短路电流计算及保护整定

1、短路电流及保护整定计算短路电流及保护整定计算机电装备处2010.8第一节第一节 短路电流计算短路电流计算 本节重点了解的内容：l（1）有哪些参数值需要计算；l（2）采用何种方法进行计算1.1 计算内容计算内容lZ 网络阻抗（电力系统短路后的各种参数变化，主要决定于网络阻抗；与电力系统运行负荷电流不同，其主要决定因素是负荷的大小，阻抗影响占到全局的15%左右。）l 三相稳态电流有效值（用于保护整定和校验电气设备和导体的热稳定） lIsh 三相短路最大冲击电流瞬时值 （用于校验电气设备及母线的动稳定） lIsh 三相短路最大冲击电流有效值 （用于校验电气设备及导体的动稳定）lSk 三相短路容量（用

2、于校验断路器断流容量） l 两相短路电流（用于保护整定） 两相短路属于非对称短路；它和三相短路均属于中性点不接地系统短路类型。(2)dI(3)dI1.2 无限大容量电源网络远端三相短路无限大容量电源网络远端三相短路 l电力系统的电源距短路点较远（一般配电系统多属于这种情况）l预期短路电流是由不衰减的交流分量和以初始值衰减到零的非周期分量组成无限大容量远端三相短路电流波形 1.3 计算条件计算条件l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。l供电系统是由电源、电缆

3、、变压器、开关、电机等等组成的一个复杂网络，影响短路电流的因素很多。短路电流计算，中国采用的是IEC标准，计算中主要简化原则如下：1、电源为无限大容量电源（端电压保持恒定，没有内部阻抗以及容量无限大的系统）；2、在短路持续时间内，短路相数不变，如三相短路保持三相短路； 3、具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置； 4、不计短路回路的接触电阻和电弧电阻；开关内部元件的各种阻抗、分布电容； 5、一般不计电网内连接的异步电动机将向短路点反馈短路电流；1.4 计算方法计算方法l常用的两种方法：标幺法和有名制法。l选择何种方法，没有什么标准规定，主要看哪种方法在特定的供电网络下计算更简便；更

4、重要的是，看哪种方法更适合你理解和应用。而国家短路电流计算标准，则规定在什么条件下，考虑什么参数进行计算更接近实际结果。1、有名单位制法（也称欧姆法，计算公式意义明确，计算过程简单 ） 煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则短路电流的计算方法 ，采用的就是有名制法。计算过程如下：(1) 计算阻抗： 式中： 短路回路总阻抗，； 短路回路的总电抗，； 短路回路总电阻，； 总电抗（总电阻）为短路回路中，各供电元件的电抗值（电阻值）的总和。注意不要遗漏任一个需要考虑的元件阻抗。22()ZXRZRX1.4 计算方法计算方法 线缆电抗： 线缆电阻： 式中：X0 、R0线缆的单位电阻、单位电抗， /Km；

5、L 线缆的长度，Km；(2) 计算短路电流 三相短路电流： 两相短路电流： 式中： Uav 各级线路始末两端的平均电压（线电压），1.05倍线路额定电压。这样做是为了简化计算。各标准电压等级的平均电压值如下表：(3)3avdUIZ(2)2avdUIZ标准电压（KV）0.1270.220.380.663平均电压（KV）0.1393.15标准电压（KV）61035110220平均电压（KV）6.310.5371152310XXL0RRL1.4 计算方法计算方法2、标幺法（相对单位制法） (1) 计算过程： 选择基准值，计算基准电流值计算阻抗标幺值计算短路电流(2) 注意： 一

6、般高压系统采用标幺法。看起来计算确实简单；原因是，忽略了系统电阻、变压器电阻等等，整个系统是纯电抗，给人一种错觉。如今，矿区供电出线基本上采用电缆供电，电阻、电抗均需考虑。从标幺法计算过程看，内容形式上并没有简单的迹象；供电网络电压变化仅两种左右，不存在更加复杂的电压变化。和井下低压系统短路计算方法不统一，易使人产生混乱感觉。3、井下低压网络的查表法 与公式法计算比，考虑系统和高压电缆电抗，在系统短路容量不小于20MVA，且高压电缆实际长度5Km时，误差10%左右。若不考虑系统、高缆阻抗，误差会更大一些。电缆长度10m的可以在短路计算中忽略。第二节第二节 保护整定计算保护整定计算本节重点了解的

