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精品文档 1欢迎下载 短路电流计算短路电流计算 一 短路电流计算概述一 短路电流计算概述 1 1 电力系统或电气设备的短路故障原因 电力系统或电气设备的短路故障原因 1 自然方面的原因 雷击 雾闪 暴风雪 动物活动 大气污染 其他外力破坏等 造成单相接地短路或相间短路 2 人为原因 误操作 运行方式不当 运行维护不良或安装调试错 误 导致电气设备过负荷 过电压 设备损坏等造成单相接地短路 或相间短路 3 设备本身原因 设备制造质量 设备本身缺陷 绝缘老化等原因 造成单相接地或相间短路故障 2 2 短路种类 短路种类 1 单相接地短路 约占全部短路的 75 以上 对大电流接地系统 继电保护应尽快 切断单相接地短路 对中性点经小电阻或中阻接地系统 继电保护 应瞬时或延时切断单相接地短路 对不接地系统 当单相接地电流 超过允许值时 继电保护应有选择性地切断单相接地短路 对中性 点经消弧线圈接地或不接地系统 单相接地电流不超过允许值时 允许短时间单相接地运行 但要求尽快消除单相接地短路点 2 两相接地短路 一般不超过全部短路的 10 大电流接地系统中 两相接地短路 大部分发生于同一地点 少数在不同地点发生两相接地短路 中性 点非直接接地的系统中 常见是先发生一点接地 而后其他两相对 精品文档 2欢迎下载 地电压升高 在绝缘薄弱处将绝缘击穿后造成第二点接地 此两点 多数不在同一点 继电保护应尽快切断两相接地短路 3 两相及三相短路 不超过全部短路的 10 这种短路更为严重 继电保护应迅速切 断两相及三相短路 4 断相或断相接地 线路断相一般伴随断相接地 两相运行一般不允许长期存在 应由 继电保护自动或运行人员手动断开健全相 5 绕组匝间短路 多发生在发电机 变压器 电动机等电机电器的绕组中 占短路的 概率很少 但对某一电机来说该概率不一定很少 如变压器绕组匝 间短路占变压器全部短路的比例相当大 这种短路严重损坏设备 要求保护迅速切除这种短路 3 3 短路电流计算的重要性 短路电流计算的重要性 短路电流将引起下列严重后果 短路电流往往会有电弧产生 它不仅能烧坏故障元件本身 也可能烧坏周围设备和伤害周围人员 巨大的短路电流通过导体时 一方面会使导体大量发热 造成导体 过热甚至熔化 以及绝缘损坏 另一方面巨大的短路电流还将产生 很大的电动力作用于导体 使导体变形或损坏 短路也同时引起系 统电压大幅度降低 特别是靠近短路点处的电压降低得更多 从而 可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏 网络电压的降低 使供电设备的正常工作受到损坏 也可能导致工厂的产品报废或设 精品文档 3欢迎下载 备损坏 如电动机过热受损等 电力系统中出现短路故障时 系统 功率分布的突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 短路时电压下降的愈大 持续时间愈长 破坏 整个电力系统稳定运行的可能性愈大 4 4 短路电流的限制措施 短路电流的限制措施 为保证系统安全可靠地运行 减轻短路造成的影响 除在运行 维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外 还应尽快地切 除短路故障部分 使系统电压在较短的时间内恢复到正常值 为此 可采用快速动作的继电保护和断路器 以及发电机装设自动调节励 磁装置等 此外 还应考虑采用限制短路电流的措施 如合理选择 电气主接线的形式或运行方式 以增大系统阻抗 减少短路电流值 加装限电流电抗器 采用分裂低压绕阻变压器等 主要措施如下 一是做好短路电流的计算 正确选择及校验电气设备 电气设备的 额定电压要和线路的额定电压相符 二是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流 采用速断保护 装置 以便发生短路时 能快速切断短路电流 减少短路电流持续 时间 减少短路所造成的损失 三是在变电站安装避雷针 在变压器附近和线路上安装避雷器 减 少雷击损害 四是保证架空线路施工质量 加强线路维护 始终保持线路弧垂一 致并符合规定 精品文档 4欢迎下载 五是带电安装和检修电气设备 注意力要集中 