4×300MW火力发电厂电气部分初步设计毕业设计(论文)

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4?300MW发电厂电气部分初步设计

第一章 选择本厂主变压器和厂用变压器的容量、台数、型号及

参数

1.1厂用变压器的选择

1.1.1负荷计算方法

负荷计算一般采用换算系数法,换算系数法的算式为

S=∑(KP) (2.1)

式中

S——计算负荷(KVA) K——换算系数

P——电动机的计算功率(KW)

由于发电机额定功率已经给出,Sf=353MVA,则主变选择应按

SB?1.1?(1-Kp)?Sf计算

式中

SB――主变的最小容量(MVA)

Kp――厂用电量所占总发电量的比例(%) 1.1.2容量选择原则

(1)高压厂用工作变压器容量应按高压电动机计算负荷的110%,与低压厂用电计算负荷之和选择。

(2)高压厂用备用变压器或起动/备用变压器应与最大一台高压厂用工作变压器的容量相同;当起动/备用变压器带有公用负荷时,其容量还应满足最大一台高压厂用工作变压器的要求,并考虑该起动/备用变压器检修的条件。 1.1.3容量计算公式

高压厂用工作变压器: SB?1.1Sg?Sd (2.2)

SB——厂用变压器高压绕组额定容量(KVA) Sg——高压电动机计算负荷之和

Sd——低压厂用计算负荷之和 由电力工程电气设备手册及所给原始

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资料,本厂选用SFPFZP-40000/20的变压器,其额定容量为40000/25000-25000(KVA),高压额定电压为20±8×1.25%,低压额定电压为6.3-6.3,周波为50HZ,相数为3,卷数为3,结线组别为YN、d11-d11,阻抗为14,空载电流0.31%,空载损耗41.1KW,负载损耗178.9KW,冷却方式为ONAN/ONAF。

1.2主变压器的选择

1.2.1容量和台数选择

发电机与主变压器为单元接线时,主变压器的容量按发电机的量大连续输出容量扣除本机组的厂用负荷来选择。

1.2.2 相数的选择

主变压器采用三相或是单相,主要考虑变压器的制造条件,可靠性要求及运输条件等因素。特别是大型变压器,尤其需要考查其运输可能性,保证运输尺寸不超过隧洞,涵洞,桥洞的允许通过限额,运输重量不超过桥梁、车辆、船舶等运输工具的允许承载能力。

当不受运输条件限制时,在330KV及以下的发电厂,应选用三相变压器。 1.2.3绕组连接方式的选择

变压器的绕组连接方式必须和系统电压相位一致,否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y和?,高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。

按照设计要求及所给原始资料,本厂选择装设的主变压器型号为

SFP7-370000/220,额定容量为370MVA,额定电压为242±2×2.5%/20KV,额定电流为/10681A,周波50Hz,相数为3,卷数为2,结线组别YN,d11,阻抗为14.15%,空载损耗203.7KW,空载电流0.22%,负载损耗951.5KW,冷却方式为ODAF,油量为37.2T,器重167T,总重249.7T。

第二章 设计本厂电气主接线方案

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分,也是构成电力系统的重

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要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关,并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

2.1主接线设计的基本要求

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 2.1.1可靠性

供电可靠性是电力生产和分配的首要要求,主接线首先应满足这个要求。 主接线可靠性的具体要求

(1)断路器检修时,不宜影响对系统的供电;

(2)断路器或母线故障以及母线检修时,尽量减少停运的回路数和停运时间,并要保证对一级负荷及全部或大部分二级负荷的供电; (3)尽量避免发电厂、变电所停运的可能性;

(4)大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。 2.1.2灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

(1)调度时,应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路,调配电源和负荷,满足系统在事故运行方式,检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。

(2)检修时,可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备,进行安全检修而不致影响电力网的运行和对用户的供电。

(3)扩建时,可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下,投入新装机组、变压器或线路而不互相干扰,并且对一次和二次部分的改建工作量最少。 2.1.3 经济性

