短路電流范文

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關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)中性點的運行方式；泵站系統(tǒng)短路電流計算及應(yīng)用

Abstract: This paper introduces the calculation of short circuit current operation mode and pump system neutral point of power system, which can provide reference for small and medium-sized pumping station electrical design.

Keywords: power system operation mode of neutral point; pumping system short-circuit current calculation and Application

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在供電網(wǎng)絡(luò)中由發(fā)電機(jī)、升壓和降壓變電所、送電線路以及用電設(shè)備有機(jī)的連接在一起的整體，稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中由升壓和降壓變電所、各種不同電壓等級的送電線路連接在一起的部分，稱為電力網(wǎng)。

電力系統(tǒng)中性點（即就是發(fā)電機(jī)、變壓器的中性點）的運行方式分為直接接地或經(jīng)過低阻抗接地，稱為大接地電流系統(tǒng)；另一類是中性點不接地、經(jīng)過消弧線圈或高阻抗接地，稱為小接地電流系統(tǒng)。其中采用最廣泛的是中性點不接地、中性點經(jīng)過消弧線圈接地、中性點直接接地三種方式。當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)中性點的運行方式分為（1）對于6~10KV系統(tǒng)由于設(shè)備絕緣水平按照線電壓設(shè)計對設(shè)備的造價影響不大，為提高供電可靠性，一般采用中性點不接地或中性點經(jīng)過消弧線圈接地。（2）對于110KV及以上的系統(tǒng)，考慮到降低設(shè)備絕緣水平，簡化繼電保護(hù)裝置，一般采用中性點直接接地方式，并對送電線路全程架設(shè)避雷線和自動重合閘裝置，以提高供電可靠性。（3）20~60KV的系統(tǒng)，屬于中間情況，由于一相接的的電容電流不很大，網(wǎng)絡(luò)不復(fù)雜，設(shè)備的絕緣水平變動對造價影響不大，所以一般采用中性點經(jīng)過消弧線圈接地（4）1KV以下的電網(wǎng)的中性點采用不接地方式，但電壓220/380V的電網(wǎng)，為適應(yīng)設(shè)備獲得相電壓而要求直接接地。

在電力系統(tǒng)和電力網(wǎng)的運行中，常會發(fā)生電氣故障，而這些故障多是由于短路引起；短路指電力系統(tǒng)中相與相或相與地之間經(jīng)過電弧或其他較小的電抗的一種不正常的連接。短路通常形成的原因有（1）雷擊短路（2）設(shè)備絕緣老化短路（3）設(shè)備長期過載、過熱短路（4）機(jī)械損傷短路（5）人員違反安全規(guī)程、運行規(guī)程形成的誤操作短路(6)飛禽、動物跨接導(dǎo)線短路。在三相系統(tǒng)中短路分為：三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路。除三相短路是對稱短路外，其他都是非對稱短路；運行實踐表明；中性點直接接地系統(tǒng)中，最常見的是單相短路，約占總故障的70%，兩相短路約占13%，兩相接地短路約占10%，三相電路約占5%。不同的短路類型，其形成的短路電流也不同，通常三相短路電流為最大，危害最重，因此常將三相短路電流作為電氣設(shè)備選擇的重要依據(jù)。

在電氣設(shè)計中，短路計算的作用有（1）選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的電動（機(jī)械）穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性（2）選擇限制短路電流的方式（3）進(jìn)行繼電保護(hù)的設(shè)計和整定計算。下面以XX泵站的短路計算為例簡要說明以標(biāo)幺制進(jìn)行的短路電流計算過程：

1. 系統(tǒng)參數(shù)的收集：根據(jù)短路計算的目的，搜集包括電力

系統(tǒng)的電氣主接線圖、系統(tǒng)的運行方式、系統(tǒng)中架空線路、

電纜、變壓器、電動機(jī)等各個元件的技術(shù)參數(shù)；其中系統(tǒng)

母線短路阻抗（標(biāo)準(zhǔn)值）可以從供電局查詢得到。

XX變電站：35KV母線短路阻抗（標(biāo)準(zhǔn)值）

變電站—田市泵站 LGJ—70 10.6Km 系統(tǒng)接線圖

2. 系統(tǒng)接線圖繪制：依據(jù)收集的各個元件的技術(shù)參數(shù)，繪

制系統(tǒng)接線圖，再簡化為系統(tǒng)等值電路圖，如右圖所示。

3.系統(tǒng)阻抗圖：由簡化的系統(tǒng)等值電路圖，利用網(wǎng)絡(luò)簡化規(guī)定

將等值電路圖逐步簡化，求出短路回路的總阻抗，然后就可以

對系統(tǒng)中的短路點進(jìn)行短路電流和短路容量計算。

3.1參數(shù)計算

系統(tǒng)阻抗圖

4.網(wǎng)絡(luò)簡化

5. 短路電流計算d1-2點短路阻抗計算

6. 短路電流計算成果列表如下：

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[關(guān)鍵詞]變壓器 短路電流 計算方法 適用范圍

中圖分類號：TM424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）03-0265-01

0.引言

對于變壓器而言，短路分為三相短路，兩相短路，兩相短路接地和單相接地三種情況，但是三相短路時短路電流最大。傳統(tǒng)的短路電流的計算標(biāo)準(zhǔn)或方法主要有運算曲線法、計算短路電流基頻交流分量初始值的實用計算方法等。

為了更直觀的比較三種計算方法的不同之處，本文著眼于簡化的電網(wǎng)接線圖，分別運用三種計算方法計算短路電流，最后總結(jié)出各自的適用范圍。

1.變壓器短路電流計算方法原理介紹

1.1 運算曲線法

20世紀(jì)80年代以來，我國電力設(shè)計部門開始普遍應(yīng)用查通用曲線的方法來計算短路電流值，此方法針對我國的電機(jī)參數(shù)有很強(qiáng)的實用性。

1.2 短路電流交流分量初始值計算法

短路交流電流初始值的計算實質(zhì)上是一個穩(wěn)態(tài)交流電路的計算問題，但有一定的計算條件和近似要注意：對于電源，各個發(fā)電機(jī)均用次暫態(tài)電抗作為其等值，近似認(rèn)為次暫態(tài)電動勢不突變。電網(wǎng)方面，做短路電流計算時候可以比潮流計算簡化。可以不計接地支路。

