短路電流計算概述

1、短路電流計算一、短路電流計算概述1、電力系統(tǒng)或電氣設備的短路故障原因1）自然方面的原因。雷擊、霧閃、暴風雪、動物活動、大氣污染、 其他外力破壞等，造成單相接地短路或相間短路。2）人為原因。誤操作、運行方式不當、運行維護不良或安裝調(diào)試錯 誤，導致電氣設備過負荷、 過電壓、設備損壞等造成單相接地短路或 相間短路。3）設備本身原因。設備制造質(zhì)量、設備本身缺陷、絕緣老化等原因 造成單相接地或相間短路故障、2、短路種類1）單相接地短路約占全部短路的 75%以上，對大電流接地系統(tǒng)，繼電保護應盡快切 斷單相接地短路。 對中性點經(jīng)小電阻或中阻接地系統(tǒng)， 繼電保護應瞬 時或延時切斷單相接地短路。 對不接地系統(tǒng)，

2、 當單相接地電流超過允 許值時，繼電保護應有選擇性地切斷單相接地短路。 對中性點經(jīng)消弧 線圈接地或不接地系統(tǒng)， 單相接地電流不超過允許值時， 允許短時間 單相接地運行，但要求盡快消除單相接地短路點。2）兩相接地短路一般不超過全部短路的 10%。大電流接地系統(tǒng)中，兩相接地短路大 部分發(fā)生于同一地點， 少數(shù)在不同地點發(fā)生兩相接地短路。 中性點非 直接接地的系統(tǒng)中， 常見是先發(fā)生一點接地， 而后其他兩相對地電壓 升高，在絕緣薄弱處將絕緣擊穿后造成第二點接地， 此兩點多數(shù)不在 同一點，繼電保護應盡快切斷兩相接地短路。3）兩相及三相短路不超過全部短路的10%這種短路更為嚴重，繼電保護應迅速切斷 兩相及三

3、相短路。4）斷相或斷相接地線路斷相一般伴隨斷相接地，兩相運行一般不允許長期存在，應由 繼電保護自動或運行人員手動斷開健全相5）繞組匝間短路多發(fā)生在發(fā)電機、變壓器、電動機等電機電器的繞組中，占短路的 概率很少，但對某一電機來說該概率不一定很少， 如變壓器繞組匝間 短路占變壓器全部短路的比例相當大， 這種短路嚴重損壞設備，要求 保護迅速切除這種短路。3、短路電流計算的重要性短路電流將引起下列嚴重后果：短路電流往往會有電弧產(chǎn)生，它 不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設備和傷害周圍人員。 巨 大的短路電流通過導體時，一方面會使導體大量發(fā)熱，造成導體過熱 甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電

4、流還將產(chǎn)生很大的 電動力作用于導體，使導體變形或損壞。短路也同時引起系統(tǒng)電壓大 幅度降低，特別是靠近短路點處的電壓降低得更多， 從而可能導致部 分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。 網(wǎng)絡電壓的降低，使供電設備的 正常工作受到損壞，也可能導致工廠的產(chǎn)品報廢或設備損壞， 如電動 機過熱受損等。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時，系統(tǒng)功率分布的突然變 化和電壓的嚴重下降，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運行的穩(wěn)定性， 使整個 系統(tǒng)解列，這時某些發(fā)電機可能過負荷，因此，必須切除部分用戶。 短路時電壓下降的愈大，持續(xù)時間愈長，破壞整個電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行 的可能性愈大。4、短路電流的限制措施為保證系統(tǒng)安全可靠地運行，減輕短路造成的影

5、響，除在運行維 護中應努力設法消除可能引起短路的一切原因外， 還應盡快地切除短 路故障部分，使系統(tǒng)電壓在較短的時間內(nèi)恢復到正常值。為此，可采 用快速動作的繼電保護和斷路器，以及發(fā)電機裝設自動調(diào)節(jié)勵磁裝置 等。此外，還應考慮采用限制短路電流的措施，如合理選擇電氣主接 線的形式或運行方式，以增大系統(tǒng)阻抗，減少短路電流值；加裝限電 流電抗器；采用分裂低壓繞阻變壓器等。主要措施如下： 一是做好短路電流的計算，正確選擇及校驗電氣設備，電氣設備的額 定電壓要和線路的額定電壓相符。二是正確選擇繼電保護的整定值和熔體的額定電流，采用速斷保護裝 置，以便發(fā)生短路時，能快速切斷短路電流，減少短路電流持續(xù)時間， 減