主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下做到经济合理。 (1)投资省

a.主接线应力求简单,以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器,避雷器等一次设备;

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b.要能使继电保护和二次回路不过于复杂,以节省二次设备和控制电缆; c.要能限制短路电流,以便于选择价廉的电气设备或轻型电器;

d.如能满足系统安全运行及继电保护要求,110KV及以下终端可采用简易电器。

(2)占地面积小

主接线设计要为配电装置创造条件,尽量使占地面积减少。 (3)电能损失少

经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量,要避免因两次变压而增加电能损失,此外在系统规划设计中,要避免建立复杂的操作枢纽,为简化主接线,发电厂、变电所接入系统的电压等级一般不超过两种。

2.2 高压配电装置的基本接线形式及适用范围

2.2.1双母线接线四分段带旁路

双母线四分段带旁路的两组母线同时工作,并通过母线联络断路器并联运行,电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求,一般某一回路固定与某一组母线连接,以固定连接的方式运行。

图3-1 双母线四分段带旁路接线

(1)优点:

a.供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作,可以轮流检修一组母线而不致使供电中断;一组母线故障后,能迅速恢复供电;检修任一回路的母线隔离开关,只停该回路;

b.调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上,能灵

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活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要;

c.扩建方便。向双母线的左右任何一个方向扩建,均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配,不会引起原有回路的停电。当有双回架空线路时,可以顺序布置;

d.便于试验。当个别回路需要单独进行试验时,可将该回路分开,单独接至一组母线上。 (2)缺点:

a.增加一组母线就需要增加一组母线隔离开关。

b.当母线故障或检修时,隔离开关作为倒换操作电器,容易误操作。为了避免隔离开关误操作,需在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。

这种接线适用于出线回路数或母线上电源较多,输送和穿越功率较大,母线故障后要求迅速恢复供电,母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用,或当110-220KV配电装置,在系统中居重要地位,出线回路数为4回及以上时采用。

为了保证采用双母线四分段的配电装置,在进出线断路器检修时,不中断对用户的供电,可增设旁路母线或旁路隔离开关。

第三章 设计本厂厂用电接线方案

3.1厂用电接线总的要求:

厂用电设计应按照运行、检修和施工的要求,考虑全厂发展规划,妥善解决分期建设引起的问题,积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备,使设计达到经济合理、技术先进,保证机组安全、经济和满发地运行。

3.2厂用电接线应满足下列要求:

(1)各机组的厂用电系统应是独立的。一台机组的故障停运或其辅机的电气故障,不应影响到另一台机组的正常运行,并能在短时间内恢复本机组的运行。

(2)充分考虑机组起动和停运过程中的供电要求。一般均应配备可靠的起动电源。在机组起动停运和事故时的切换操作要少,并能与工作电源短时并列。

(3)充分考虑到电厂分期建设和连续施工过程中厂用电系统的运行方式。

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特别要注意对公用负荷供电的影响,要便于过渡,尽少改变接线和更换设备。

(4)200MW及以上机组应设置足够容量的交流事故保安电源,当全厂停电时,可以快速起动和自动投入,向保安负荷供电,还要设置电能质量指标,合格的交流不间断供电装置,保证不允许间断供电的热工负荷的用电。

由设计手册,发电机容量为300MW,宜采用6KV的高压厂用电压,而且当厂用电压为6KV时,200KW以上的电动机采用6KV,200KW以下的采用380V;另外300MW机组火电厂主厂房通用设计的厂用电接线中6KV为中性点不接地系统,380V为中性点经高电阻接地系统。每台机组设A、B两段6KV母线,由一台分裂绕组高压厂用工作变压器供电,该变压器由发电机出口引接。两台机组设一台起动变压器,供给机组起动和停机负荷,并兼作厂用工作变压器的事故备用。