不計負(fù)荷，短路前按空載情況決定次暫態(tài)電動勢。

1.3 簡化計算方法

此方法實用于計算一定容量變壓器出口三相短路時高壓側(cè)短路電流和低壓側(cè)短路電流。

首先，介紹變壓器低壓側(cè)三相短路時高壓側(cè)短路電流的計算，當(dāng)變壓器低壓繞組短接，在高壓繞組中施加逐步增大的電壓，當(dāng)高壓繞組中電流達(dá)到額定電流時，這時施加在高壓側(cè)的電壓我們稱作阻抗電壓，那么，變壓器的短路電壓百分值與變壓器的電抗和阻抗電壓之間有如下關(guān)系式：

比較這三種方法計算出來的短路電流值，可以看到，利用曲線法和初始值法計算的短路電流值幾乎沒有什么差別，而利用簡化方法算出來的短路電流值跟前兩種方法比起來會有差別，隨著降壓變壓器容量的不斷增加，相對誤差就不斷的加大。進(jìn)一步分析，當(dāng)系統(tǒng)容量跟變壓器容量滿足一定關(guān)系的時候，三種方法計算結(jié)果接近，這個時候，方法三不失為快速計算短路電流的實用方法。

4.結(jié)論說明

（1）方法一和方法二更貼合工程現(xiàn)場，考慮更為全面，而且原理大致相同，所以結(jié)果很接近，可以作為計算短路電流的一般方法。而方法三是一種簡化方法，有一定的實用價值，而且計算快速簡便。

（2）方法三最好是只用于低壓側(cè)三相短路時候短路電流的計算，因為這種計算相較于高壓側(cè)短路電流計算誤差會小很多。

（3）變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量越大，變壓器的額定容量越小，那么當(dāng)變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)三相短路時候，電力系統(tǒng)高壓側(cè)的電壓損失會相對很小，用方法三計算短路電流會很方便。經(jīng)過上面計算，我們可以看到當(dāng)時，我們可以利用方法二計算，相對誤差會維持在10%以內(nèi)，如果時，建議改用傳統(tǒng)方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 李光琦，電力系統(tǒng)暫態(tài)分析.北京：中國電力出版社，2007.

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關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng);保護(hù)配合;短路電流

中圖分類號：TM713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）06-0085-01

1 低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計要求

TN-C系統(tǒng)是工業(yè)上比較常用的低壓配電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)實際上是通過零線形成的單獨相接的短路電流的回路，也就是常說的接零保護(hù)。

而且這種回路，可以使得線路在故障發(fā)生的時候，可以保護(hù)系統(tǒng)能夠第一時間發(fā)生作用，隔離故障的影響，減少故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失，人力物力的損失。

一般使用斷路器（空氣自動開關(guān)），以及熔斷器做為低壓配電線路的保護(hù)裝置。一旦低壓配電系統(tǒng)短路或者出現(xiàn)相關(guān)的故障時，保護(hù)裝置都要迅速的采取一定的保護(hù)措施，防止意外的發(fā)生，這種保護(hù)機(jī)制能否起到作用，關(guān)鍵在于短路電流的大小和保護(hù)裝置是否穩(wěn)定，這對于裝置的設(shè)計提出了一定的要求，要將兩者有效地配合。

1.1 要符合支持?jǐn)嗦菲鞯姆謹(jǐn)嗄芰?/p>

如果斷路器的分?jǐn)鄷r間>0.02 s時，斷路器的極限分?jǐn)嗄芰Γ瑧?yīng)該≥被保護(hù)線路的三相短路電流的周期分量有效值。而另一種情況就是，如果斷路器的分?jǐn)鄷r間

上述情況中，如果斷路器的分?jǐn)嗄芰x小，當(dāng)被保護(hù)線路，出現(xiàn)三相短路故障的時候，斷路器分?jǐn)嗖涣耍粌H會燒毀該斷路器，還可能影響到母線，使得后果更加嚴(yán)重，或是造成大面積的停電，另一方面，也不可以過分選大斷路器，一同接在母線上的斷路器數(shù)量很多，不同分?jǐn)嗄芰Φ臄嗦菲麟m然是同型號和規(guī)格的，但是價格相差很多，不利于節(jié)省資金投入。

因此，滿足斷路器的分?jǐn)嗄芰Γ粌H關(guān)系到供電的可靠性、安全性，還關(guān)系到經(jīng)濟(jì)性。

1.2 要滿足動作的選擇性

在這一方面上可作出如下調(diào)整：

①提高上級斷路器的整定值，使其高于下級配電線路，其中，整定值的范圍應(yīng)保持在整個回路的最大短路電流值之上。

②將上、下級斷路器的整定周期分別設(shè)計成0.2 s與0.4 s，使它們的級差為0.2 s。

③若有要求需對整個回路進(jìn)行過流保護(hù)時，還應(yīng)當(dāng)讓變壓器低壓一側(cè)的母線，能夠在穩(wěn)定電流的作用之下，實現(xiàn)單相接地，同時還應(yīng)設(shè)計高壓側(cè)保護(hù)裝置短路電流的值為1.5倍過流保護(hù)整定值。

2 短路電流的計算

2.1 計算電路

我們在計算短路電流的值的時候，一般情況下，給予假設(shè)供電電源處于一個無窮大的條件下，就低壓配電系統(tǒng)來說，它和高壓供電系統(tǒng)的區(qū)別，就在于它的變壓器，線路等元件的電阻值，通常情況下是不可以忽略的。一旦忽略，就會造成很大的誤差，影響到整個系統(tǒng)的功能。具體計算電路如圖1、圖2所示。

2.2 計算式

歸算到低壓倒（0.4 kV）的高壓系統(tǒng)阻抗值（單位：mΩ）。

2.3 短路數(shù)值

2.3.1 三相短路電流

2.3.2 單相接地短路電流

2.3.3 短路電流沖擊值

2.3.4 短路全電流最大有效值

3 短路電流計算的分析

3.1 路電流最大值和最小值的求解

在計算短路電流的時候，要先求出電流短路時候的最大短路電流，用其檢測電氣設(shè)備的熱、動穩(wěn)定，以及他們的分?jǐn)嗄芰Α?/p>

整定繼電保護(hù)裝置，同時，也要計算出最小的短路電流值，短最小短路電流值可以用作檢驗繼電保護(hù)裝置靈敏度，以及作為檢驗電動機(jī)啟動的根據(jù)。在220/380 V網(wǎng)絡(luò)中，一般來說最大的短路電流是三相短路電流，當(dāng)配電線路達(dá)到一定的長度，產(chǎn)生的線路阻抗對電流產(chǎn)生的作用是不能忽略不計的。而一般來說，最小的短路電流值出現(xiàn)在以末端相接的故障電流處。