防止误接线 误操 作 在带电部位距离较近的部位工作 要采取防止短路的措施 六是加强管理 防止小动物进入配电室 爬上电气设备 七是及时清除导电粉尘 防止导电粉尘进入电气设备 八是在电缆埋设处设置标记 有人在附近挖掘施工 要派专人看护 并向施工人员说明电缆敷设位置 以防电缆被破坏引发短路 九是电力系统的运行 维护人员应认真学习规程 严格遵守规章制 度 正确操作电气设备 禁止带负荷拉刀闸 带电合接地刀闸 线 路施工 维护人员工作完毕 应立即拆除接地线 要经常对线路 设备进行巡视检查 及时发现缺陷 迅速进行检修 二 对称短路电流计算二 对称短路电流计算 1 1 阻抗归算 阻抗归算 为方便和简化计算 通常将发电机 变压器 电抗器 线路等元件 的阻抗归算至同一基准容量和基准电压时的基准标么阻抗 标么阻抗的归算 1 发电机等旋转电机阻抗的的归算 发电机等旋转电机一般给出的是额定条件下阻抗相对值 其标么 阻抗计算为 BS GG GN S XX S 2 变压器阻抗归算 100 kBS T TN US X S 精品文档 5欢迎下载 3 电抗器阻抗归算 2 1001003 LNbsLNBSLL L bsLNBS LN UIUSXX X U IUI 电抗器在额定条件下电抗的百分值 L X 4 线路阻抗归算 22 22 22 BSBS LLL BSav BSBS LLL BSav BSBS LLL BSav LLL LLL SS ZZZ UU SS RRR UU SS XXX UU ZRjX ZRjX 2 2 短路电流计算举例 短路电流计算举例 2 12 1 整定计算参数整定计算参数 1 系统阻抗 根据调度部门下发等值阻抗文件 最大方式系统阻抗标幺值 Xsmax 0 0200 最小方式系统阻抗标幺值 Xsmin 0 0285 系统基准容量 100MW 基准电压 220kV 2 主变参数 型号 SFZ10 100000 220 额定容量 100000kVA 精品文档 6欢迎下载 额定电压 23081 25 35kV 连接组别 YND11 短路阻抗 14 15 3 35kV 系统参数 1 35kV SVG 连接变 型号 S11 6000kVA 35 额定电压 3522 5 10kV 连接组别 Yyn0 短路阻抗 11 66 2 35kV 风机箱变 容量 1800kVA 额定电压 3522 5 0 69kV 连接组别 DYN11 短路阻抗 6 11 3 35kV 线路参数 由于线路参数未能实际测量 按 电力设计手册 计算 线路 1 其中 LGJ 150 25 导线长度为 5 584km LGJ 70 10 导线 长度为 4 506km 线路 2 其中 LGJ 150 25 导线长度为 10 15km LGJ 70 10 导线 长度为 0 456km 精品文档 7欢迎下载 线路 3 其中 LGJ 150 25 导线长度为 8 28km LGJ 70 10 导线 长度为 5 786km 4 接地变参数 额定容量 630KVA 额定电压 37kV 阻抗电压 5 99 连接组别 ZNyn11 零序阻抗 74 9 相 接地电阻 99 75ohm 5 所用变参数 额定容量 630KVA 额定电压 37kV 阻抗电压 5 99 2 22 2 参数归算参数归算 1 主变阻抗归算 2 连接变阻抗归算 3 风机箱变阻抗归算 精品文档 8欢迎下载 4 接地变阻抗归算 5 所用变阻抗归算 2 32 3 短路电流计算短路电流计算 以下计算按短路点三相短路计算 2 3 1 最大方式短路电流计算 1 220kV 母线短路 d1 d1 2 22 20 0k kV V X Xs sm ma ax x d1 点短路电流标幺值为 2 35kV 母线短路 d2 精品文档 9欢迎下载 d2 3 35 5k kV V X Xs sm ma ax x X Xz zt t d2 点短路电流标幺值为 3 35kV 连接变低压侧短路 d3 d3 3 35 5k kV V X Xs sm ma ax x X Xz zt t X Xl lj jt t d3 点短路电流标幺值为 4 馈线末端短路 d4 精品文档 10欢迎下载 d4 3 35 5k kV V X Xs sm ma ax x X Xz zt t X XL L1 1 2 2 3 3 d4 点短路电流标幺值为 线路 1 线路 2 线路 