7、内容：（1）负荷电流计算中的需用系数；（2）线路和设备配置的常用保护有哪些（3）保护整定的原则2.1 负荷电流计算负荷电流计算l计算过程： 设备分组选择或计算设备组的平均功率因数、需用系数计算用电负荷计算负荷电流l计算公式： 式中： 计算容量，KVA； 负荷额定电压，KV; 需用系数； 设备额定功率之和，KW； 设备组平均功率因数。l说明：1、对设备进行分组计算，是由于同一类型的电气设备组，具有相似的负荷曲线；短时工作制负荷一般不在负荷计算中考虑；断续周期工作制负荷需考虑负荷持续率。2、cospj和KX是设计部门统计和积累的资料，可直接查阅相关手册选择。33cosXNNpjNKPSIUUSNU

8、XKNPcospj2.1.1 需用系数需用系数l是电力负荷计算中引入的一个概念，指用电设备30min最大平均负荷(即为计算负荷，煤矿电工手册中为15min)与设备容量的比值，表示用电设备从电网实际取用的功率占额定功率的比例有大。l需用系数理论计算公式： 式中： 设备组的负荷系数； 设备组的同时系数 设备组的平均效率； 配电线路的平均效率l说明：1、综采工作面需用系数： 公式的含义：工作面计算负荷，相当于工作面最大一台电动机满负荷运转、其余负荷只发挥了40%。2、采区变电所的负荷计算中还应考虑采区变电所同时系数（供给二个工作面0.95，三个以上为0.9）；井下总负荷和地面变电所6-10KV母线还

9、需考虑各变电所同时系数(0.80.9)。/()xftpjlKK K fKtKpjlmax0.40.6xPKP2.1.2 说明说明l需用系数，不仅与设备的效率、线路损耗、负荷的大小有关系，而且与用电设备组的工作性质、操作方式、生产组织形式等因素有关。应尽可能通过实测数据分析确定，使之接近于实际。l功率因数，分为自然功率因数和人工补偿功率因数，存在人工补偿的情况应按补偿后的功率因数进行计算。功率因数经常变化，计算加权平均值也比较困难。影响功率因数的因素：用电设备和供配电设备的固有特性，负载大小，外加电压大小，供电频率波动。l可见，影响负荷电流大小的因素很多，要精确确定实际运行负荷和电流的大小是相当

10、困难的，至少目前还没有精确的科学理论。最好以实测数据分析为准。分析运行数据后可反推出需用系数为计算所使用，也为矿井下一步相似区域的供电设计作参考依据。l实际统计数据分析时，应注意考虑设计负荷功率、实际选用的设备额定功率和实际运行的功率的相互作用。2.2 井下供电系统保护整定计算井下供电系统保护整定计算l煤矿安全规程对井下电气设备保护的配置要求l欠电压保护、断相保护和低压开关漏电保护等出厂时已整定好，一般情况下，不必调整。设备或线路设备或线路要求配置的保护类型要求配置的保护类型高压电动机、动力变压器的高压控制设备应具有短路、过负荷、接地、欠电压保护装置采区变电所、移动变电站或配电点馈出线应具有短

11、路、过负荷、漏电保护装置低压电动机的控制设备应具有短路、过负荷、单相断线、漏电闭锁装置井下中央变电所高压馈电线必须装设有选择性的单相接地保护装置供移动变电站的高压馈电线必须装设有选择性的动作于跳闸的单相接地保护装置低压馈电线必须装设检漏保护装置或有选择性的漏电保护装置煤电钻必须使用检漏、漏电闭锁、短路、过负荷、断相等功能的综合保护装置2.2.1 几个概念几个概念l过负荷也称过载，是指在电力系统中发电机、变压器及线路的电流超过额定值或规定的允许值。导致设备电流过大，设备发热，长期过载会降低设备绝缘水平，甚至烧毁设备或线路。l过流 通过设备的电流超过额定值。大于回路导体额定载流量的回路电流都是过电

12、流。过流保护包括过载、断相和短路保护。l短路电力系统在运行中 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接称为短路。l主保护满足系统稳定性及设备安全要求，有选择性地切除被保护设备和全线路故障的保护。l后备保护：应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。后备保护可分为远后备和近后备两种形式。l远后备当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。l近后备当主保护拒绝动作时，有本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器失灵保护实现后备。2.2.1 几个概念几个概念l反时限保护装置启动后其动作时限随着作用量增大反而减小的一种保护。如应用于电动机过载保护的反时限过流保