3.2 變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗的影響

10 kV一般用作客戶端配電所，一般可以引自上級區(qū)域的變電站。因而區(qū)域配電站10 kV電源線路阻抗以及10 kV母線段短路容量，是計算變壓器高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗的關(guān)鍵參數(shù)。

3.3 電線路過長時存在問題及處理措施

在建筑工程中，一般的低壓配電線路都比較短，而配電線路的末端，接地故障電流偏大。因而通常使用斷路器的瞬時過電流脫扣器，同時也做接地故障保護(hù)。這種方法也是比較容易實現(xiàn)的。而局部線路在不能滿足要求時，可以提高加大線路的橫截面、減少瞬時過電流、脫扣器整定電流等方法，來滿足單相接地故障保護(hù)的要求。而對于市政工程而言，因為用電設(shè)備十分散亂、路徑長、低壓配電線路在一般情況下都可以達(dá)到500 m。

3.4 配電線路單相接地故障保護(hù)整定

在用配電箱過電流保護(hù)電器的時候，故障電流不能被切斷，需單獨裝設(shè)置接地故障保護(hù)電器，使用剩余電流動作保護(hù)器，作為保護(hù)電器，為避免誤動作，斷路器剩余電流保護(hù)整定值應(yīng)大于正常運行時線路，以及設(shè)備的泄漏電流總和的2.5～4倍左右。

4 結(jié) 語

TN-C系統(tǒng)的工作零線不但要通過單相負(fù)載電流、短路電流以及三相不平衡電流，除此之外，還需要承受意外故障的沖擊電流，零線工作的負(fù)擔(dān)在某種程度上又加重了。因此，在高負(fù)荷運轉(zhuǎn)的情況下，工作零線斷線的可能性是非常高的，而在斷線以后，負(fù)載側(cè)的中心線對地電壓可以達(dá)到相電壓。這就會導(dǎo)致安全隱患的出現(xiàn)，比如觸電。而在工程中要想實現(xiàn)和達(dá)到三相平衡，就需要保證工作零線中沒有電流的通過。但是實際中這一點是很難達(dá)到和實現(xiàn)，如果使用TN-S系統(tǒng)，那么工作零線只通過單相負(fù)載電流，以及三相不平衡電流。護(hù)零線，確保零線只做接零使用。而只通過短路電流就可以極大程度的加強(qiáng)供電的安全性以及可靠性，避免觸電等安全隱患以及帶來的巨大損失。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng) 短路電流 繼電保護(hù) 整定計算

電力系統(tǒng)的短路繼電保護(hù)是最基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)保護(hù)裝置之一，這種保護(hù)裝置是在跌落式熔斷器的替代裝置，擁有可以多次使用以及可以實現(xiàn)整定保護(hù)等多種機(jī)械化的功能，是電力系統(tǒng)自動化之前的電力系統(tǒng)機(jī)械化的主推技術(shù)之一。因為電力系統(tǒng)短路繼電保護(hù)的超穩(wěn)定性，以及“不加電”的工作模式，電力系統(tǒng)短路繼電保護(hù)目前仍然是電力系統(tǒng)的基本配置，所以，雖然我們已經(jīng)使用了自動化開關(guān)系統(tǒng)和自動化監(jiān)控系統(tǒng)，但是，對于電力系統(tǒng)的短路電流的繼電保護(hù)，還是必須安裝、配置和維護(hù)的。

1 電力系統(tǒng)短路的原理

電力系統(tǒng)是一個輸變配用一體的電能傳輸和使用網(wǎng)絡(luò)，我們希望的是發(fā)電廠發(fā)出的電能，經(jīng)過一系列的變電和配電網(wǎng)絡(luò)，完整的傳輸?shù)接脩舻挠秒娖髦校匦罗D(zhuǎn)化成動能、光能或者熱能。或者說，電能本身是一個二次能源，或者叫中間能源，我們只是利用他傳輸時的便利性，實現(xiàn)對于能量的快捷搬運。但是，輸配電系統(tǒng)的一些故障，可能導(dǎo)致電能不能完整的到達(dá)用戶的用電器，而是在中途發(fā)生急劇的消耗或者流入大地。這種故障叫做短路。

短路分為多種形式，總的來說，分為相間短路和對地短路，相間短路分為兩相短路和三相短路，對地短路分為單相對地短路，兩相對地短路，三相對地短路。從短路點的數(shù)量上劃分，我們可以將其分為單一地點短路和多地點短路。

不管是何種方式發(fā)生短路，都是在短路點的回路阻抗，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的設(shè)計阻抗，導(dǎo)致大部分電流根據(jù)分流法則從短路點分流，導(dǎo)致用電器一側(cè)電壓急劇下降。

2 電力系統(tǒng)短路的危害

2.1 導(dǎo)致用戶側(cè)低壓

在用戶側(cè)看來，線路中間短路會直接導(dǎo)致用戶側(cè)的故障相電壓約等于零，也就是我們常說的缺相故障。如果用戶直接將缺相的線路接入電動機(jī)，缺相故障會導(dǎo)致用戶側(cè)電動機(jī)等設(shè)備發(fā)生缺相事故，導(dǎo)致燒毀。

2.2 導(dǎo)致變壓器變損

如果發(fā)生中間短路的設(shè)備接入變壓器電源側(cè)，發(fā)生短路時比發(fā)生短路前變壓器的輸出功率會有明顯的下降，效率也會出現(xiàn)明顯的下降。

2.3 導(dǎo)致電源端電流及負(fù)荷增大

因為發(fā)生了短路，因為短路阻抗約等于零，所以理論上線路的負(fù)荷會達(dá)到無限大，因為過大的電流，會導(dǎo)致設(shè)備劇烈發(fā)熱，如果沒有響應(yīng)的保護(hù)，就會導(dǎo)致設(shè)備燒毀。

2.4 導(dǎo)致相位角的混亂

傳輸?shù)娇蛻粲秒娖鞯碾娔苋绻鼙皇褂茫蕾囉谕暾南辔豢刂疲沟每蛻舻碾妱訖C(jī)能夠復(fù)制電能實現(xiàn)轉(zhuǎn)動。因為發(fā)生了短路，所以導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的相位分布完全混亂，導(dǎo)致了即使仍然有一小部分電能傳送到客戶的用電器，但是也失去了作用。

