浅谈电力系统运行中的短路故障及短路电流的计算.pdf
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1、煤矿 现代化 2 0 1 0 年第4 期 总第9 7 期 浅 谈 电 力 系统 运 行 中的短 路 故 障及 短 路 电 琉 的计 算 李淑云 。 黄静 , 李元金 , 尚纪磊 ( 1 济 宁二号煤矿 。山东 济宁 2 7 2 0 7 2 ;2 济宁三号煤矿 ,山东 济宁 2 7 2 0 6 9) 摘要 电力系统在运行中, 由于多种原因, 难免出现故障, 而使系统的正常运行遭到破坏。各种短路 故障是破坏电力系统正常运行最为常见而且危害最大的原因。本文简要探讨短路故障的原因、 种类、 危害及 短路 电流计算 的 目的、 计算方法。 关键词短路 ; 短路 电流; 短路 电流 计算 中图分类号 :
2、T M7 1 3 文献标 志码 : B 文章编号 : 1 0 0 9 0 7 9 7 ( 2 0 1 0) 0 4 0 0 9 5 0 3 1 短路的种类及产生短路的原 因 1 1 短路的种类 在三相 系统 中 , 短路 的基本类 型有 : j相短路 、 两相短路 、 两相接地短路、 单相短路和单相接地短路等。三相短路时 , 三 相短路回路中的阻抗相等, 三相电压和电流仍然保持对称 , 属 于对称短路 。其他形式 的短路 ,由于短路 回路j相 阻抗 不相 等, 三相电压和电流均不对称, 属于不对称短路。除了上述短 路外,对变压器和电动机等电气设备还可能发生一相绕组的 匝间及层 问短路 。一 切
3、不对称 短路在采用对称分量法后 , 都可 以归纳为对称短路的计算。 1 2 短路的原 因 造成短路 的原 因很多 , 主要有 以下 几个方 面 : ( 1 ) 绝缘损坏。电气设备年久陈旧, 绝缘 自然老化; 绝缘瓷 瓶表面污秽, 使绝缘下降; 绝缘受到机械性损伤; 供电系统受 到雷电的侵袭或者在切换电路时产生过电压 ,将电气装置绝 缘薄弱处击穿 , 都会造成短路 。 ( 2 ) 误操作。例如 , 带负荷拉切隔离开关 , 形成强大的电 弧 , 造成弧光短路 ; 或将低压设备误码接入高压电网, 造成短 路 。 ( 3 ) 鸟兽危害。鸟兽跨越不等电位的裸露导体时, 造成短 路 。 ( 4 ) 恶劣所
4、气候。雷击造成的闪络放电或避雷器动作, 架 空线路 由于大风或导线覆冰引起 电杆倾倒等 。 ( 5 ) 其他意外事故。挖掘沟渠损伤电缆, 起重机臂碰触架 空导线 , 车辆撞击电杆等。 2短路 的危 害 短路时系统的阻抗大幅度减小 , 而 电流则大 幅度增加 。通 常短路电流可达正常工作电流的几十倍甚至几百倍,在大电 力 系统 中短路 电流可达几万甚 至几 十万安培 。这样大 的短路 电流将产生极大的危害, 归纳起来其危害有以下几种: ( 1 ) 损坏 电气设备 。短路 电流产 生 的电动力 效应 和热效 应, 会使故障设备及短路回路中的其他设备遭到破坏。 ( 2 ) 影响电气设备的正常运行。短
5、路时电网电压骤降 , 使 电气设备不能正常运行 。 ( 3 ) 影响系统的稳定性。严重 的短路会使并列的发 电机组 失去同步 , 造成电力 系统 解列 。 ( 4 ) 造成停电事故。短路时, 电力系统的保护装置动作, 使 开关跳闸, 从而造成大范围停电。越靠近电源, 停电范围越大, 造成的经济损失也越严重 。 ( 5 ) 产生电磁干扰。不对称短路的不平衡电流, 在周围空 间将产生很大的交变磁场,干扰附近的通讯线路和 自动控制 装置 的正常运行 。 3 短路电流计算的目的 ( 1 ) 确定供电系统的结线和运行方式。供电系统的结线和 运行方式不同, 短路电流的大小也不同。只有计算出在某种结 线和运