3 5 0 69kV 风机箱变低压侧短路 d5 精品文档 11欢迎下载 d5 3 35 5k kV V X Xs sm ma ax x X Xz zt t X XL L X Xf fj jt t d5 点短路电流标幺值为 按线路短路电流最大线路 1 考虑 6 35kV 接地变低压侧短路 d6 d6 3 35 5k kV V X Xs sm ma ax x X Xz zt t X Xj jd dt t d6 点短路电流标幺值为 精品文档 12欢迎下载 7 35kV 所用变低压侧短路 d7 d7 3 35 5k kV V X Xs sm ma ax x X Xz zt t X Xs sy yt t d7 点短路电流标幺值为 2 3 2 最小方式短路电流计算 1 220kV 母线短路 d1 d1 2 22 20 0k kV V X Xs sm ma ax x d1 点短路电流标幺值为 精品文档 13欢迎下载 2 35kV 母线短路 d2 d2 3 35 5k kV V X Xs sm mi in n X Xz zt t d2 点短路电流标幺值为 3 35kV SVG 连接变低压侧短路 d3 d3 3 35 5k kV V X Xs sm mi in n X Xz zt t X Xl lj jt t d3 点短路电流标幺值为 精品文档 14欢迎下载 4 馈线末端短路 d4 d4 3 35 5k kV V X Xs sm mi in n X Xz zt t X XL L1 1 2 2 3 3 d4 点短路电流标幺值为 线路 1 线路 2 线路 3 5 0 69kV 风机箱变低压侧短路 d5 精品文档 15欢迎下载 d5 3 35 5k kV V X Xs sm mi in n X Xz zt t X XL L X Xf fj jt t d5 点短路电流标幺值为 按线路短路电流最小线路 1 考虑 6 35kV 接地变低压侧短路 d6 d6 3 35 5k kV V X Xs sm mi in n X Xz zt t X Xj jd dt t d6 点短路电流标幺值为 精品文档 16欢迎下载 7 35kV 所用变低压侧短路 d7 d7 3 35 5k kV V X Xs sm mi in n X Xz zt t X Xs sy yt t d7 点短路电流标幺值为 2 42 4 短路电流计算结果短路电流计算结果 2 4 1 各个电压等级下基准电流 精品文档 17欢迎下载 2 4 2 三相短路电流计算结果 最大方式最小方式 短路电流 短路电 流 短路点位置短路电流 标幺值 kA 短路电流 标幺值 kA d1 220kV 母线 5013 1359 17 d2 35kV 母线 5 889 70 5 69 24 d3 10kV 连接变低压 侧 0 482 77 0 472 71 2 223 66 2 183 60 2 173 58 2 133 51 d4 馈线末端 1 752 89 1 732 85 d5 风机箱式变低压 侧 0 2621 76 0 2520 92 d6 接地变低压侧 0 1115 88 0 1115 88 d7 所用变低压侧 0 1115 88 0 1115 88 2 4 3 两相短路电流计算结果 两相短路电流按三相短路电流的 0 866 倍计算 最大方式最小方式 短路电流短路电流短路点位置短路电流 标幺值 kA 短路电流 标幺值 kA d1 220kV 母线 43 3011 3430 317 94 d2 35kV 母线 5 098 404 858 00 d3 10kV 连接变低压侧 0 422 400 412 35 1 923 171 893 12 1 883 101 843 04d4 馈线末端 1 522 501 502 47 d5 风机箱式变低压侧 0 2318 840 2218 12 d6 接地变低压侧 0 1013 750 1013 75 d7 所用变低压侧 0 1013 750 1013 75 2 4 4 35kV 单相接地短路电流 35kV 系统发生单相接地时 接地电流为 3I0f 精品文档 18欢迎下载 风电场几个相关问题风电场几个相关问题 一 风电场汇集线系统接地方式一 风电场汇集线系统接地方式 1 风电场汇集线系统接地方式要求 为实现汇集线系统发生单相接地故障时可靠快速跳闸 目前汇 