3 短路保護(hù)方案

3.1 熔斷器保護(hù)

早期的短路保護(hù)，是根據(jù)電源端的電流增大造成線路發(fā)熱而設(shè)計的。熔斷器是一個發(fā)熱的自熔組件。當(dāng)該相電流足夠大時，熔斷器的溫度會先于系統(tǒng)其他部分而升高到將自身熔斷的臨界點，從而切斷電流。

熔斷器是一種一次性的組件。他的的缺點不僅僅是不能重復(fù)使用。因為熔斷器在切斷故障一相的電流后，其他向的電流還會繼續(xù)供電，這種缺相的故障狀態(tài)可能會持續(xù)很長時間，直到變電工趕到現(xiàn)場處理。而這個時間段內(nèi)，很容易造成用電方的一些次生災(zāi)害。

所以，后來發(fā)明了三聯(lián)裝熔斷器，當(dāng)其中一相發(fā)生熔斷時，另外兩相卡死機(jī)構(gòu)中會有一個被彈簧鎖死的機(jī)構(gòu)收回，導(dǎo)致另外兩相的熔斷器一起跌落。這種熔斷器就解決了長時間缺相運行的缺點。但是，因為熔斷器的熔斷需要一個時間周期，雖然后來通過技術(shù)進(jìn)步使得這個周期可以變的非常短，但是，這個周期仍然是存在的。

3.2 相電流保護(hù)

相電流保護(hù)是基于短路電流計算原理和電流互感器配合作用，使用純機(jī)械的方式來操作繼電器切斷線路的一種保護(hù)模式。最初的相電流保護(hù)模式，是將互感器取出的電流，直接流經(jīng)繼電器吸合保持回路上的一個常閉節(jié)點，當(dāng)取得的電流強(qiáng)度足夠大，使得這個常閉節(jié)點的電磁力可以抵消常閉節(jié)點的彈簧壓力時，常閉節(jié)點可以將主接觸器的吸合電流拿掉，從而實現(xiàn)切斷線路負(fù)荷的目的。我們通過調(diào)節(jié)常閉節(jié)點的彈簧壓力可以實現(xiàn)對系統(tǒng)短路電流的整定。

因為這一系統(tǒng)過于靈敏，極端時間的過流故障，都會造成開關(guān)的斷路動作，所以，人們逐漸對這一系統(tǒng)進(jìn)行改造，使用了延時繼電器等其他部件來延長系統(tǒng)的相應(yīng)時間，以排除其他原因?qū)е碌南到y(tǒng)順勢大電流對保護(hù)系統(tǒng)的擾動和計劃外的觸發(fā)。

3.3 零序電流保護(hù)

因為發(fā)生任何一種短路時，都會直接造成系統(tǒng)電流的相位紊亂，所以，只要是發(fā)生短路，就會出現(xiàn)零序電流。所以，從理論上，我們判斷是否發(fā)生了零序電流和是否發(fā)生了短路是等效的。所以，在相當(dāng)?shù)囊欢螘r間內(nèi)，基于零序電流整定的短路繼電保護(hù)有取代相電流保護(hù)的趨勢。因為首先零序電流保護(hù)的系統(tǒng)更加簡單，故障率低，判斷準(zhǔn)確度高，最關(guān)鍵的是零序電流保護(hù)造價低廉，安裝和維護(hù)都比相電流保護(hù)要簡單的多。

3.4 智能化保護(hù)

上世紀(jì)90年代，因為單片機(jī)技術(shù)和PLC技術(shù)的逐漸普及，基于一定的程序化保障的智能綜合保護(hù)模塊開始在開關(guān)上應(yīng)用，不久，該模塊就成為一些高級別用電線路上的必裝模塊。因為采用了綜合保護(hù)模塊的開關(guān)，只要探頭安裝正確，只要將運行參數(shù)輸入其中，就可以對開關(guān)實現(xiàn)漏電、短路、過熱、過負(fù)荷、缺相、欠壓等全方位的綜合保護(hù)。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著智能化保護(hù)器的發(fā)展，我們的開關(guān)保護(hù)裝置進(jìn)入了物聯(lián)化時代，開關(guān)系統(tǒng)可以在綜合遠(yuǎn)控裝置協(xié)助下，實現(xiàn)智能判斷全網(wǎng)狀態(tài)而實現(xiàn)對自己的不斷電保護(hù)。

4 短路電流計算（以110KV為例）

4.1 選擇10KV高壓部分的補(bǔ)償器安裝位置（見圖1）

我們將系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量定位100MVA，因為在之前的工程實踐中個，習(xí)慣將基準(zhǔn)電壓的一般選取標(biāo)準(zhǔn)定位Ub=Uav=1.05Ue。基準(zhǔn)電壓的選取一般有三檔也就是10.5千伏，37千伏，115千伏。基準(zhǔn)電流的選擇也有三檔，5.5千安，1.56千安，0.5千安。

4.2 計算主變壓器的電抗

SFSZQ7-40000/110型變壓器的技術(shù)參數(shù)

阻抗電壓：

高-中：10.5%；

高-低：17.5%；

中-低：6.5%；

高-中：17%-18%；

高-低：10.5%；

中-低：6.5%；

Ud1% =1/2×（Ud12%+ Ud31%- Ud23%）= 10.75%

Ud2% =1/2×（Ud12%+ Ud23%- Ud31%）= -0.5%≈ 0

Ud3% =1/2×（Ud23%+ Ud31%- Ud12%）= 6.75%

X12* =（ Ud1%/100）×（Sj/SB）= 0.269

X13* =（ Ud2%/100）×（Sj/SB）= 0

X14* =（ Ud3%/100）×（Sj/SB）= 0.169

4.3 系統(tǒng)線路

系統(tǒng)線路的總長度為50KM，設(shè)：

SB=100MWA

VB1=110kV

系統(tǒng)電壓平均為115kV

則可以得到線路阻抗（X1=0.4 /km）：

X1* =1/2×（X1×SB/VB2）= 0.165

4.4 負(fù)荷線路

設(shè)35kV一側(cè)的VB2為37kV

X2* = X2×SB/VB22=0.877

同時，在10kV一側(cè)VB3為10.5kV

X3* = X3×SB/VB32=7.256

4.5 三相相短路（見圖2）

（1）110kV發(fā)生三相短路時，故障等值網(wǎng)絡(luò)如圖3。

如果F1發(fā)生短路，

I'F1= SB/（√3VB1）=0.643 kA

短路電流

I"F1=3.636

穩(wěn)態(tài)短路電流的有名值

I〃F1′= I'F1×I"F1

=0.643×3.636

=2.34 kA

沖擊電流

I'ch1

=2.55×2.34

=5.96 kA

短路全電流最大有效值

I"ch1

=1.51×2.34

=3.53 kA

短路容量

S1"= I"F1 ×SB

=3.636×100

=363.6MVA

（2）35kV三相短路，圖4

當(dāng)F2短路時，

I'F2 = SB/（√3VB2）

=100/（1.732×37）

=1.56 kA

短路電流

I"F2 =1/（0.11+0.165+0.269+0）

=1/0.505

=1.838

穩(wěn)態(tài)短路電流的有名值

I F2′= I'F2×I"F2"