6、行方式下 的短路 电流 ,才 能判断这种结 线及运行方式 是否合适 。 ( 2 ) 选择电气设备。选择电气设备时, 需要计算 可能通 过 电气设 备 的最大 短路 电流及 其 产生 的 电动力 效 应及 热效 应, 以检验电气设备的分断能力及动稳定性和热稳定性。 ( 3 ) 选择限流电抗器。当短路电流过大时, 造成设备选择 困难 或不经济 ,这时 可在 供电线路 中串接 电抗器来 限制短路 电流。通过短路电流的计算, 决定是否使用限流电抗器, 并确 定所选电抗器的参数。 ( 4 ) 选择 和整定继 电保护装 置。选择 和整 定继电装置 时 , 需要计算被保护范围内可能产生的最小短路电流,以校验
7、继 电保护装置 动作 的灵 敏性是否符合要求 。 ( 5 ) 另外接地装置需根 据短路 电流进行设计 ; 在设计 户外 高压配电装置时,需按短路条件校验软导线的相问和相对地 的安全距离 。 4 短路电流计算 4 1 短路 电流 的基本假设 供电系统短路的物理过程是很复杂的, 影响因素也很多。 为了简化分析和计算 ,采取一些合理的假设以满足工程的需 要。通常采用以下假设: ( 1 ) 忽略磁路的饱和与磁滞现象, 认为系统中各元件参数 一 定。 ( 2 ) 忽略各元件的电阻。高压电网的各种电气元件, 其电 阻一般都比电抗小的多。一般当电阻大于 电抗时才考虑。 ( 3 ) 忽略短路点的过渡电阻。过渡
8、 电阻是指相与相之间短 接所经过的电阻, 如被外来物体短接时, 外来物体的电阻、 接 地短路的接地电阻、 电弧短路的电弧电阻等。般情况下, 都 以金属性短路对待,只在某些继电保护的计算中才考虑过渡 电阻 。 ( 4 ) 除不对 称故障 出现局 部不对称外 , 实 际的电力系统通 常都可以当作相对称的。 4 _ 2 短路 电流的相对值法 在多电压等的电网中,采用相对值法计算短路电流比较 9 5 煤矿现 代化 2 0 1 0 年第4 期 总第9 7 期 简便 , 用相对值法计算短路电流, 不必进行阻抗折算。相对值 法又称标么值,它是某一物理量的实际值与选定的该量基准 值的比值。因实际值的单位与选定
9、的基准值的单位相同, 所以 相对值没有量纲。 用相对值法计算短路电流时, 首先要计算各量的相对值, 因此要选定各个物理量的基准值 , 即基准容量 、 基准电压 、 基 准电流和基准电抗。在四个基准值中,先任意选取两个基准 值 , 另两个则根据欧姆定律和功率方程确定 。 在选定基准值时,通常先选定基准容量 s 和基准电压 U , 基准电流 I 和基准电抗 可利用下式求出: I 、 3 U Xd - 、 3 I 为了计算简便 , 基准容量 S 一般选取 1 0 0 MV A, 当给出系 统 的总额定 容量时 , 基 准容量 S 一般就 取为系统 的总额定 容 量。基准电压则分别选为各元件及短路点所
10、在线路的平均电 压 U 。 基准值确定之后, 容量 、 电压 、 电流和电抗的相对值便可 表示为 : s u 一 I 一、 丁u “ 一 x -x 式中S 、 U、 I 、 x 一 各物理量的实际值 ; s u I x 出 _ 一各物理量的相对基准值。 4 3 系统各元件相对基准值的计算 4 3 1 电源 系统的相对基准 电抗 如果 已知 电源系统母线上的短路容量 S , 则 电源系统的相 对基 准电抗 X 为 : x = 丧 专 、 S 出 4 3 2变压器的相 对基 准电抗 变压器的短路电压百分数 u z 就是以百分数表示的变压 器的相对额定阻抗, 如果忽略变压器的电阻, 则变压器的相对
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