在本厂厂用电设计中,因锅炉辅助机械多、容量大、供电网络复杂,为了提高供电可靠性,厂用电接线系统通常采用单母线分段接线形式,而且为了保证厂用电系统的供电可靠性与经济性,且便于灵活调度,一般采用“按炉分段”原则,即将厂用电母线按锅炉的台数分成若干独立段,既便于运行、检修,又能使事故影响范围局限在一机一炉。

图4-3 厂用电主接线

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第四章 电气部分各种类型短路电流的计算

4.1短路电流计算的目的:

(1)电气主接线比选; (2)选择导体和电器; (3)确定中性点接地方式; (4)计算软导体的短路摇摆;

(5)选择继电保护装置和进行整定计算等。

4.2短路计算原则

短路电流实用计算中,采用以下假设条件和原则: (1)正常工作时,三相系统对称运行; (2)所有电源的电动势相位角相同;

(3)系统中的同步和异步电机均为理想电机,不考虑电机磁饱和、磁滞、涡流及导体集肤效应等影响;转子结构完全对称;定子三相绕组空间位置相差

1200电气角度;

(4)电力系统中各元件的磁路不饱和,即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化;

(5)电力系统中所有电源都在额定负荷下运行,其中50%负荷接在高压母线上,50%负荷接在系统侧;

(6)同步电机都具有自动调整励磁装置(包括强行励磁); (7)短路发生在短路电流为最大值的瞬间; (8)不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流;

(9)除计算短路电流的衰减时间常数和低压网络的短路电流外,元件的电阻都略去不计;

(10)元件的计算参数均取其额定值,不考虑参数的误差和调整范围; (11)输电线路的电容略去不计;

(12)用概率统计法指定短路电流运算曲线。

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第五章 主要电气设备的选择

5.1电器选择的一般要求

5.1.1一般原则

选择的高压电器应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保持正常运行。 (1)长期工作条件

a.电压

选择的电器允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug。 即、Umax≥Ug (6.1)

b.电流

选用的电器额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig,Ie≥Ig,高压电器没有明确的过载能力,所以在选择其额定电流时,应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求。

c.机械荷载

所选电器端子的允许荷载,应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力。

(2)短路稳定条件

a.校验的一般原则

电器在选定后应按最大可能通过的短路电流进行动、热稳定校验。校验的短路电流一般取三相短路时的短路电流,若发电机出口的两相短路较三相短路严重时,则应按严重情况校验。

b.短路的热稳定条件

It2t?Qdt (6.2) 式中

Qdt——在计算时间tjs秒内短路电流的热效应(KA2?S)

It——t秒内设备允许通过的热稳定电流有效值(KA) t——设备允许通过的热稳定电流时间(S) 校验短路热稳定所用的计算时间tjs按下式计算

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tjs?tb?td (6.3) 式中

tb——继电保护装置后备保护动作时间(S) td——断路器的全分闸时间(S) c.短路的动稳定条件

ich≤idf Ich≤Idf (6.4) 式中

; ich——短路冲击电流峰值(KA); Ich——短路全电流有效值(KA)

; idf——电器允许的极限通过电流有效值(KA)。 Idf——电器允许的极限通过电流有效值(KA)

5.2母线的选择

在大型发电机组中主要采用分相封闭母线,共箱母线和电缆母线。 5.2.1 分相封闭母线

特点和使用范围:

(1)在300MW发电机引出线回路中采用分相封闭母线的目的: a.减少接地故障,避免相间短路; b.消除钢构发热; c.减少相间短路电动力;

d.母线封闭后,便有可能采用微正压运行方式,防止绝缘子结露,提高运行安全可靠性,并为母线采用通风冷却方式创造了条件;

e.封闭母线由工厂成套生产,质量较有保证,运行维护工作量小,施工安装简便,而且不需设置网栏,简化了结构,也简化了对土建结构的要求。

(2)使用范围

分相封闭母线在大型发电厂中的使用范围为:

从发电机出线端子开始,到主变压器低压侧引出端子的主回路母线,自主回路母线引出至厂用高压变压器和电压互感器,避雷器等设备柜的各分支线,采用全连式分相封闭母线。

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5.2.2 共箱母线

共箱母线主要用于单机容量为200-300MW的发电厂的厂用高压变压器低压侧到厂用高压配电装置之间的连接线。 5.2.3经济电流密度的选择

(1)对于全年负荷利用小时数较大,母线较长,传输容量较大的回路,均应按经济电流密度选择导体截面,并按下式计算:

Sj=Ig/j ( 6.5) 式中

Sj——经济截面(mm2)

Ig——回路的持续工作电流(A)

j——经济电流密度(A/mm2)

(2)按短路热稳定校验

S?Qd/C (6.6)

S——导体截流截面 Qd——短路电流的热效应

C——与导体材料及发热温度有关的系数

5.3高压断路器、隔离开关及电流、电压互感器的选择

高压断路器是发电厂主系统的重要设备之一,在正常运行时,用它来倒换运行方式,把设备或线路接入电路或推出运行,起控制作用;当设备或线路发生故障时,能快速切除故障回路,保证无故障部分正常运行,起保护作用。

隔离开关是发电厂常用的电器,它需要与断路器配套使用。它的主要用途有隔离电压、倒闸操作,分合小电流。

互感器是一次系统和二次系统间的联络元件,用以分别向测量仪表、继电器和电流线圈和电压线圈供电,正确反映电气设备的正常运行和故障情况。其作用是:

(1)将一次回路的高电压和大电流变为二次回路标准的低电压和小电流,使测量仪表和保护装置标准化、小型化,并使其结构轻巧、价格便宜和便于屏内安装。

(2)是二次设备与高压部分隔离,且互感器二次侧均接地,从而保证了设备和人身的安全。

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以上设备的选择标准都是允许最高工作电压Umax不得低于该回路的最高运行电压Ug;所选设备的额定电流Ie不得低于所在回路在各种可能运行方式下的持续工作电流Ig;设备的允许开断电流INbr不低于次暂态电流I'';设备的动稳定电流峰值INCl不低于该回路的最大短路电流。

第二部分 设计计算书

第一章 变压器的选择

附录一:每台机组配套的高压厂用电动机及低压变压器容量 序号 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

设备名称

电动调速给水泵 凝结水泵 凝结水升压泵 循环水泵 送风机 一次风机 引风机

锅炉强制循环泵 钢球磨煤机 排粉风机 循环冷却水泵 灰渣泵 碎煤机 雨水排水泵 酸洗炉清洗泵 低压工作厂变 380公用变 厂外除灰变 输煤变压器 照明变压器 备用变压器 启动锅炉变 化学水变压器 全厂公用变压器 检修变压器

额定容量(KW) 5100

315 1250 1600 800 400 1800 198 550 500 310 380 400 480 350

1250(KVA) 1250(KVA) 1000(KVA) 1000(KVA) 400(KVA) 1250(KVA) 630(KVA) 630(KVA) 630(KVA) 400(KVA)

台数 1 2 2 2 2 2 3 3 8 4 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1

备注

一运一备 一运一备

二运一备

一运一备 一运一备 一运一备

全厂公用

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1.1变压器容量计算:

5100?315?1250?1600?2?800?2?400?2?1800?2?198?3?550?8?500?4?310?380?400?480?2?350?29716KVA0.85S1?