=1.56×1.838

=2.867 kA

沖擊電流

I'ch2 =2.55×2.867

=7.31 kA

短路全電流最大有效值

I"ch2 =1.51×2.867

= 4.329 kA

短路容量

S2"= I"F2×SB

=1.838×100

=183.8 MVA

（3）10kV三相短路，圖5

當(dāng)F3短路時，

I'F3 = SB/（√3VB3）

= 100/（1.732×10.5）

=5.499 kA

短路電流

I"F3"=1/（0.11+0.165+0.269+0.169）=1.403

穩(wěn)態(tài)短路電流的有名值

I F3′= I'F3×I"F3"

= 5.499×1.403

=7.715 kA

沖擊電流

I'ch3 =2.55×7.715

= 19.67 kA

短路全電流最大有效值

I"ch3 =1.51×7.715

=11.65 kA

短路容量

S3"= I"F3×SB

=1.403×100

=140.3 MVA

5 結(jié)束語

電力系統(tǒng)的短路保護(hù)是基本保護(hù)之一，雖然現(xiàn)在的智能化系統(tǒng)已經(jīng)讓我們的維護(hù)和管理工作變的更加容易，但是，電力系統(tǒng)的設(shè)計和安裝過程還是離不開基礎(chǔ)參數(shù)的計算和整定。所以，研究電力系統(tǒng)的計算和整定，對我們的日常維護(hù)和系統(tǒng)升級更新工作有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]趙桂梅.繼電保護(hù)整定計算平臺的研究與設(shè)計[D].北京交通大學(xué)碩士論文，2012.

[2]尹海海.電網(wǎng)故障診斷及保護(hù)定值優(yōu)化研究[D]南京理工大學(xué)碩士論文，2013.

[3]張麗.淺談繼電保護(hù)整定計算[J]科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013.

作者簡介

侯龍龍（1988-），本科，助理工程師，主要從事電力生產(chǎn)。

篇5

【關(guān)鍵詞】干式變壓器 短路電流 承受能力

發(fā)電廠用樹脂來澆注干式變壓器的方式越來越受到青睞，主要由于它具有防火性能好、短路電流承受能力較強(qiáng)、局部釋放的電量較低、在后期的維護(hù)中較方便以及其外形較美觀等特征。雖然干式變壓器在發(fā)電廠的應(yīng)用有所增加，但從整體上來看，還是存在一些問題，筆者致力于對發(fā)電廠低壓廠用干式變壓器的短路電流承受能力進(jìn)行探討。

1 發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)的特征

在發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中。低壓廠用變壓器是其重要的組成部分，它的作用主要是降低發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，以導(dǎo)向發(fā)電廠內(nèi)的照明、其他輔助機(jī)械、還有泵的用電，低壓廠用變壓器對整個發(fā)電廠的運行有著極為重要的作用。因此，對于發(fā)電廠低壓廠用干式變壓器采用承受短路能力強(qiáng)的環(huán)氧樹脂來澆注，可以使發(fā)電廠低壓廠用變壓器的短路電流承受能力逐漸加大。

電力系統(tǒng)中對變壓器短路承受能力有著很高的要求，為了使廠用變壓器低測壓的短路容量控制在一定范圍內(nèi)，對其抗阻要求也會相對應(yīng)增強(qiáng)；但是電壓力的抗阻能力也不能無限制的加大，會造成常用電動機(jī)的自行啟動，危險性較大。

在電氣系統(tǒng)中，還需要考慮到在電氣系統(tǒng)中不同位置發(fā)生短路對變壓器繞組電流的影響，主要分成兩種，一種是短路位置發(fā)生在變壓器高壓側(cè)的入口，即短路電流并沒有從變壓器繞組通過，這時主要影響到高壓側(cè)入口的元件以及電氣接線；另外一種即短路位置發(fā)生在低壓側(cè)，通過一次側(cè)系統(tǒng)電壓在變壓器上的施壓，變壓器自身抗阻，這種情況極有可能使低壓側(cè)負(fù)載電動機(jī)產(chǎn)生故障，應(yīng)做發(fā)電機(jī)狀態(tài)運行，以向變壓器提供反饋電流，這種狀態(tài)即為變壓器在運行過程中最嚴(yán)重的短路情況，需要投入大量的人力、物力和財力對其進(jìn)行維修，還會對廣大人民群眾的日常生活造成影響。

2 發(fā)電廠低壓廠用干式變壓器

干式變壓器主要分成兩種形式：一種是環(huán)氧樹脂澆注變壓器，其具有很好的絕緣性和防潮防塵能力；另一種即為NOMEX絕緣紙，其具有耐熱性強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)的特征。

干式變壓器的在電氣系統(tǒng)中應(yīng)有的性能主要有以下幾點：

（1）防污防潮能力。環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器的過程中，整個線圈導(dǎo)體都被固體絕緣層所包裹，即使在強(qiáng)濕度和各種臟亂差的環(huán)境下，干式變壓器也不會受其影響，照樣正常運行。

（2）環(huán)保能力。變壓器絕緣材料中，環(huán)氧樹脂和NOMEX絕緣紙由于其特殊性，都不會對周邊環(huán)境以及工作人員帶來危害，即使在廢棄之后進(jìn)行燃燒也不會產(chǎn)生有害氣體。

