柴油发电机短路电流计算及有关保护问题

建 虢电乞 。 _ _ _ - _- _ _ _ _BUI LDI NG Z口 1 2 年 第8 期 1 EL ECTRl CI TY 由励磁绕组决定 ，这个过程根据本文 中厂家数 据 ， 大 约持续 1 s ，出 口处短路 电流可 能达到 8 倍 额定 电 流值 。如果短路故障未被切除 ，发电机将进 入稳态短 路 ，稳态 短路 电流 一般 至少为 34倍 额定 电流值 ， 发电机可承受这个 电流 3 s 而不被损坏 。 在实际短路时 。发 电机 的电磁过程 比较复杂 ，在 民用建筑 中 ，发 电机 的负 荷有很大 一部分是 电动机 ， 电动机也会 向短路点反馈电流 ，电动机数量较 多 ，位 置分散 ，所 以计算 比较复杂 ，也不会很准确 。计算 时 按如下思路简化 ： a 民用建 筑 中设置 的备用 柴油发 电机 为不并 网 的独立 供 电电源 ，不采 用 G B T 1 5 5 4 41 9 9 5 三 相交 流系统 短路 电流计算 中的 “ 网格 电源”短路 电 流计 算方法 。 b 发 电机按无刷他励考虑 有 阻尼绕组 。 c 多台 电动机按 一台等效 电动 机考虑 ，等效 电 动机提供 的短路 电流与多 台电动机提供 的短路 电流相 同，等效 电动机功率是多台电动机功率 的总和。 d 在发电机 出口以外短 路时 仍 以发 电机 的额 定 电压作为短路点 的电压 。 e 发 电机 与 电动机 的短 路 电流分别计算 时间 常数分别考 虑 ，短路 电流为二者算术和 。 2 发 电机供 电时三相短路 电流计算 2 1 发电机提供 的短路电流 忽略暂态衰减 ，在发电机 空载时短路( 短路 时间 t =T 2时) ，发 电机 出 口处 的短 路 电流周期 分量 。 与非周期分量 i f 。 的计算表达式为： t 。 ： +( =一 一) U eU e 一 ( 1 ) z G = + L = 二 二 二 二 二 二 =一 = 二 二 二 二 二 二 = J L l X d v X d + R G V + R G - ： - 2 - U t f G e一丢 a ( 2 ) = e L z ， ” 式 中 ： 相 电压 ，V； t 短路后的时刻 ，s ； 发 电机 电枢 回路时间常数 ，s ； R 发 电机电枢电阻，m 1 2 。 发 电机带 负载 时 ，发 电机 的相 电势 E要 大于 相 电压 ，一般取 1 1 倍 ，短路 电流周期分量 因此取空载 8 l _ l 一 g I_ ! ： 5 0 0 h t t p ： W W W j z d q n e t C lq 时 的 1 1 倍 ，而非周期分量不考虑此 系数 。 当距离发 电机 f 处线路 发生三相短路时 应计及 线路阻抗对短路电流初始值及周期分量与非周期分量 衰减 的影响 。 2 2电动机反馈的短路电流 短路 时 ，没有 电源 向电动机供 电 ，但 与转子交链 的磁链不会 突然 变化 电动机转 速也不会 发生变化 ， 因而电动机会产生 电势 ，如果短路点的电压低 于这个 电势 ，电动机就会 向短路点反馈 电流 。电动机短 路 电流周期 分量 与非周期分量 i f 的计算 表达式 ： = e ：_N - U e 一 面 t ( 4) ZM 式 中： ， 电动机额定 电流 ，A； Z 电动机 的暂态 阻抗标 幺值 ， z M = 、 M + R s ； 暂态 电抗标 幺值 ； R 定子 电阻标 幺值 ； Z 电动机的暂态电抗有名值，在计算中采 用 堵 转 阻 抗 ， m Q ， Z = V R +2 + ” ； 电动机的暂态电抗 ，m n， X =X+ M X U 叼 C O S ， PM； R 电动机的定子电阻，mn， R =R s U 叼 C O S PM； P M 多台电动机 的功率和 ，k W ； 电动机周期分量衰减时间常数 ，S ； 电动机非周期分量衰减时间常数 ，S 。 实际计 算中 ，把工程范 围内的电动机按位置划分 为几个区域 ，每个 区域 内同时运行 的数个小功率 电动 机 以一 台等效 电动机 代替 ，这 台 电动机经 过长 度为 寺 专 f 的电缆接入低压配 电柜母线给短路点 反馈 电流 ，同 样 ，电缆阻抗影响周期分量 的初始值 ，并 导致 非周期 分量 衰 减 时间 常数 减小 ，加 快非 周期 分 量 的衰 减 。本文按 同时运行 电动机功率 总和不 大于发 电机容 量的 3 0 计算 。 