S2?1250?4?1000?3?630?3?400?2?10690KVA SC?S1?S2?29716?10690?40406KVA

工程装设四台QFSN-300-2型发电机组,发电机额定电压20KV额定容量353MVA额定功率300MVA,COS?=0.85

厂用电的比例占发电量的6% 根据已知Sf=353MVA可以算出:

SB?1.1?(1-Kp)?Sf=1.1?(1-6%)?353=365.002MVA

通过以上计算,可以选择出主变,厂变和高备变,具体参数如下:

1.2主变压器参数:

表1-2 主变压器参数表

制造厂 额定容量(KVA) 额定电流(A) 相数 结线组别 空载损耗(KW) 负载损耗(KW) 油量(T) 总重(T)

沈阳变压器厂 370000 /10681 3 型号 额定电压(KV) 周波(Hz) 卷数 阻抗(%) 空载电流(%) 冷却方式 器重(T) SFP7?370000/220 242±2×2.5%/20 50 2 14.15 0.22 ODAF 167 YN.d11 203.7 951.5 37.2 249.7 1.3高压厂用变压器参数:

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表1-2 高压厂用变压器参数表

制造厂 额定容量(KVA) 额定电流(A)

相数 结线组别 空载损耗(KW) 负载损耗(KW)

油量(T)

沈阳变压器厂 40000/25000—25000

/2291—2291

3

型号 额定电压(KV) 周波(Hz)

卷数 阻抗(%) 空载电流(%) 冷却方式

SPF7?40000/20

20±2×2.5%/6.3—6.3

50 3 15 0.39 ONAN/ONAF

D.do?do

33.36 160.1 11.92

1.4高压备用变压器参数:

表1-3 高压备用变压器参数表

制造厂 额定容量(KVA)

相数 结线组别 空载损耗(KW) 负载损耗(KW) 周波(Hz) 沈阳变压器厂 40000/25000—25000

3

型号 额定电压(KV)

卷数 阻抗(%) 空载电流(%) 冷却方式

220±8×1.25%/6.3—6.3

3 14 0.31 ONAN/ONAF

YN.d11?d11

41.1 178.9 50

第二章 短路计算

2.1计算各元件参数的标么值电抗:

取SB?100MVA UB?Uav

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发电机电抗:

X*G?Xd\?Xd\SBSN100

3000.85?0.2359??0.0668主变压器电抗:

X*T?UR(%)SB14.15100???100SN100370?0.0392

高厂变电抗:

X*T1?UR(%)SB15100???100SN10040?0.375

高备变电抗:

X*T2?

UR(%)SB14100???100SN10040?0.35

2.2 根据计算结果,画出K1~K4点短路时,电气主接线的等值网络,如下所示:

无限大系统0.0174K1220KVK20.03920.035K4K30.0668

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下面分别进行各短路点的对称三相电流计算:

2.2.1 K1点短路:

0.0174K10.0392+0.0668

图2-1 K1点短路电流图

发电机G1~G4合并 发电机侧计算如下:

S??300?4?1411.76MVA 0.85XK?(0.0668?0.0392)/4?0.0265?图2-1简化如下:

0.0265K10.0174

图2-2 K1点短路化简图

Xjs?XKS?1411.76?0.0265??0.374? SB100通过查表得出0s 1.5s 3s的值:

表2-1 K1点短路电流值表

T

I*

0 2.95

- 15 -

1.5 2.14

3 2.23

系统侧计算:

I*?11??57.47KA X*0.0174IB2?S?3UavS?3Uav?100?2.75KA 213100?0.251KA

2303IB2??短路周期分量的有效值为:

I(0)1\?I0*1?IB1?2.95?3.544?10.45

I(0)2\?I(1.5)2\?I(3)2\?I*?IB2?57.41?0.251?14.41KA I(1.5)1\?I(1.5)*1?IB1?2.14?3.544?7.58KA I(3)1\?I(3)*1?IB1?2.23?3.544?7.90KA

所以:

I0\?I(0)1\?I(0)2\?10.45?14.41?24.86KA I1.5\?I(1.5)1\?I(1.5)2\?7.58?14.41?21.99KA I3\?I(3)1\?I(3)2\?7.90?14.41?22.31KA

如取冲击系数Kimp?1.85,则冲击电流为:

iimp?2KimpI0\?2?1.85?24.68?65.03KA

短路电流的最大有效值为:

Iimp?1.56I0\?1.56?24.86?38.78KA

短路电流的热效应为:

Qd?