（3）絕緣能力。由于兩種材料的使用，使干式變壓器層間沒有氣泡，規(guī)避了局部放電的問題。

（4）抗短路能力。環(huán)氧澆注干式變壓器使其抗短路能力增強(qiáng)，這是使用這種方式的重要原因。

3 發(fā)電廠低壓廠用變壓器中相關(guān)短路電流的概念

3.1 系統(tǒng)短路電流

系統(tǒng)短路電流是將低壓廠用變壓器一次側(cè)前段轉(zhuǎn)換成相對簡單的電源系統(tǒng)之后，在變壓器入口發(fā)生短路電流時，應(yīng)如圖1中1處的短路電流IS，此電流并沒有流經(jīng)變壓器的繞組部分，而根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體給出了在沒有規(guī)定系統(tǒng)短路視在容量時的推薦值，而系統(tǒng)短路電流則是與其相對應(yīng)的。

3.2 變壓器短路電流

廠用變壓器的短路電流于圖1中短路點2處的短路電流In，根據(jù)GB1094.5-2008進(jìn)行計算，它規(guī)定了電力變壓器在短路引起的過電流作用下必須是零損傷的要求。還提出了關(guān)于變壓器承受短路的動穩(wěn)定實驗電流峰值的計算，并對其穩(wěn)定我試驗電流峰值進(jìn)行了要求。

3.3 電動機(jī)反饋電流的380伏動力中心短路電流

發(fā)電廠用干式變壓器承載了包括泵、電動機(jī)等的運轉(zhuǎn)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，雖然極端電壓成為零，但是電動機(jī)仍然在急速運轉(zhuǎn)，成為一個電源點，并向短路點提供短路電流。這種備用電流即為電動機(jī)的短路反饋電流。

4 發(fā)電廠低壓廠用變壓器的改進(jìn)措施

4.1 發(fā)電廠低壓廠變壓器的墊塊問題

墊塊具有支撐干式變壓器中的高壓低壓繞組和其夾件的作用，它要承受的作用力來自很多個方向：

（1）來自高、低壓繞組的軸向力的作用，由于力的作用是相反的，墊塊所承受的是剪切力。

（2）受高、低壓繞組的旋轉(zhuǎn)力的作用，高低壓繞組沿著圓周所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力是相反的，墊塊所承受的是固定壓以及繞組不產(chǎn)生圓周方向旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的摩擦力。

（3）受高壓繞組的相間力的作用，墊塊所承受的是高壓繞組不產(chǎn)生相間位置移動的摩擦力。

基于墊塊所承受的多種作用力，墊塊所使用的材質(zhì)與其結(jié)構(gòu)形式也變得十分重要。從材質(zhì)上來看，雖然墊塊所用的材料較硬但是也很脆，當(dāng)多種作用力產(chǎn)生時，很容易破裂。在采用樹脂澆注過程中加入大量的玻璃纖維材料就可以更好的強(qiáng)化墊塊的韌性，效果會更好。從墊塊的結(jié)構(gòu)來看，主要有以下幾種結(jié)構(gòu)如圖2。

對于這幾種結(jié)構(gòu)，在最后的裝配過程中一定要保證每個墊塊上承受的力都是均衡的，否則，會在后期的使用中留下隱患，有可能造成位置移動甚至是變形。另外在制造過程中，應(yīng)采用焊定位槽的方式來固定墊塊，避免產(chǎn)生無轉(zhuǎn)動位移的情況。

4.2 低壓繞組和鐵心之間的硬支撐

無論是哪一種高、低壓繞組的組合形式，低壓繞組和鐵心之間都少不了硬支撐的作用。對于支撐條的材質(zhì)，包括環(huán)氧玻璃布半條、硅橡膠棒形撐條，在這個過程中，一定要保證支撐條能夠撐緊。反之，則會導(dǎo)致支撐條的位置移動，造成箔式不澆注的干式變壓器出現(xiàn)變形。

4.3 低壓絕緣子

絕緣子主要承受的是拉力，低壓絕緣子是固定低壓引出線銅排和中性點引出線銅排的。此處的機(jī)械強(qiáng)度是極容易被忽視的。

4.4 繞組端部處理

由于短路時繞組產(chǎn)生輻向、相間、軸向以及旋轉(zhuǎn)力，所以就一定要保證繞組端面與墊塊之間的接觸面和接觸壓力。對高壓和低壓繞組都是通過導(dǎo)線澆注成型的，因此，主要繞組的端面是平整的，墊塊與繞組端面就會有良好的接觸。

4.5 借助計算機(jī)技術(shù)，檢測變壓器的內(nèi)部故障

借助計算機(jī)技術(shù)，可對變壓器油中的氣體成分進(jìn)行模糊的判斷，可模擬出人工間隙式的巡回監(jiān)測判斷，組成可以自動預(yù)知監(jiān)測的專家系統(tǒng)，可檢測出變壓器的內(nèi)部故障、以及故障類別。

5 結(jié)束語

在發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)的設(shè)計中，每一個細(xì)節(jié)都要十分注重。除了要考慮到發(fā)電廠低壓廠用干式變壓器的短路電流承受能力之外，還要考慮到電動機(jī)承載故障時所負(fù)擔(dān)的反饋電流。我們在干式變壓器的使用中，必須要注意支撐墊塊的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，對繞組的端部進(jìn)行處理以加強(qiáng)低壓繞組和鐵心之間沒有空隙，起到極強(qiáng)的支撐作用。在裝配上也一定要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格要求，只有這樣，才能使發(fā)電廠低壓廠用干式變壓器上升到一個新水平。

參考文獻(xiàn)

[1]唐金權(quán)，蔡定國，黎劍鋒.發(fā)電廠低壓廠用干式變壓器短路電流承受能力要求的確定[J].變壓器，2013（08）：21-24.

[2]沈慶賀.高壓廠用故障后備保護(hù)方案研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[3]陳瑞軍.發(fā)電廠廠用電保護(hù)配置及定值整定[D].天津大學(xué)，2009.

[4]梁玉枝，李琳，李江國.發(fā)電廠低壓廠用變壓器主保護(hù)配置分析[J].中國電力，2009（05）：82-84.

[5]楊軍寶，李祥.發(fā)電廠廠用低壓斷路器選用中的幾個重點問題[J].低壓電器，2013（23）：65-70.

[6]陳奎.干式變壓器抗短路能力分析及改進(jìn)措施[J].變壓器，1998（02）：8-10+37.

