大型地区性枢纽变电所设计毕业设计2

第三章 变电所电气主接线短路电流计算

3.1 概述

3.1.1 短路电流计算目的：

在变电所的电气设计中，短路电流计算是其中一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以效验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以效验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以效验设备动稳定。

(3)在计算屋外高压配电装置时，需按短路条件效验导线的相间和相对安全距离。

(4)在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。

(5)接地装置的设计，也需要短路电流。

3.1.2 短路电流的基本情况：

在验算导体和电器时所用短路电流，其计算的基本情况，一般有以下规定：

(1)电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；

(2)所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； (3)短路发生在短路电流为最大值的瞬间； (4)所有电源的电动势相位角相同；

(5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

3.1.3 本次设计短路计算条件：

(1)系统容量及其阻抗（归算到本变电所相应母线）及计算接线图。（如图3-1）

图3-1 系统容量及其阻抗及计算接线图

UK1%?1?UK?1?2?%?UK?1?3?%?UK?2?3?%?2

1??14.07?23.73?7.65??15.07521?UK?1?2?%?UK?2?3?%?UK?1?3?%?2

1??14.07?7.65?23.73???1.0052UK2%?UK3%?1?UK?1?3?%?UK?2?3?%?UK?1?2?%?2

1??7.65?23.73?14.07??8.6552(2)短路类型按三相短路计算

(3)短路计算点选择通过电器的短路电流的最大的哪些点为短路计算点，一般220KV、110KV、35KV每一等级的配电装置的电器设备，例如断路器和隔离开关都选用同一型号，以便维护、检修和备件。其中母联断路器的短路点，选在利用母联断路器向备用母线充电时，备用母线故障，此即母线短路，全部短路电流（220KV系统电源和110KV系统电源送来）流过母联断路器及备母。

(3)故选220KV、110KV、35kV母线上发生三相短路d1(3)?220kV?、d2?110kV?、(3)?35kV?作为短路计算点。 d3(4)短路计算时间和所需的相应短路电流： 1)断路器的开断计算时间和相应的短路电流：

tbr（断路器的开断计算时间）= tbr（主保护时间）+ tin（断路器固有分闸时间）当断路器的额定开断电流较系统短路电流大很多时，为了简化计算也可用次暂态电流I\代替ttbr（Ipt一实际开断瞬间短路电流周期分量）

2)校验电器热稳定用的短路计算时间tk和相应的全分断时间： tk=tpr（继保的后备保护时间）+tab（断路器的全分断时间）

tab=tin+ta（断路器开断时电弧持续时间，对于少油断路器为0.04~0.06S对于SF6断路器为0.02~0.04S）

因此，需提供的短路电流周期分量有I”、Itk/2、Itk

3)校验电器和导体动电动力稳定以及校验断路器关合的断路冲击幅值ish，ish=2.55I”。

3.1.4 本次设计短路电流计算所采用的方法： 使用计算短路电流标幺制方法和实际计算法。

3.2 计算短路电流的标幺制方法

3.2.1 标幺制

标幺制中各物理量都用标幺值（相对值）来表示。

标幺制方法使短路电流运算过程简单，数值简明，便于分析。 3.2.2 基准值选取

短路电流涉及的物理量基准值有：基准电压U（，基准电流I（，BKV）BKA）基准视在功率SB（KVA）和基准阻抗（Ω），它们之间满足三相电路中两个基本关系：

UB=3ZBIB SB=3UBIB

式中：UB为线电压，SB为三相视在功率，IB为相电流，ZB为相阻抗。

因此基准值中可任选两个，一般选基准容量，SB=1000MVA；基准电压UB

一般取各级平均电压：

母线的额定电压（KV） 35、110、220 电网的平均额定电压（KV） 37、115、230 3.2.3 基准值改变时标幺值的换算：

电力系统中各种电气设备如：发电机、变压器、电抗器的阻抗参数均是一其身额定值为基准值的标幺值或百分值给出的，而在进行短路计算时，必须取统一基准值，因此要将原来的以本身额定值为基准的阻抗标幺值换算到统一的基准值。

用标幺制计算时，也就是在各元件的参数的有名值归算到同一电压等级后，在此基础上选定统一的基准值求各元件参数的标幺值。

因此我们选定的变压器变比为各级电压的额定电压平均值之比，因此，电源（如：110KV系统电源，220KV系统电源）变压器的阻抗标幺值就不需要按电压归算了。

SB （3-1） SeSB变压器 XB*=XT* （3-2）

Se电源： XB*=XG*

3.3 短路计算的实用计算法

3.3.1 应用运算曲线法求任意时刻短路点的短路电流（交流分量有效值）

(1)运算曲线法是计算短路电流周期分量的有效值的实用计算法。 (2)在制定运算曲线时考虑了负荷的影响；认为发电机在额定运行状态下发生三相突然短路；使用了我国电力系统参数。

(3)运算曲线的每条曲线代表，某一短路时刻（t=0.01??∞），以计算电抗（以该电源容量为基准容量）Xjs为横坐标，纵坐标为该时间的短路电流I*（以该电源容量基准容量）。

3.3.2 应用运算曲线计算短路电流的方法

(1)计算步骤：

1)画出短路电流计算接线图和等值阻抗图。（考虑基准值改变时标幺值的换算，按统一的基准值归算）。

2)网络简化，得到各电源短路点的转移电抗；

3)求各电源的计算电抗Xjs（考虑基准值改变标幺值的换算，将各转移电抗按各电源额定容量归算）；

4)查运算曲线，得到以各电源额定容量为基准值的各电源送至短路点的标幺值；

5)求4)电流的有名值之和，即为短路点的短路电流。这是因为制定曲线时假定电力系统中各元件的磁路不饱和，即各元件参数不随电流而变化。因此，在计算过程中可以应用1/Xjs求得。

6)由运算曲线可知，当Xjs≥3时，各时刻的短路电流均相等，相当于无限大电源的短路电流可以用1/XJS求得。

(2)计算的简化

实际系统中的发电机台数甚多，每一台发电机都作为一个电源计算，则计算工作量太大，而且无此必要。可以把短路电流变化规律大体相同的发电机合并成等值，以减少工作量。影响短路电流变化规律的主要因素有两个：一个是发电机的特性（指类型、参数）另一个是发电机对短路点的距离。在短路点甚近的情况下，发电机本身特性不同短路电流变化规律具有决定性的影响，因此不能将不同类型发电机的特性引起的短路电流变化规律的差异受到极大的削弱，在这种情况下，可以将不同类型的发电机合并起来。本次设计就是属于这种情况，220KV系统电源和110KV系统电源归算到本变电所220KV、110KV母线上的阻抗甚大，因此可以将220KV系统电源和110KV系统电源合并成一个等值电源，自然这一等值电源的额定容量为220KV系统电源额定容量和110KV系统电源额定容量之和。

3.4 短路电流计算过程及结果

3.4.1 画出短路电流计算接线图和等值阻抗图

(1)计算接线图如短路计算条件所示（略） (2)等值阻抗图（如图3-2）

1000?1.62000Uk1.075X2?X5?SB/ST??1000/90?1.675100100X1?Xc*220SB/Sc220?3.2?X4?X7?

Uk3.075SB/ST??1000/90?1.675 100100Uk2%?1.005X3?X6?SB/ST??1000/90??0.11?0（可舍去不计）

1001001000X8?Xc*220SB/Sc110?1.3??1.3

1000

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