简化计算 中 ，等效 电动机参 数可取如下值 ： =0 1 6，R =0 02， T z M r =0 01 6 S ， M 0 01 8 S ， 叼 =0 9 5， O O S =0 8。 2 3计入 电动机后 总的短路 电流 周期分量 ： i =i z c+i M ( 5 ) 在带载情况下 ： i =1 1 G +i M ( 6 ) 非周期分量 ： i f =i f G +i f M ( 7) 短路冲击 电流 ： i 。：、 2 i +i f ( 8 ) 3发 电机供 电时单相接地 电流计算 计算单相接地 电流是为 了计算最小短路 电流 校 验 保护电器 的灵敏度 ，同时单相接地时 ，接地点有一 定 的正序电压 ，靠近短路点的异步 电动机在短路初期 的供电作用 ，要 比三相短路时小得多 。因此计算单 相 接 地电流时不考虑 电动机反馈的短路 电流 。 单相 接地短路电流用对称分量法计算 ，故 障点处 短路 电流的正序分量 ： r r ， 1 = _一 ( 9 ) Z1 +z 2+Z o 式 中 ：Z 1 、 、Z o 故 障 回路 的 正 序 、 序 电抗 。 单 相接 地故 障点 处 短路 电 流 的正序 分 量 、负序 分量 、零 序分 量相 等 ，因而 故 障处单相短路 电流 ： I d l =3 X I a l ： 3 ( 1 0 ) Z 七Z 2+Zo 前 述三 相短 路 电流计 算 中 的阻抗 均 为 正序 阻抗 。发 电机 的负 序阻 抗在 工程 简 化计算 中可取 次暂 态 电抗值 ，零 序 电 负序 、零 抗可参考制造厂数值 。 线路的负序阻抗与正序阻抗 相等。而零序 阻抗 一 般 大于正序阻抗 。对于 T N S或 T T接地形式 ，零序 电流可 以流 通 。而且 P E导体或接地 电阻 的阻抗 应以 3倍值计入零序阻抗 。 4 与手册 中柴 油发 电机供 电系统短 路 电 流计算示例的 比较 根据手册中计算示例 ( 例 【 4 3 】 )的计算电路 及参数 ，把 2台相 同规格 的发 电机合并为一台发 电机 ， 容量加倍 。计算值 与手册 中示例计算值 比较见表 1 。 从 表 1 数据可看 出 K 1 点 本文计算值低 于手册计 算值 ，一是 因为手 册在计算发 电机提供 的短路 电流时 忽略了发电机电枢 电阻 ，另外一个原 因是手册将 等效 电动机直接接在母线上 ，忽 略了接人 电缆 的阻抗对 电 动机反馈 电流的影 响。 在计 算 K 3点的短路 电流值时 ，手册将 电动机 与 发 电机等效 为一 台发 电机 即将 电动机与发 电机 的位 置视 为相 同 ，同时用一个统一修正 的时 间常数来代替 发 电机 与电动机 的时间常数 这两方面等效与实 际情 况是有差别 的。本文计算将二者 的物理位置与时 间常 数 区分开 ，所 以两种计算 的结果有一定差别 。 5 民用建筑 中常用规格 发 电机 配 电柜 处 三 相短路 电流值 根据某发 电机厂家 的技术参数 ，本文列 出常用规 格发 电机配 电柜处( 假定发 电机 出 口经 由 1 5 m 电缆 接人低压配 电柜 )三相短路 电流值 ，见表 2 ，其 中同 时运 行 电动 机 功率 总 和按发 电机 容 量 的 3 0考虑 ， 等效 电动机经过 5 0 m长 的电缆接入低压配 电母线 。 表 1 本文计算短路 电流值 与手册 E l 计算短路 电流值 的比较 T a b 1 C o mp a r i s o n o f c a l c u t e d s h o r t c i r c u i c t v a l u e s b e t we e n t h e pa p e r a n d t he ma n ua l 短路电流周期分量 短 路电流 非周期 分量 短路 游击屯流 | k A | k A k A 短路点 对称 电流 藏 晦 最 初 始值 短路詹 短鼹 慝 初始值 0 i 0 1 O 。 0 1 S 0 0 l 8 手册计算值 5 5 3 2 4 6 7 7 2 3 2 7 5 9 3 6 l 本文计算值 5 2 4 2 4 5 7 6 8 4 2 5 7 9 O 5 手册计算值 2 4 3 0 0 2 5 3 4 6 K3 本文计算值 2 7 8 0 2 2 9 3 6 7 3 9 鉴 ! 哒 皇 星堕皇童 !墨 煎差 堡 巳 羔一 三生 _ h tt p ： w w w j z d q n e t c n 5 0 1 建 虢电乞 。 