短路電流計算概述

1、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)，當單相接地電流超過允許值時，繼電保

2、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

3、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

4、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

5、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。止匕外，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

6、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

7、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)電機等旋轉電機阻抗的的歸算發(fā)電機等旋轉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xGXGSBSSGN2）變壓器阻抗歸算乂四SS100Stn3）電抗器阻抗歸算*XlXl%ULNlbsXl%Uln里而UbslLN100"3IlnU2SXl%電抗器在額定條件下電抗的百分值4）線路阻抗歸算*ZlZl*RlRl*XlXl*ZlZl*RlRlSBS U2SSBS uBS BSSBSUIS*JXljXLZlRlXlSBSurSBSBSu2avSBSUI

8、2、短路電流計算舉例整定計算參數(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最小方式系統(tǒng)阻抗標幺值Xsmin：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：（2308%）/35kV連接組別：YND11短路阻抗：%3) 35kV系統(tǒng)參數(shù)( 1) 35kVSVG連接變型號：S11-6000kVA/35額定電壓：(352%)/10kV連接組別：Yyn0短路阻抗：%( 2) 35kV風機箱變?nèi)萘浚?800kVA額定電壓：(352%)/連接組別：DYN11短路阻抗：%( 3) 35kV線路參數(shù)由

9、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。線路2：其中LGJ-150/25導線長度為10.15km，LGJ-70/10導線長度為0.456km。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。（4）接地變參數(shù)額定容量：630KVA額定電壓：37kV阻抗電壓：連接組別：ZNyn11零序阻抗：相接地電阻：（5）所用變參數(shù)額定容量：630KVA額定電壓：37kV阻抗電壓：參數(shù)歸算1）主變阻抗歸算2）連接變阻抗歸算3）風機箱變阻抗歸算4）接地變阻抗

10、歸算5)所用變阻抗歸算短路電流計算以下計算按短路點三相短路計算:2.3.1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(2)35kV母線短路d2XsmaxXztd235kVd2點短路電流標幺值為(3)35kV連接變低壓側短路d3XsmaxXzt35kVXljtd3點短路電流標幺值為(4)饋線末端短路d4Xsmax.JXzt35kVXL1/2/3d4d4點短路電流標幺值為線路1Xsmax線路2線路3(5)風機箱變低壓側短路d5!XsmaxXzt35kVXLXfjtMd51考慮)d5點短路電流標幺值為(按線路短路電流最大線路(6)35kV接地變低壓側短路d6Xzt35kV

11、Xjdtd6點短路電流標幺值為(7)35kV所用變低壓側短路d7XsmaxXzt35kVXsytd7點短路電流標幺值為2.3.2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(2) 35kV母線短路d2XsminXztd235kVd2點短路電流標幺值為(3) 35kVSVG連接變低壓側短路d3Xsmin線路2Xzt35kVd3點短路電流標幺值為(4)饋線末端短路d4d4點短路電流標幺值為線路1-XljtJd3XsminXzt35kVXL1/2/3.d4線路3(5)風機箱變低壓側短路d5XsminXzt35kVXLXfjtd5d5點短路電流標幺值為(按線路短路電流最小線

12、路1考慮)(6) 35kV接地變低壓側短路d6XsminXzt35kVXjdtd6d6點短路電流標幺值為(7) 35kV所用變低壓側短路d7XsminXzt35kVXsytd7d7點短路電流標幺值為短路電流計算結果2.4.1 各個電壓等級下基準電流:2.4.2 三相短路電流計算結果短路點ftg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5035d235kV母線d310kV連接變低壓側d4饋線末端d5風機箱式變低壓側d6接地變低壓側d7所用變低壓側2.4.3 兩相短路電流計算結果兩相短路電流按三相短路電流的倍計算短路點位置最大方式最小方式短路電流標幺值短

13、路電流短路電流標幺值短路電流(kA)(kA)di220kV母線d235kV母線d310kV連接父低壓側d4饋線末端d5風機箱式變低壓側d6接地變低壓側d7所用變低壓側2.4.4 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310f。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，還應保證單相接地故障時零序電流（3I0）不小于200A2、各種接地方式比

14、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單相接地時不能實現(xiàn)快匯集線系統(tǒng)中性點接地方式功能及優(yōu)點存在問題?。?5kV系統(tǒng)一般不大于10A）,接地故障時能自行滅弧，/、存在系統(tǒng)過電壓問題。速跳閘，非故障相電壓升身，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)消弧線圈接地并配合接地選線跳閘具有消弧、消諧和過電壓保護功能；單相接地不跳閘時的傳統(tǒng)方式。選線跳閘動作時間較長，可靠性較差；不適合電容電流較小的系統(tǒng)；設備選型困難。經(jīng)小電阻

15、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小；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

16、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寸，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

17、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。4、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的三相電流；升壓站內(nèi)的保護及開關的動作信息；升

18、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，整定時間為秒至1秒，時間整定過長。（2）整定原則距離、電流保護速動段定值按匯集線全線有靈敏度整定。躲過箱變低壓側故障。電流速斷保護躲箱變勵磁涌流。零序電流按保證匯集線單相接地有靈敏度并躲過箱變勵磁涌流整定。速動段動作時間整定為0秒，經(jīng)校驗躲不過勵磁涌流時，適當增加短延時。2、主變壓器的整定（1）存在的問題主變壓器低壓側配置電氣量后備保護的，未整定定值，未投入運行。過流保護整定時間過長，部分為秒以上。（2）整定原則風電場主變低壓側配置過流保護的，過流保護作為低壓側母線和匯集線的后備保護，按躲最大負荷整定，整定第一時限跳本側，第二時限跳主變各側。風電場主變高壓側過流保護作為主變本體后備保護，按躲最大負荷整定，動作跳主變各側。低壓側過流保護第一時限一般整定為秒，過流保護最長動作時間不大于秒。3、接地變的整定為防止接地變跳開后，中性點失去接地電阻，接地變過流保護動作時間應