I(0)2?10I(1.5)2?I(3)21224.682?10?21.992?22.312?td??3?1487.8KA2?S

12 - 16 -

4?300MW发电厂电气部分初步设计

2.2.2 k2点短路:

0.01740.0392K20.035

图2-3 K2点短路电流等值电路图

发电机G2G3G4合并

发电机侧计算:

S??

300?3?1058.82MVA 0.85XK?(0.0668?0.0392)/3?0.035?

图2-3简化如下:

0.01740.03920.035K2

图2-4 K2点短路化简图 进行星角变换:

0.0392?0.0174?0.076?

0.0350.0392?0.035X2?0.0392?0.035??0.153?

0.0174X1?0.0392?0.0174? - 17 -

Xjs?X2?S?1058.82?0.153??1.62? SB100通过查表得出0s 1.5s 3s的值:

表2-2 K2点短路电流计算值

T

I*

0 0.642

1.5 0.664

3 0.664

I*?11??13.16KA X10.076IB1?S?3UavS?3Uav?1058.82?29.11KA

213100?2.75KA 213IB2??短路周期分量的有效值为:

I(0)1\?I0*1?IB1?0.642?29.11?18.69KA

I(0)2\?I(1.5)2\?I(3)2\?I*?IB2?13.16?2.75?36.19KA I(1.5)1\?I(1.5)*1?IB1?0.664?29.11?19.33KA I(3)1\?I(3)*1?IB1?0.664?29.11?19.33KA

所以:

I0\?I(0)1\?I(0)2\?18.69?36.19?54.88KA I1.5\?I(1.5)1\?I(1.5)2\?19.33?36.19?55.52KA I3\?I(3)1\?I(3)2\?19.33?36.19?55.52KA

如取冲击系数Kimp?1.85,则冲击电流为:

iimp?2KimpI0\?2?1.85?54.88?143.56KA

短路电流的最大有效值为:

Iimp?1.56I0\?1.56?54.88?85.61KA

短路电流的热效应为:

- 18 -

4?300MW发电厂电气部分初步设计

Qd?

I(0)2?10I(1.5)2?I(3)21254.882?10?55.522?55.522?td??3?9246.3KA2?S

122.2.3 k3点短路

0.01740.03920.035K3

图2-5 K3点短路等值图 发电机G1~G4合并 发电机侧计算如下:

S??300?4?1411.76MVA 0.85XK?(0.0668?0.0392)/3?0.035?图2-5简化如下:

0.01740.03920.035

图2-6 K3点短路化简图

进行星角变换:

0.0392?0.0174?0.076?

0.0350.0392?0.035X2?0.0392?0.035??0.153?

0.0174X1?0.0392?0.0174?图2-6简化如下:

- 19 -

0.0760.1530.06680.375K3

图2-7 K3点短路化简图

进行星角变换:

X1?0.076?0.375?0.076?0.375?1.07?

0.153?0.06680.153?0.0668?0.375?0.65?

0.076X2?0.153?0.0668?0.375?Xjs?X2?S?1411.76?0.65??9.18? SB100I*\?11??0.11KA Xjs9.18I*?11??0.93KA X11.07IB1?S?3UavS?3Uav?1411.76?129.38KA

6.33100?9.16KA

6.33IB2??短路周期分量的有效值为:

I(0)1\?I(1.5)1\?I(3)1\?I*\?IB1?0.11?129.38?14.23KA

I(0)2\?I(1.5)2\?I(3)2\?I*?IB2?0.93?9.16?8.52KA

所以:

I(0)\?I(1.5)\?I(3)\?14.23?8.52?22.75KA

如取冲击系数Kimp?1.85,则冲击电流为:

iimp?2KimpI0\?2?1.85?22.75?59.5KA

短路电流的最大有效值为:

- 20 -

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/1r27.html

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