断路器的分断能力。
2)用二相短路电流校验环网柜负荷开关的分断能力
环网柜发生短路时,由负荷开关断开的二相短路电流称之为转移电流,用负荷开关所在位置的转移电流校验负荷开关的分断能力。
3)用单相短路电流校验断路器的灵敏度
在同一线路末端发生的短路(三相、二相、单相)中,单相短路电流最小,因而用其校验断路器保护动作的灵敏度。
《低压配电设计规范》GB50054 6.2.4条中规定,“当短路保护电气为断路器时,被保护线路末端的短路电流不应小于低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。”
数据表“灵敏度校验”一栏示出了该线路在满足灵敏度要求时,允许的断路器瞬时和过载长延时整定值的上限。
4)校验低压配电柜及配电母线动、热稳定性
低压配电柜及配电母线应能承受三相短路电流峰值的冲击,当短路点附近所接电动机额定电流之和超过短路电流的1%时,还应计入电动机反馈电流的影响。
电动机反馈电流为:IM=6.5Ied
式中:
IM:电动机反馈电流(k A);
Ied:电动机总额定电流(k A)。
冲击总电流:ip=ich+iM
配电柜及配电母线安装的动稳定校验,一般由配电柜生产厂家进行。
5)校验线路的热稳定
需输入:断路器分断时间
随着单台变压器容量的增大,配电线路,特别是较短的线路,其热稳定的校验更为必要。当短路持续时间不大于5s时,绝缘导体的热稳定应按下式进行校验:
式中:S:绝缘导体的线芯截面(mm2);
I:短路电流有效值(方均根值A);
t:在已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间(t);
K:不同绝缘材料的系数。对于VV型电缆及BV型导线K值取115,对YJV型、YJY型电缆K值取143。
在根据载流量初选线路规格后,该线路允许通过的短路电流可由下式计算:
允许通过的短路电流决定于短路持续时间t。采用断路器保护时,短路持续时间取决于断路器的分断时间。由于不同品牌,不同类型的断路器分断时间相差很大。如施耐德公司提供的数据,塑壳断路器分断时间在50ms以内,微断在10ms以内,属高性能产品。设计中不能都以此参数进行计算,应以选用品牌的技术参数为计算依据。本示例中的断路器分断时间为经验数据,仅作为软件说明之用。
当短路持续时间不大于5s且不小于0.1s时,以三相短路电流I=Ik为校验基准电流。小于0.1s时,以短路冲击电流有效值为校验基准电流。短路冲击电流有效值为三相短路电流的1.09倍。如果算出的导体允许短路电流大于校验电流,则线路满足热稳定校验要求。否则应加大线缆截面、长度或更换分断更快的断路器。
4 软件功能的扩展
利用短路计算中算出的阻抗数据,本软件扩展了正常运行压降和尖峰压降的计算功能。
用电设备端子处的电压偏差应满足规范要求。对于电动机、一般工作场所的照明以及无特殊规定的其他设备,电压偏差不应超过土5%;对于难以满足要求,远离变电所的小面积一般工作场所、应急照明、道路照明和警卫照明等可以为+5%,-10%。
校验配电系统压降(电压偏差),校验系统中大功率电机全压(直接)启动时的压降对其它设备运行的影响,判断是否需采取降压启动措施等,均应对系统进行正常运行压降和尖峰压降的计算。
4.1 运行压降的计算
每级配电系统均可视为一个节点。每个节点电源进线中的“进线电流”等于计算支路中的“支路电流”与其它各出线支路汇成的“汇入电流”之和。下级节点的“进线电流”又是上级节点的“支路电流”,逐级上推,就得出图1所示模型中各处的电流关系:
式中:I3zy、I2zy、I1zy:三、二、一级配电支路电流(A);
I3hy、I2hy、I1hy:三、二、一级配电汇入电流(A);
Imy:配电母线电流(A);
Ity:变压器电流(A);
Isy:电源系统电流(A)。
各环节运行压降(V):
式中:
△U3y、△U2y、△U1y:三、二、一级配电环节电压降;
△Umy:配电母线环节电压降;
△Uty:变压器环节电压降;
△Usy:电源环节电压降。
图1所示的模型中,各计算点的电压降分别为:
需输入:(三级配电情况下:)I3zy、I3hy、I2hy、I1hy
(二级配电情况下:)I2zy、I2hy、I1hy
(一级配电情况下:)I1zy、I1hy
4.2 尖峰压降的计算
尖峰电流引起的压降称为尖峰压降。尖峰电流是除容量最大电机之外负荷正常运行的电流,再加上最大电机的启动电流。
式中:Ijf:尖峰电流;
Iqt:除最大电机之外负荷的运行电流。
Iqd:最大电机的启动电流;Iqd=KIed;电机启动系数K,与启动方式有关,一般鼠笼式电机全压(直接)启动时取5~7,本软件取7;软启动取2;星三角启动取2.33。
Ied:最大电机额定电流。
Iyx:包括最大电机在内全部负荷的运行(计算)电流,Iyx=Iqt+Ied。
Ijc:尖峰与运行电流之差。
在图1模型中,尖峰电流在I2hy处增加了Ijc,也使由I2hy往上所经过的Iz1y、Imy、ITy、Isy各处都增加了。
最大电机可能接在任一级配电系统内,同理可推导出其他情况下的尖峰电流关系。参照运行压降的方法,可以进行尖峰压降计算。
需输入:最大容量电机启动方式及容量
为组合数据,由启动方式和电机容量组成。如:Z100、R300、X75。
启动方式符号为:
Z:全压(直接)启动;
R:软启动器启动;
X:星三角启动。
5 结束语
以上是对本软件的介绍,希望朋友们能在设计中应用,更希望朋友们对软件中存在的问题批评指正。能否落实对设备及线路的相关校验,关系到能否消除设计中的隐患,关系到工程运行后生命和财产的安全。这是各方面必须高度重视的问题,也是每个电气设计人员义不容辞的责任。
铝电解整流系统短路电流计算 篇8
本文通过对整流系统进行等效变换,考虑整流变压器与整流器之间阀侧母线的自感及相互之间的互感,进行短路电流计算,并对3种计算结果进行比较。
1 整流系统参数
铝电解整流供电系统图如图1所示。
整流供电系统参数如下:
1)系统短路电流:ISCsys=26.702 k A,系统电压U1=220 k V。
2)调压变压器一次侧:STN=98.3 MV·A,UT1N=220 k V,IT1N=258 A。
3)整流变压器一次侧:URT1N=107 k V,IRT1N=2×265.2 A。
4)整流变压器二次侧:URT2N=790 V,IRT2N=4×17 962 A。
5)调压变压器短路阻抗(额定档):USCT%=3.64%。整流变压器半短路阻抗(额定档):USCRT%=20.82%。
6)调压变压器负载损耗Pk T=197 138 W;整流变压器负载损耗PKRT=271 810 W。
7)阀侧母线规格:长度l=2 945 mm,宽度w=36 mm,高度h=450 mm;母线温度70℃。
8)铝电解系列参数:电解系列直流电流400k A,电解系列直流电压960 V,单机组额定电流IDCN=2×44 k A,整流机组数为6机组。
2 等效变换法短路电流计算[2,3]
2.1 等效变换
为计算阀侧、直流侧短路电流,将系统、调压变压器阻抗均折算至整流变阀侧,系统等效变换后阻抗图见图2。
1)基准值选取:
2)系统阻抗:
3)调压变压器阻抗:
4)整流变压器阻抗:
阀侧母线布置见图3,桥臂导通顺序见图4。
5)阀侧母线阻抗:
式中:R20为阀侧母线20℃电阻值,R20=ρ/(h×w)(Ω);ρ为铜的电阻率,ρ=0.017 9Ω·m;l为母线长度,l=2 945 mm;w为母线宽度,w=36 mm;h为母线高度,h=450 mm;t为母线运行温度,t=70℃;α20为铜的温度系数,α20=0.003 85。
式中:l为导体长度,cm;L(M)为导体的自感(互感),H;g为导体断面自几何均距(计算L时),或导线互几何均距(计算M时),cm。
1)导体断面自几何均距计算:
式中:h为母排高度,cm;w为母排厚度,cm。
2)导线互几何均距计算
式中:h为母排高度,cm;w为母排厚度,cm;d为两根母排中心距,cm。
根据桥臂导通顺序计算各组母线的电感,以a11,a42,b61,b32导通时为例,a11母线电感为