集线系统为不接地或经消弧柜接地的风电场 应按采用经电阻接地 方式进行整改 不采用经消弧线圈接地方式 接地变和接地电阻的 选择除满足一次系统设计要求外 还应保证单相接地故障时零序电 流 3I0 不小于 200A 2 各种接地方式比较 汇集线系统汇集线系统 中性点接地中性点接地 方式方式 功能及优点功能及优点存在问题存在问题 不接地 当单相接地电容电流较 小 35kV 系统一般不 大于 10A 接地故障 时能自行灭弧 不存在 系统过电压问题 单相接地时不能实现快 速跳闸 非故障相电压 升高 薄弱环节 如电 缆接头 可能故障从而 发展为短路故障 经消弧柜接 地 具有消弧 消谐和过电 压保护功能 投资较小 不能实现单相接地时快 速跳闸 存在非故障相 电压升高问题 消弧柜 为新生事物 可靠性差 精品文档 19欢迎下载 汇集线系统汇集线系统 中性点接地中性点接地 方式方式 功能及优点功能及优点存在问题存在问题 经消弧线圈 接地并配合 接地选线跳 闸 具有消弧 消谐和过电 压保护功能 单相接地 不跳闸时的传统方式 选线跳闸动作时间较长 可靠性较差 不适合电 容电流较小的系统 设 备选型困难 经小电阻接 地 具有消弧 消谐和过电 压保护功能 投资较消 弧线圈接地方式要小 可实现单相接地快速切 除故障 有条件可整定 为 0 秒 需要进行接地变和接地 电阻等一次设备投资 可能需要进行保护装置 的程序升级 3 结论说明 1 风电场集电线路系统与城市配电网的主要区别 城市配网 为用电负荷 应重点确保供电可靠性 风场集电线路为风机负荷 由于风机存在低电压穿越问题 应重点确保系统单相接地时可靠 快速切除 避免事故扩大和发展 2 按零序电流不低于 200A 选择接地电阻主要从保护灵敏 度角度考虑 在实际的设计选型中 还要兼顾一次系统设计原则 即根据系统电容电流水平合理配置接地变容量和电阻 200A 只 作为下限值 精品文档 20欢迎下载 二 风电场继电保护配置二 风电场继电保护配置 1 为实现汇集线系统母线相间故障有选择快速跳闸 汇集 线系统母线应配置母差保护 母差保护只作为母线相间故障的主保护 母线单相接地时由 接地变零序保护经短延时切除 2 风电场集电线路 电容器 电抗器 站用变保护除配置 反应相间故障的保护外 还应同时配置反应单相接地故障的零序 电流保护 当零序电流为 200A 时 单相接地故障相电流为 200A 按单 条 35kV 集电线路运行带 11 台风机 单台容量为 1500kW 时 额 定电流约为 290A 显然相电流保护不能作为单相接地保护 汇 集线单相接地时需由零序电流保护实现 3 接地变压器除电源侧装设三相式电流速断保护 过电流 保护作为接地变压器内部相间故障的主保护和后备保护外 接地 变压器中性点上还应装设零序电流 1 段 零序电流 2 段保护 作 为母线及变压器单相接地故障的主保护和各元件接地故障的总后 备保护 接地变的作用及单相接地电流分布特点 接地变一般采用 Z 型接线 目前风电场主变均为 Y 接线 接地变作用主要是人 为制造中性点 用来接入消弧线圈或中性点电阻 在电磁特性上 接地变对正 负序电流呈高阻抗 而对零序电流呈低阻抗 下图 为 A 相接地时故障相电流分布示意图 精品文档 21欢迎下载 220 35kV 3I0 IA IA0 IA1 IA2 4 风电场应按反措要点要求在升压站配置故障录波器 并 按要求接入相应的电气量 具体包括 各条送出线路的三相电流 升压站高 低压各段母线的三相及零序电压 频率 各条汇集线 升压站侧的三相电流 升压站内的保护及开关的动作信息 升压 站无功补偿设备的保护及开关动作信息和三相电流 三 风电场有关继电保护整定原则三 风电场有关继电保护整定原则 风电机组低电压适应原则要求当风电场并网点电压跌至 0 2 倍额定电压时 风电机组应能不脱网运行 625ms 为防止系统短 路时 由于低电压穿越问题造成风机大范围脱网 对风电场汇集 线系统定值应首先按保证速动性 并尽量兼顾选择性的原则进行 整定 1 集电线路整定 1 存在的问题 快速段定值按躲线路末端整定 对全线无灵敏度 灵敏段时间和箱变后备保护配合 整定时间为 0 6 秒至 1 秒 时间整定过长 精品文档 22欢迎下载 2 整定原则 距离 电流

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