作者簡介

付強(qiáng)（1979-），男，山東省東營市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為青海華電大通發(fā)電有限公司工程師，研究方向為火力發(fā)電廠電力系統(tǒng)自動化及電氣設(shè)備精密檢修。

篇6

【關(guān)鍵詞】短路電流；電動力；熱效應(yīng)

1 短路電流的電動力效應(yīng)

1.1 導(dǎo)體間的作用力計算

對于兩平行導(dǎo)體，通過電流分別為i1、和i2時，其相互間的作用力可以用比一沙定律計算為：

F=■×10-7（1）

式中：i1、i2――兩導(dǎo)體中的電流瞬時值，A；

J――平行導(dǎo)體長度，m；

α――兩平行導(dǎo)體中心線距，m。

式（1）在導(dǎo)體的尺寸與線間距離α相比很小，且導(dǎo)體很長時才正確。對于矩形截面的導(dǎo)體（如母線），相互距離較近時，其作用力可仍用上式計算，但需乘以形狀系數(shù)加以修正。

式中 Ks――導(dǎo)體形狀系數(shù)，對于矩形導(dǎo)體曲線求得。

形狀系數(shù)曲線以■為橫坐標(biāo)，線間距離與導(dǎo)體半周長之比。參變量m是寬與高之比。

1.2 電氣設(shè)備的動穩(wěn)定電流

對于成套電氣設(shè)備，因其長度L、導(dǎo)線間的中心距α、形狀系數(shù)Ks均為定值，故此力只與電流大小有關(guān)。因此，成套設(shè)備的動穩(wěn)定性常用設(shè)備極限通過電流來表示。

為了便于用戶選擇，制造廠家通過計算和試驗，從承受電動力的角度出發(fā)，在產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)中，直接給出了電氣設(shè)備允許通過的最大峰值電流，這一電流稱作電氣設(shè)備的動穩(wěn)定電流。有的廠家還給出了這個電流的有效值。

當(dāng)成套設(shè)備的允許極限通過電流峰值（或最大值）ies>ish（三相短路電流沖擊值）時，或極限通過電流有效值時Ies>Ish，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度就能承受沖擊電流的電動力，即電氣設(shè)備的抗力強(qiáng)度合格。否則不合格，應(yīng)按動穩(wěn)定性要求重選。

2 短路電流的熱效應(yīng)

2.1 導(dǎo)體的長時允許溫度和短時允許溫度

導(dǎo)體通過正常負(fù)荷電流時，由于它具有電阻，因此要產(chǎn)生電能損耗。這種電能損耗轉(zhuǎn)換為熱能，一方面使導(dǎo)體的溫度升高，另一方面向周圍介質(zhì)散熱。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體向周圍介質(zhì)散發(fā)的熱量相等時，導(dǎo)體就維持在一定的溫度。

在線路發(fā)生短路時，強(qiáng)大的短路電流將使導(dǎo)體溫度迅速升高。由于短路保護(hù)裝置很快動作，切除短路故障，所以短路電流通過導(dǎo)體的時間不長，通常不會超過2～3s。因此，在短路過程中，可不考慮導(dǎo)體向周圍介質(zhì)的散熱，即近似地認(rèn)為在短路時間內(nèi)短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量，全部用來升高導(dǎo)體的溫度。

曲線是載流導(dǎo)體從正常工作狀態(tài)進(jìn)入短路狀態(tài)的發(fā)熱變化過程。在t1之前是正常的負(fù)荷電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的溫度，幾乎恒定不變（假設(shè)恰好為長時允許溫度θp）。

在t1時刻發(fā)生短路，溫度近似直線上升。在t2時刻，斷路器將短路故障切除，此時溫度不再上升（設(shè)為θk）。短路時導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量雖然很大，導(dǎo)體溫升很高，但其作用時間很短，所以允許超過θp很多。如果作用時間稍長，將會使絕緣燒毀和造成導(dǎo)體氧化。因此，我國《高壓配電裝置規(guī)程》中規(guī)定了各種導(dǎo)體的短時允許溫度θp.k與長時允許溫度θp的差值，即導(dǎo)體的最大短時允許溫升τp.k（τp.k=θp.k-θp）。

各種導(dǎo)體的長時允許溫度θp、短時允許溫度θp.k和最大短時允許溫升τp.k。

規(guī)定了導(dǎo)體的最大短時允許溫升τp.k后，導(dǎo)體或電氣設(shè)備的短路熱穩(wěn)定條件便可確定為τk≤τp.k（2）

式中：τk――電氣設(shè)備載流導(dǎo)體短路時的實際溫升，℃。

2.2 短路電流的假想作用時間

要計算短路后導(dǎo)體的最高溫度θk，必須計算短路過程中短路電流ik在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量θtk。根據(jù)焦耳一楞次定律，短路電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量可由下式確定：θtk=■i■■R■dt

式中：ik――短路電流，A；

Rav――導(dǎo)體的平均電阻，Ω；

tk――短路電流存在的時間，s。

由于短路電流是一個幅值變動的量，尤其在有限容量電源系統(tǒng)中，短路電流周期分量的幅值也在變化，因此利用上式進(jìn)行發(fā)熱計算比較困難，在實際計算中都采用簡化的計算方法。這種簡化的計算方法是將短路電流產(chǎn)生的熱量，假設(shè)是由短路電流穩(wěn)態(tài)值I∞。經(jīng)某一假想時間所產(chǎn)生，又由于短路電流由周期分量和非周期分量組成，在短路過程中總的發(fā)熱量應(yīng) 等于這兩個短路電流分量發(fā)出的熱量之和。與這兩個分量對應(yīng)，假想時間也應(yīng)由周期分量的假想時間和非周期分量的假想時間組成。根據(jù)這種假設(shè)，短路電流的發(fā)熱量為則短路電流的假想作用時間為

式中：ti――短路電流的假想作用時間，s；

ti.pe――短路電流周期分量的假想作用時間，s；

ti.op――短路電流非周期分量的假想作用時間，s。

上式說明，短路電流的穩(wěn)態(tài)值I∞。在假想作用時間ti內(nèi)，在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的熱量等于短路電流ik，在實際作用時間tk內(nèi)所產(chǎn)生的熱量。短路電流的假想作用時間等于短路電流周期分量的假想作用時間ti.pe與非周期分量的假想作用時間ti，op之和。在無窮大容量電源系統(tǒng)中，周期分量的假想作用時間就等于短路電流的實際作用時間，即ti.pe=tk。