6、少短路所造成的損失。三是在變電站安裝避雷針，在變壓器附近和線路上安裝避雷器， 減少 雷擊損害。四是保證架空線路施工質(zhì)量，加強線路維護，始終保持線路弧垂一致 并符合規(guī)定。五是帶電安裝和檢修電氣設備，注意力要集中，防止誤接線，誤操作, 在帶電部位距離較近的部位工作，要采取防止短路的措施。六是加強管理，防止小動物進入配電室，爬上電氣設備。七是及時清除導電粉塵，防止導電粉塵進入電氣設備。八是在電纜埋設處設置標記，有人在附近挖掘施工，要派專人看護，并向施工人員說明電纜敷設位置，以防電纜被破壞引發(fā)短路。九是電力系統(tǒng)的運行、維護人員應認真學習規(guī)程，嚴格遵守規(guī)章制度， 正確操作電氣設備，禁止帶負荷拉刀閘、帶電

7、合接地刀閘。線路施工, 維護人員工作完畢，應立即拆除接地線。要經(jīng)常對線路、設備進行巡 視檢查，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，迅速進行檢修。二、對稱短路電流計算1、阻抗歸算為方便和簡化計算，通常將發(fā)電機、變壓器、電抗器、線路等元件的阻抗歸算至同一基準容量和基準電壓時的基準標么阻抗。標么阻抗的歸算1）發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)電機阻抗的的歸算發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)電機一般給出的是額定條件下阻抗相對值，其標么阻抗計算為*Xg2）變壓器阻抗歸算* U k%SbsXT100Stn3）電抗器阻抗歸算*XlXl% U lnI bs100 U bs1 LNX L % U LNSbs100, 3I ln U bsXl% 電抗器在額定條件下電抗的百分值

8、4）線路阻抗歸算ZlZlSbs uBsZlSbsU；RlSbsUBsRlSbsu2avSbs*Xl*Xl*SbsU!*ZlRljXL*RlXl2avZlRl jX l2、短路電流計算舉例 2.1整定計算參數(shù)1）系統(tǒng)阻抗根據(jù)調(diào)度部門下發(fā)等值阻抗文件最大方式系統(tǒng)阻抗標幺值Xsmax 0.0200最小方式系統(tǒng)阻抗標幺值 Xsmin： 0.0285系統(tǒng)基準容量100MW，基準電壓220kV2）主變參數(shù)型號：SFZ10-100000/220額定容量：100000kVA額定電壓：(230 士 8工 1.25%)/35kV連接組別：Y ND11短路阻抗：14.15%3) 35kV系統(tǒng)參數(shù)(1) 35kV S

9、VG連接變型號：S11-6000kVA/35額定電壓：(35 2 2.5%)/10kV連接組別：Yyn0短路阻抗：11.66%(2) 35kV風機箱變?nèi)萘浚?800kVA額定電壓：(35 2 2.5%) / 0.69kV連接組別：DY N11短路阻抗：6.11%(3)35kV線路參數(shù)由于線路參數(shù)未能實際測量，按電力設計手冊計算。線路1:其中LGJ-150/25導線長度為5.584km, LGJ-70/10導線長 度為 4.506km。XL1 = 5.584 X 0,0272 + 4.506 X 0.0294 = 0.28線路2:其中LGJ-150/25導線長度為10.15km，LGJ-70/1

10、0導線 長度為0.456km。XL2 = 10.15 X 0.0272 + 0.456 X 0.0294 = 0.29線路3:其中LGJ-150/25導線長度為8.28km, LGJ-70/10導線長 度為 5.786km。+ 5.786 XD.O294 =0.40(4)接地變參數(shù)額定容量：630KVA額定電壓：37kV阻抗電壓：5.99 %連接組別：ZNynil零序阻抗：74.9 /相接地電阻：99.75ohm(5)所用變參數(shù)額定容量：630KVA額定電壓：37kV阻抗電壓：5.99 %2.2參數(shù)歸算1)主變阻抗歸算U2 Sn2302100Xzt = Ud X X - = 0.1415 XX

11、丐0.15S廉10022022)連接變阻抗歸算3)風機箱變阻抗歸算U2 Sn0.692100Xf/t = XTX=0.0611XX=3.44）接地變阻抗歸算Xjdt = Ud XSn352x 禹=x 茹1005）所用變阻抗歸算SnX =0 .OS 9352x0£32.3短路電流計算以下計算按短路點三相短路計算:最大方式短路電流計算（1）220kV母線短路didi點短路電流標幺值為1 1I = 50Xsmax 0.02（2）35kV母線短路d2XsmaxXztd235kVd2點短路電流標幺值為Xsmax + Xzt 0.02 + 0.1S5.38(3) 35kV連接變低壓側(cè)短路d3Xs