13、护。l定时限保护装置启动后其动作时限与作用量大小无关的一种保护。l三段式过流保护由电流速断保护（ I段，也叫无时限速断保护）、限时限速断保护（II段）、定时限过流保护（III段）相配合构成的一整套保护。l最大运行方式在被保护线路末端发生短路时，系统阻抗最小，而通过保护装置的短路电流为最大的运行方式。l最小运行方式在被保护线路末端发生短路时，系统阻抗最大，而通过保护装置的短路电流为最小的运行方式。l利用电力系统正常运行和故障时参数的差别，可以构成哪些不同原理的继电保护： (1)反应电流增大而动作的过电流保护； (2)反应电压降低而动作的低电压保护；(3)反应故障点到保护安装处距离的距离保护；(4

14、)线路内部故障时，线路两端电流相位发生变化的差动保护。2.2.2 电磁启动器电磁启动器1、整定值： （取电动机额定电流的近似值）2、灵敏度： 式中： 电动机额定电流 被保护干线或支线距变压器最远点的两相短路电流值 电子保护器短路动作值 1.2 保护装置的可靠动作系数 一般电磁启动器只需整定出过载即可；短路整定值，通常设置在过负荷整定值的8倍（不可调），以躲过电机启动电流。煤矿井下低压电网短路保护装置的整定细则给出的就是一个整定值，严格来讲应该是2个值。也有可以调整短路倍数的保护，则应根据启动电流进行调整。 对于采煤机开关这样带有多种负荷的磁力启动器，应根据实际起动方式，适当选择整定值。最好选用

15、可以调整短路倍数的开关（就像馈电开关）。ZNII(2)1.28dmZIKINI(2)dI8ZI2.2.3 馈电开关馈电开关1、过载整定值：按实际负载电流值整定；2、短路整定值： （按躲过控制线路上尖峰电流值整定）3、灵敏度： 式中： 其余电动机的额定电流之和； 被保护干线或支线距变压器最远点的两相短路电流值 需用系数，取0.51 容量最大的电动机的额定起动电流，对于有数台电动机同时起动的工作机械，若其总功率大于单台起动的容量最大的电动机功率时，则为这几台同时起动的电动机的额定起动电流之和。 对于存在两回断路器的移动变压器，应据每回路所接负荷情况分别对两回路的保护器根进行整定。dZQNXNIIK

16、IQNINIXK(2)dI(2)1.5ddzII2.2.4 移动变压器高压配电装置移动变压器高压配电装置1、过负荷：一般使用反时限过流保护, 按变压器额定电流整定。2、短路： 式中： 变压器变比，为一、二次侧额定电压的比值。 类同低压馈电的短路整定原则，只是要将线路尖峰电流折算到高压侧。由于保护是根据一次侧电流互感器变比的一定倍数进行分级整定的，所以应选择接近于计算值的分级整定值。3、灵敏度校验： K 变压器二次侧短路电流折算到一次侧时的系数，Y/Y接线为1，Y/接线为3； 为变压器低压侧两相短路电流。 对于控制干式变压器的高开，可采取同样的整定原则。与地面变压器整定不同（过流按一次侧额定电流

17、，速断按二次侧三相短路电流）QNXNdZbIKIIK(2)1.5dbdZIKK IbK(2)dI2.2.5 高压电动机用高压配电装置高压电动机用高压配电装置1、过负荷：2、短路：3、灵敏度校验： 可靠系数，取1.3； 电动机额定电流，A； 电动机额定起动电流，A； 电动机起动时间，S； 高压电动机端子上的最小两相短路电流， A。 与地面异步电动机整定原则相同。 起动电流在反时限曲线上对应的时间值应躲过起动过程，根据实际情况设定时间常数。fzrelNIKIdzrelN stIKIsttt(2)2dmdZIKIrelKNIN stIstt(2)dI2.2.6 控制线路的高压配电装置控制线路的高压配

18、电装置l普通型高压配电装置 一般使用反时限过负荷保护和电流速断的短路保护，基本上是靠整定电流值的大小实现上下级配合，线路发生短路后易越级跳闸。1、过负荷：按实际线路运行最大负荷电流值整定。2、短路：(1)按躲过线路尖峰电流值（最大工作电流）整定： 灵敏度校验同变压器高压配电装置。 一般还应考虑反时限时间常数，以躲过线路中最大电动机启动过程。(2) 由于所带下一级负荷一般都是变压器，若考虑与移动变压器高压配电装置的配合，可按变压器二次侧三相短路电流整定，按一次侧即变压器高压线路末端三相短路电流校验灵敏度。QNXNdZbIKIIK2.2.6 控制线路的高压配电装置控制线路的高压配电装置 鉴于煤矿井