式中:La11Z为母线自感;Ma11a42为母线a11与a42互感;Ma11b61为母线a11与b61互感;Ma11b32为母线a11与b32互感。
根据La11计算原则,计算各母线电感后,取平均值,得母线自感L为
L=6.656 7×10-7H
母线电抗XB为
整流变压器阀侧相电压Ea为
2.2 整流变压器阀侧短路
整流变压器阀侧线电流稳态短路值。
幅值:
有效值:
2.3 直流侧短路
1)稳态短路电流。
(1)直流侧短路时,整流变压器阀侧线电流稳态短路值。
幅值:
有效值:
(2)桥臂电流稳态短路值,直流侧短路时,三相桥电路由正弦全波电路转换为正弦半波。
幅值:
有效值:
每个桥臂短路电流为上述值的1/4,即80.2 k A。
2)短路电流冲击值。
式中:Kch为冲击系数[1],取1.8。
2.4 单桥臂短路
1)故障臂。
幅值:
有效值:
冲击值:
式中:Kbch为桥臂短路电流冲击系数[1],取2.35。
2)健全臂。
有较大冲击的臂:
式中:Kbch1为健全臂短路电流冲击系数[1],取2.0。
有较小冲击的臂:
式中:Kbch2为健全臂短路电流冲击系数[1],取1.4。
2.5 同相逆并联桥间短路
幅值:
有效值:
冲击值:
式中:Kbbch为桥臂短路电流冲击系数[1],取2.35。
3 功率法短路计算
系统短路容量:
3.1 阀侧短路
阀侧短路等效系统图如图5所示。调压变压器的短路容量SSCT:
整流变压器的短路容量SSCRT:
两个串联的变压器与供电系统的合并短路容量SACS C:
阀侧短路电流IACSC:
3.2 直流侧短路
根据Ferraz Shawmut公司工程经验,DC侧发生短路时,短路电流下降约15%。
直流侧短路电流IDCSC:
3.3 单桥臂短路
在此情况下,由于2条次级电路间的耦合因数原因,98.3 MV·A变压器的短路容量不再为944.3 MV·A,而是此值的90%。
单桥臂间短路等效系统图如图6所示。
两个串联的变压器与供电系统的合并短路容量Sb SC:
臂间短路电流Ib SC:
4 三相桥短路电流估算法[4]
此方法以电机工程手册所给的短路电流计算公式进行估算。
变压器短路阻抗USC%为
阀侧短路电流IACSC幅值:
有效值:
直流侧短路电流IDCSC幅值:
有效值:
5 结论
根据上述计算结果,不同短路点稳态短路电流有效值见表1。
从表1可以看出,阀侧短路时,等效变换法与功率法计算结果一致,估算法由于未计及系统阻抗和变压器电阻,计算值比实际值大;直流侧短路时,功率法中厂家根据经验取0.85倍阀侧短路电流,估算法中取0.7倍阀侧短路电流,两种方法的计算值均比等效变换法的计算值小,而且功率法单桥臂短路电流计算结果较直流侧短路电流还大,从定性分析角度出发,该数值值得商榷。
较其他两个算法而言,本文的等效变换法为同相逆并联的桥间短路电流计算提供了方法。
摘要：铝电解整流系统短路电流计算,对于调压整流变压器、整流器的设计等具有重要意义。旨在从同相逆并联系统出发,对整流系统进行等效变换,并计及阀侧母线的自感及互感,从而较为准确地对短路电流进行计算,通过与其他方法计算结果相比较,证明该方法实用、准确,可作为设备厂家的设计依据。
关键词：铝电解,整流系统,短路电流,同相逆并联
参考文献
[1]沈阳铝镁设计研究院电力室.硅整流所电力设计[M].北京:冶金工业出版社,1983.
[2]水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册:电气一次部分[M].北京:中国电力出版社,1989.
[3]王洪才,陈延镖,邵成杰,等.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社,1992.
直流输入对控制短路电流的作用 篇9
随着浙江省用电水平的持续上升,浙江的电源装机容量仍将不断增加。目前,浙江省的统调装机容量为33GW,至远景年份,将增加50GW左右,因此,浙江电网特别是500k V电网的短路电流水平必然会有大幅度的上升。
浙江电网落点建设直流输电,既可获得直流输电的容量,又可避免电源注入引起的短路电流增加。