I_ t3 UI I_ DI NG 2口 1 Z 年第 B 期I ELECTRI CI TY 1 0 表 2民用建筑 中常用规格发 电机配 电柜处三相短路 电流值 T a b 2 T h e 3 - p h a s e s h o r t c i r c u i t v a l u e s o f t h e d i s t r i b u t i o n c a b i n e t o f c o mmo n s p e c i f i c a t i o n g e n e r a t o r s i n c i v i l b u i l d i n g s 发电机容薰 k V A 短路电流周 期分 量 短 路电流 非周期 分量 短路冲击电流 ( 发电机提供短 路 ， k A 嘉 罐 | k A 电流 i 。 ，电动机反 短路后 初 始 值 鼻 碧 玉 磐 后。 I 。甓 潞黾 馈 短 路电 流i ) 初 始 值 0 1 s o 0 l s 0 i s Z C 1 6 6 1 6 9 2 3 4 0 6 7 1 o 0 3 31 M O 2 9 0 1 5 0 41 0 2 5 b G 2 8 6 2 9 6 4 0 4 1 6 3 1 5 0 6 1 2 L M 0 4 3 O 2 3 0 6 1 O 3 5 G 2 5 4 2 7 0 3 5 9 1 6 6 2 0 0 6 0 2 I,M 0 5 7 0 3 0 0 8 l O 4 4 L G 4 5 O 4 7 5 6 3 6 3 3 1 2 5 0 1 0 4 8 M O 7 1 0 3 8 1 01 0 51 t G 5 4 0 5 6 7 7 6 4 3 3 2 3 1 2 l 1 8 8 M O 8 8 0 4 7 1 2 5 O 5 9 I, G 4 2 4 4 2 6 5 9 9 3 4 4 4 0 0 1 0 4 5 M 1 1 2 0 6 O 1 5 9 0 6 7 0 C 6 0 0 7 0 1 8 4 9 5 01 5 o 0 1 5 8 4 M 1 3 9 0 7 4 1 9 6 0 7 4 G 8 7 5 7 6 3 1 2 3 7 6 6 2 6 2 5 1 8 5 2 L M 1 71 0 9 1 2 4 2 0 7 9 t G 1 2 2 6 1 0 1 5 1 7 3 6 9 2 9 8 0 0 2 4 7 8 M 2 1 4 1 1 4 3 O 2 O 8 1 L G 22 5 4 1 8 2 4 3 1 8 7 1 5 6 O 1 0 00 41 8 1 E M 2 6 O l _ 3 9 3 6 7 0 7 8 G 2 2 2 7 1 7 71 3 1 4 8 1 7 4 8 1 2 5 0 4 3 3 5 3 1 3 1 6 7 4 4 3 O 7 2 L G 2 0 0 4 1 6 8 9 2 8 3 4 1 9 8 3 1 5 00 4 4 9 4 t M 3 6 2 1 9 4 5 1 2 0 6 3 L G 3 O 0 8 2 4 51 4 2 5l 2 8 9 4 1 8 7 5 6 4 4 9 I, M 4 3 5 2 2 9 6 O 5 O 51 从表 2可 以看 出大 容量发 电机供 电系统 短路 时 ， 短路 电流 较大 ，同时可 以看 出发 电机 供 电系统 短路 时 ，电动机反馈的短路 电流一般不 超过总短路 电流的 2 0，而且 随着 时间衰减较快 。而在馈 电线路上短路 时 ，由于线路阻抗的影响 ，电动机反馈 的短路 电流更 小 ，当线路 电阻大 于 发 电机次 暂 态 电抗 ” 的 3倍 时 ，可 以忽略电动机反馈的短路电流。 6 柴 油发 电机供 电系统保 护 电器 选择 及上 下级 间的配合 计算发 电机供 电系统短路 电流是为 了校核保护 电 器 的分断能力及保护灵敏度 ，也是进行配电线路在短 路情况下 的选择性配合 的重要参数 。 6 1 断路器分断 能力和短路接通能力选择 低压 断路器 运行分断 能力 要大于 断路器 安装 ， 互 一 N o 旦 5 0 2 h t t p ： W WW j z d q n e t c n 处 的三相短路对 称电流有效值 ，如果是 J7v台同容量发 电机并联 ，要求 发 电机 出 口断路 器 的 re ( N一1 )i c ，对大容量 发 电机 ，这对断路 器的分 断能力要求 较 高 ，因此要根据 发 电机 的短路 电流值 校 核 出 口断路器 的分断能力 。同时断路 器 分 断能力与负 载的功率 因数 相关 ，如果 故 障 回路 的功率 因数与 断路器制造 厂商 规定 的功率 因数不一