12、maxXzt 35kVXljt電d3d3點短路電流標幺值為_ 1 _ 11 Xsmax + Xzt + Xljt 0.02 + fl.15 + L93(4) 饋線末端短路d4XsmaxXzt35kVd4點短路電流標幺值為線路1Xsmax + Xzt + XL1= 220.02 + 0.15 + 0.23_ 線路2= 2.17=1.7S+ Xzt + XL2 0.02 + 0.15 + 0.29線路3Xmax + Xzt + XL3 0.02 + 0.15 + 0.40(5) 0.69kV風機箱變低壓側(cè)短路d5XsmaxXzt35kVXLXfjtd51考慮）= 0.26d5點短路電流標幺值為（按

13、線路短路電流最大線路_ 1 _ 11 Xsmax + Xzt + XL2 4- Xfjt 0.02 + 0.15 + 028 + 3.4(6) 35kV接地變低壓側(cè)短路d6XsmaxXzt35kVXjdtd6d6點短路電流標幺值為11Xsmax + Xzt + Xljt 0.02 + 0.14 + 9.5(7) 35kV所用變低壓側(cè)短路d7XsmaxXzt35kVXsytd7點短路電流標幺值為 = = Q JXsmax + Xzt + Jfjyt OjO2 -h 0-14 + 9.52.3.2最小方式短路電流計算(1) 220kV母線短路didi點短路電流標幺值為1 10.02S5/ = 35

14、(2) 35kV母線短路d2d2點短路電流標幺值為1 11 = 5.6Xsmin + Xzt 0.0285 + 0.15(3) 35kV SVG連接變低壓側(cè)短路d3 d3點短路電流標幺值為XsminXzt35kV1 1Xsmin + Xzt + Xljt= 0.0285 + 0.15 + 1.93 一 °，4?(4) 饋線末端短路d4d4點短路電流標幺值為線路1線路2XsminXzt35kVXL1/2/30.0285 + 0.15 + 0.28 _ _ _，_0.3285 + 0.15 + 0.29 _ 2 13=1.73線路3Xmln + Xzt + XL3 0.0285 + 0.

15、15 + 0.4(5) 0.69kV風機箱變低壓側(cè)短路d5XsminXzt35kVXLXfjtd51考慮）=0,2.5d5點短路電流標幺值為(按線路短路電流最小線路111 XsmiTi + Xzt + XL1 +0.0285 + 0.15 + 0.4 + 3.4(6) 35kV接地變低壓側(cè)短路d6XsminXzt35kVXjdtd6d6點短路電流標幺值為Xsmin + Xzt + XIjt0,0285 + 0.15 + 9.5= 0.11(7) 35kV所用變低壓側(cè)短路d7XsminXzt35kVXsyt fd7d7點短路電流標幺值為1+ Xzt + Xlft10-0285 + 0.15 +

16、9.S _ 112.4短路電流計算結(jié)果241各個電壓等級下基準電流:100 X 1000二 262/4V3 X220100 X 1000=1649AV3 X 35100 X1000=57734V3 X 10100 X 10008367614V3 X 0.69100 X 1000尸=144341AV3 X 0呂242三相短路電流計算結(jié)果短路點位置最大方式最小方式短路電流 標幺值短路電流短路電流 標幺值短路電 流(kA)(kA)di220kV母線5013.1359.17d235kV母線5.889.705.69.24d310kV連接變低壓 側(cè)0.482.770.472.71d4饋線末端2.223.6

17、62.183.602.173.582.133.511.752.891.732.85d5風機箱式變低壓 側(cè)0.2621.760.2520.92d6接地變低壓側(cè)0.1115.880.1115.88d7所用變低壓側(cè)0.1115.880.1115.88243兩相短路電流計算結(jié)果兩相短路電流按三相短路電流的 0.866倍計算短路點位置最大方式最小方式短路電流 標幺值短路電流短路電流 標幺值短路電流(kA)(kA)d1220kV母線43.3011.3430.317.94d235kV母線P 5.098.404.858.00d310kV連接變低壓側(cè)0.422.400.412.35d4饋線末端1.923.171

18、.893.121.883.101.843.041.522.501.502.47d5風機箱式變低壓側(cè)0.2318.840.2218.12d6接地變低壓側(cè)0.1013.750.1013.75d7所用變低壓側(cè)0.1013.750.1013.75244 35kV單相接地短路電流35kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，接地電流為 3I0f風電場幾個相關問題一、風電場匯集線系統(tǒng)接地方式1、風電場匯集線系統(tǒng)接地方式要求為實現(xiàn)匯集線系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時可靠快速跳閘，目前匯集線系統(tǒng)為不接地或經(jīng)消弧柜接地的風電場， 應按采用經(jīng)電阻接地方式 進行整改，不采用經(jīng)消弧線圈接地方式。接地變和接地電阻的選擇除 滿足一次系統(tǒng)設計要求外