19、下现场设备管理的程度，第一种整定方法较安全，以防止因工作面变压器整定有误、或甩保护等造成事故，但整定值与工作面变压器相同且没有时限配合，可能导致越级跳闸。第二种整定方法较科学。3、母联和总开(1) 过负荷 总开按最恶劣情况，即单回路供电，带全部下级负荷时的最大电流整定。母联，按最大负荷的一次母线电流整定。(2) 短路 由于与下一级开关的速断保护很难配合，从安全性、选择性角度考虑，按母线上最小两相短路电流整定。4、上下级变电所总开的短路保护配合(1) 灵敏度系数法：取值（线路末端最小两相短路电流/灵敏度系数1.5）(2 )配合系数法：上一级开关按下一级变电所总开整定值的1.1倍进行整定。2.2.

20、7 说明说明l开关整定值，应根据整定计算值和开关给出的整定值数据比较，选择最接近于计算的数值。（一般开关保护值不是连续可调，是一些断续值）l煤矿井下设备一般处于供电网络末端，因机组起动时的端电压比额定电压低很多，实际起动电流可能比额定电流小很多。但对于保护整定时，仍必须按额定起动电流计算。l对使用电动机起动特殊控制的开关的线路，如软启动、变频起动开关，可按相应控制模式下适当调整馈电开关的整定值。需注意的是，电子式软启动器是通过控制电机的加速转矩及延长启动时间来降低启动电流，因此线路和开关本身的过负荷保护时限必须能躲开软启动时间。l对于新型的三段式微机保护，变电所总开、母联，短路整定可按网络最大

21、尖峰电流整定，与分开同值，通过整定时限配合来时限选择性，时限阶差一般为0.2s。l因地面变电站母线的动作时限由供电局定死的，需考虑从上向下的时限分配。2.3 地面高压系统微机保护整定计算地面高压系统微机保护整定计算l电力设备和线路应有主保护、后备保护和异常运行保护，必要时可增设辅助保护。363KV 线路一般采用远后备原则。 l继电保护和自动装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求；对相邻设备和线路有配合要求的保护，前后两级之间的灵敏性和动作时间应相互配合。l一般应装设的保护名名 称称应装设的保护应装设的保护3KV及以上电动机定子绕组相间短路、定子绕组单相接地、定子绕组过负荷、定子绕组低电

22、、同步电动机失步、同步电动机失磁、同步电动机出现非同步冲击电流。电容器组电容器内部故障及其引出线短路、电容器组和断路器之间连接线短路、电容器组中某一故障电容器切除后所引起的过电压、电容器组的单相接地、电容器组过电压、所连接的母线失压。363KV 线路相间短路、单相接地、过负荷。电力变压器绕组及其引出线的相间短路、绕组的匝间短路、外部相间短路引起的过电流、过负荷、油面降低、变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。2.3.1 线路线路1、无时限速断（I段） 灵敏度2、定时限速断（II段） 灵敏度3、定时限过流（III段） 灵敏度 31.maxZrelkIKI21.ZZXttt2.min2/1.

23、5mkZKII*maxmin*(23)( 32)relsysereljKXLLKZ 21.ZZXIKI3ZrellmIKI33.ZZXIKI2.min3/1.5mkZKII线路三段保护线路三段保护符号符号含义含义符号符号含义含义可靠系数1.3，取1.3 被保护线路末端三项最大短路电流最小运行方式与最大运行方式系统计算电抗之比 被保护线路末端二项最小短路电流保护装置安装处最大三相短路计算电抗标幺值 被保护线路最大计算负荷电流最小保护范围取15% 下一级相邻母线I段保护整定电流被保护线路每公里阻抗标幺值 下一级相邻母线III段保护整定电流配合系数1.1，取1.1 下一级相邻母线I段保护整定时间 时间阶差，对于微机保护取0.3下一级相邻保护的最大延时*maxsyseXrelK3.maxKI2.minKIlmI*jZK1.ZXI3.ZXImaxt3maxZttt1.ZXtt2.3.2 电力变压器、电容器组及高压电动机电力变