短路计算中的变压器

1、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.二.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335KV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

2、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.三.简化计算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.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

3、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()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, 0.2

4、3 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-

5、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

6、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.4简化算法【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*=100/1001当系统容量为200MVA时，系统的电抗为XS*=100/2000.5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40

7、KA。则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA, 系统的电抗为XS*=100/6920.144。【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；10KV6KV, 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

8、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：MVA【4】架空线路及电缆电抗的计算架空线：6KV，等于公里数；10KV，取1/3；35KV，取 30电缆：按架空线再乘0.2。例：10KV 6KM架空线。架空线路电抗X*=6/3=210KV 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。【5】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

9、MVA。短路容量单位：MVA【6】短路电流的计算6KV，9.2除电抗；10KV，5.5除电抗; 35KV，1.6除电抗; 110KV，0.5除电抗。0.4KV，150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：KA【7】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.

10、6KA，则该点冲击电流有效值Ic=1.5Id,1.5*4.67.36KA,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计算短路电流时，首先要选择好短路点，短路点通常选择在被保护线路的始、末端。始端短路点用于计算最大三相短路电流，用于校验设备和电缆的动、热稳定性；末端用于计算最小二相短路电流，用于校验继电保护整定值的可靠性。中性点不接地系统发生单相接地故障时，由于不够成回路，所以流过故障点的是由对地电容形成的容性电流，数值很小，而整个系统的中性点对地电压发生偏移（偏移程度取决于接地短路的程度，完全金属性短路则

11、中性点对地电压上升为相电压），而不接地相的对地电压也会升高（金属性短路升为线电压），但是每相对中性点电压以及相间的线电压保持不变，所以整个系统可以维持运行，但由于对地的电压升高考验整个系统对地的绝缘好坏，所以在绝缘还没破坏前，最好要及时消除故障，不能在这种状态下长时间运行，一般不超过12小时。中性点直接接地的系统就不用多说了，单相接地，故障点和中性点之间会有很大的短路电流流过，整个系统的电压严重不对称，完全不能正常运行，因此需要立即跳闸，这种系统，零序保护应作为主保护使用。有名值归算，标幺值引入（各级有名值归算到基本级，基本级基准值归算到各级）为啥电压归算，不同电压等级为什么要归算变压器折算到

12、一侧因为电力系统中，不同的电压等级直接按由变压器连接，高低压侧的阻抗没法放在一起计算，必须要经过折算（否则就乱套了） 折算说到底就是把变压器两端不同电压等级的系统归一到同一电压系统参数（既可以是高压侧，也可以是低压侧），这样才可以进行计算潮流等其他运算。折算既包括系统元件参数的折算，也包括系统电压电流等运行参数的折算，他们都和变压器的变比有关。变压器的一次和二次绕组是通过磁场的耦合相联系的，这两个绕组是没有电的联系的。通过绕组折算，可以让一次绕组和二次绕组直接通过电路相连（一种等效，实际上不是），即直接产生电的联系，由此产生变压器的等效电路。由此，在变压器的分析计算中，可以直接采用变压器的等效

13、电路，这对电力系统分析计算是十分简洁实用的。折算的原则就是， 被归算的那一侧绕组产生的磁场和归算前产生的磁场是相同的，这样才能达到等效的原则。这是因为，以或者T形等值电路作为变压器模型时，其无法体现出变压器实际具有的电压变换功能，只好先人为的进行元件参数在不同电压等级的换算，以体现变压器实际具有的变压功能。当然如果使用理想变压器模型，就可以不进行归算，因为其可以体现出变压器的实际变压功能，这也是通常计算机算法采用的方法，具体可以参看电力系统分析参考书。标幺制和元件参数的电压归算是两码事，就是采用有名制依然需要电压归算等值变压器模型用型等值电路来表示，特点是：1、等值参数与变比有关，无实际物理意

14、义。2、模型中YT不是变压器励磁支路导纳。3、变压器参数一般应归算到低压侧，因低压侧只有一个分接头，归算到低压侧的变压器参数不随变压器变比的改变而变化。4、变压器采用型等值模型，线路参数不需要归算，等值电路中各节点电压为实际电压。5、考虑励磁支路时，通常接在远离理想变压器一侧。6、适合计算机计算，不用进行电压等级归算。应用等值变压器模型，在进行潮流计算的过程中不必再进行电流、电压等这些归算了，而且还能够体现出变压器改变电压的功能，因为参数里涉及到变比K。折算前后，变压器的电磁效应不改变，变压器的功率大小也不改变 。我们可以将二次侧等效为用一个与一次侧匝数N1相同的绕组来等效替代。折算以后，两侧

15、匝数相等，E1=E2，k=1,原来的磁势平衡方程 I1*N1+I2*N2=Im*N1变成了I1+I2=Im，两侧的等效电路就可以合并了变压器的一、二次绕组在电路上没有直接联系,仅有磁路的联系.二次侧产生磁动势时,一次侧相应增加一个负载分量与二次侧绕组磁动势相平衡.也就是说一二次侧是通过磁动势建立联系的.那么只要在稳态的时候,对变压器二次侧参数折算到一次侧,不仅计算简单方便,而且也能真实的反应出变压器的电磁过程,不是很好的办法吗?潮流计算，研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，常规潮流计算的任务是根据给定的运行条件和网路结构确定整个系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值及相角）、网络中的功

16、率分布以及功率损耗等。潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。 2、短路故障计算，主要研究电力系统中发生故障（包括短路、断线和非正常操作）时，故障电流、电压及其在电力网中的分布。短路电流计算是故障分析的的主要内容。短路电流计算的目的，是确定短路故障的严重程度，选择电气设备参数。整定继电保护，分析系统中负序及零序电流的分布，从而确定其对电气设备和系统的影响。 3、稳定计算，电力系统在正常运行时，经受干扰而不发生非同步运行、频率崩溃和电压崩溃的能力。这种抗干扰的能力是电力系统保证正常运行必须具备的。从狭义的观点看，电力系统稳定单指不发生非同步运行，不管电力系统中联接多少台发电机,联网地域有多大(全省、跨省区、跨国家),都要求在经受干扰时所有交流同步发电机保持同步运行。从广义的观点看，电力系统稳定研究的范围还包括电力系统稳定破坏后，电力系统进入非同步运行状态，而后在满足一定条件下再同步成功，又恢复同步运行的全过程，电力系统的这种能力称为综合稳定。变压器的短路阻抗百分比，在数值上与变压器短路电压百分