19、，還應保證單相接地故障時零序電流 （310） 不小于200A。2、各種接地方式比較匯集線系統(tǒng)中性點接地方式功能及優(yōu)點存在問題不接地當單相接地電容電流較 小（35kV系統(tǒng)一般不大 于10A），接地故障時能 自行火弧，不存在系統(tǒng) 過電壓問題。單相接地時不能實現(xiàn)快 速跳閘，非故障相電壓升 咼，薄弱環(huán)節(jié)（如電纜接 頭）可能故障從而發(fā)展為 短路故障。經(jīng)消弧柜接地具有消弧、消諧和過電 壓保護功能；投資較小。不能實現(xiàn)單相接地時快 速跳閘；存在非故障相電 壓升高問題；消弧柜為新 生事物，可靠性差。經(jīng)消弧線圈具有消弧、消諧和過電選線跳閘動作時間較長，匯集線系統(tǒng)中性點接地方式功能及優(yōu)點存在問題接地并配合接地選線跳

20、閘壓保護功能；單相接地 不跳閘時的傳統(tǒng)方式?？煽啃暂^差；不適合電容 電流較小的系統(tǒng)；設備選 型困難。經(jīng)小電阻接地具有消弧、消諧和過電 壓保護功能；投資較消 弧線圈接地方式要??；可實現(xiàn)單相接地快速切 除故障（有條件可整定為0秒）需要進行接地變和接地 電阻等一次設備投資；可 能需要進行保護裝置的 程序升級。3、結(jié)論說明（1）風電場集電線路系統(tǒng)與城市配電網(wǎng)的主要區(qū)別：城市配網(wǎng)為用電負荷，應重點確保供電可靠性，風場集電線路為風機負荷， 由于風機存在低電壓穿越問題，應重點確保系統(tǒng)單相接地時可靠 快速切除，避免事故擴大和發(fā)展。（2）按零序電流不低于200A選擇接地電阻主要從保護靈敏度 角度考慮，在實際的設

21、計選型中，還要兼顧一次系統(tǒng)設計原則， 即根據(jù)系統(tǒng)電容電流水平合理配置接地變?nèi)萘亢碗娮瑁?00A只作為下限值。二、風電場繼電保護配置1、為實現(xiàn)匯集線系統(tǒng)母線相間故障有選擇快速跳閘， 匯集線 系統(tǒng)母線應配置母差保護。母差保護只作為母線相間故障的主保護，母線單相接地時由 接地變零序保護經(jīng)短延時切除。2、風電場集電線路、電容器、電抗器、站用變保護除配置反 應相間故障的保護外，還應同時配置反應單相接地故障的零序電 流保護。當零序電流為200A時，單相接地故障相電流為 200A按單 條35kV集電線路運行帶11臺風機，單臺容量為1500kW時，額定 電流約為290A,顯然相電流保護不能作為單相接地保護，匯

22、集線 單相接地時需由零序電流保護實現(xiàn)。3、接地變壓器除電源側(cè)裝設三相式電流速斷保護、 過電流保 護作為接地變壓器內(nèi)部相間故障的主保護和后備保護外，接地變 壓器中性點上還應裝設零序電流 1 段、零序電流 2 段保護，作為 母線及變壓器單相接地故障的主保護和各元件接地故障的總后備 保護。接地變的作用及單相接地電流分布特點：接地變一般采用 Z 型接線，目前風電場主變均為 Y-接線，接地變作用主要是人 為制造中性點，用來接入消弧線圈或中性點電阻。在電磁特性上 接地變對正、負序電流呈高阻抗，而對零序電流呈低阻抗。下圖 為 A 相接地時故障相電流分布示意圖。I A0一 1 A1+I A2<2fT1T

23、a31丄1TV220/35kV4、風電場應按反措要點要求在升壓站配置故障錄波器，并按要求接入相應的電氣量，具體包括：各條送出線路的三相電流； 升壓站高、低壓各段母線的三相及零序電壓、頻率；各條匯集線 升壓站側(cè)的三相電流；升壓站內(nèi)的保護及開關的動作信息；升壓 站無功補償設備的保護及開關動作信息和三相電流。三、風電場有關繼電保護整定原則風電機組低電壓適應原則要求當風電場并網(wǎng)點電壓跌至0.2倍額定電壓時，風電機組應能不脫網(wǎng)運行625ms為防止系統(tǒng)短路時，由于低電壓穿越問題造成風機大范圍脫網(wǎng)，對風電場匯集 線系統(tǒng)定值應首先按保證速動性，并盡量兼顧選擇性的原則進行 整定。1 、集電線路整定（1）存在的問題 快速段定值按躲線路末端整定，對全線無靈敏度。 靈敏段時間和箱變后備保護配合，整定時間為0.6秒至1秒，時間整定過長（2）整定原則 距離、