短路電流的實際作用時間tk等于繼電保護(hù)動作時間tr，與斷路器的斷路時間tc之和，即：

ts=tr+tc（3）

繼電保護(hù)的動作時間tr可由保護(hù)裝置的整定時限確定。斷路器的斷路時間tc對快速動作的斷路器取0.1s，對低速動作的斷路器取0.2s。

在有限容量電源系統(tǒng)中，短路電流周期分量的假想時間需查曲線來求取。用時請查有關(guān)手冊。

非周期分量的假想作用時間ti.op，無論對有限容量電源系統(tǒng)，還是無限大容量電源系統(tǒng)，均可采用有名制法導(dǎo)出，即：

ti.op=0.05β"2（4）

對于無限大容量電源系統(tǒng)，由于I"=I∞，β"=I"/I∞=1，故短路電流非周期分量的假想作用時間ti.oP=0.05s。于是短路電流的假想作用時間ti為

ti=tk+0.05（5）

當(dāng)短路電流持續(xù)時間tk≥1s，時，非周期分量的假想作用時間ti.op可忽略不計，此時認(rèn)為ti=ti.pe=tk。

2.3 導(dǎo)體的最小熱穩(wěn)定截面

對于母線和電纜等導(dǎo)線，常需要確定其滿足短路熱穩(wěn)定條件的最小允許截面積Smin。由于認(rèn)為短路電流所產(chǎn)生的熱量全部用于提高導(dǎo)體的溫度，使其產(chǎn)生溫升τk，因此可寫出導(dǎo)體在短路時的熱平衡方程式為：

I■■R■t■=slyc■τ■，

式中：S――導(dǎo)體的截面積，mm2；

L――導(dǎo)體的長度，m；

Y――導(dǎo)體的密度，g/cm3；

Cav――導(dǎo)體的平均比熱容，J/（g?℃）。

將導(dǎo)體電阻Rav=■代入上式，并整理得：

I2∞ti=DYCavτks2

當(dāng)導(dǎo)體截面積S≥Smin時，便可滿足導(dǎo)體的熱穩(wěn)定條件。

2.4 成套電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定校驗

對于斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、電抗器及高壓配電箱等高壓成套電氣設(shè)備，導(dǎo)體的材料和截面積已確定，其溫升主要取決于通過的電流大小和作用時間的長短。為了便于用戶進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗，廠家在這些電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)中給出了與某一時間t（如1s、5s、10s等）相對應(yīng)的熱穩(wěn)定電流Its，此時可直接通過下式進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗：

I2tstts≥I2∞ti

篇7

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)頻率 峰值短路電流 非周期分量 周期分量

1 前言

電力系統(tǒng)頻率是指電力系統(tǒng)的運行參數(shù)。電力系統(tǒng)的頻率取決于負(fù)荷的頻率特性和發(fā)電機(jī)的頻率特性。中國、東南亞國家和歐洲國家電力系統(tǒng)采用50Hz頻率，而美國、日本、加拿大及臺灣地區(qū)等則采用60Hz頻率。隨著國內(nèi)高壓開關(guān)技術(shù)的發(fā)展與成熟，各廠家陸續(xù)開始生產(chǎn)60Hz電網(wǎng)需求的訂單。不同頻率的產(chǎn)品需要區(qū)別地進(jìn)行設(shè)計和試驗考核。由于50Hz和60Hz 下短路峰值電流不同，因此在電動力計算和母線校核時需要區(qū)別對待。

2 50Hz、60H峰值短路電動流Ρ

由于交流電隨著時間作正弦變化，導(dǎo)體間電動力也相應(yīng)作脈動變化。但交流電路的短路電流更為復(fù)雜，電流中除正弦周期分量外通常還含有非周期分量，非周期分量電流值大小與發(fā)生短路時的電壓相位角有關(guān)。

非周期分量的產(chǎn)生是由于短路回路中存在著電感，根據(jù)楞次定律理論，短路瞬間短路電流不能突變而產(chǎn)生。在短路瞬間為了維持電流的連續(xù)性，系統(tǒng)在短路回路中產(chǎn)生一個自感電流來阻止電流的突變，這個自感電流就是非周期分量。短路電流的非周期分量是按指數(shù)規(guī)律衰減，其衰減快慢取決于短路回路的時間常數(shù)t，一般在0.2S即衰減到初值的2%。如圖1所示。

不含周期分量和含有非周期分量的短路電流表達(dá)式分別如下：

i=Im sin（ωt） （1）

（2）

式中：

Icc――額定短路電流的有效值，電力設(shè)備通常按照標(biāo)準(zhǔn)將其為12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.kA、40kA、50kA等。

?――短路瞬間電壓的相位角。

φ――電流滯后于電壓的相位角。

R――線路電阻。

L――線路電感。

R/L――短路電流非周期分量的衰減系數(shù)，系統(tǒng)平均值約為22.311S-1。

從含有周期分量的短路電流表達(dá)式可以看出，第一項為電流的周期分量，即穩(wěn)態(tài)分量；第二項為電流的非周期分量即瞬態(tài)分量。由上式可以看出，當(dāng)?= φ時非周期分量電流為零，即電流是周期回路；當(dāng)?-φ=-π/2時周期分量最大，瞬態(tài)分量最大，也就是短路電流的最大值。此時交流電短路電流公式為：

（3）

圖2中：

is――短路電流。

Ism――含非周期分量短路電流最大值。

Im――周期分量短路電流最大值。

is1――短路電流周期分量。

is2――短路電流非周期分量。

對于50Hz電網(wǎng)，交流電頻率f=50Hz，交流電流以20mS為周期變化。對于公式2.29，當(dāng)ωt=π，即半周期10mS時短路電流達(dá)到最大，電動力也達(dá)到峰值。同樣的對于60Hz電網(wǎng)，交流電頻率f=60Hz，交流電以17mS為周期變化。對于上式當(dāng)ωt=π，即半周期8.3mS時短路電流達(dá)到最大，峰值電流結(jié)果分別如下。

（4）

（5）

由此可見，60Hz系統(tǒng)的峰值短路電動力大于50Hz。在普通電力系統(tǒng)（R/L=22.311S-1）中，峰值短路電流60Hz約為50Hz的1.04倍，峰值短路電動力60Hz約為50Hz的1.08倍。

正如公式2.20和公式2.21計算所示，與50Hz相比60Hz達(dá)到峰值的半波時間從10mS縮短到8.3mS，峰值電流沖擊系數(shù)，即峰值電流Ism與交流分量有效值Icc的比值，50Hz為2.5，60Hz為2.6。例如，額定斷流電流31.5KA在50Hz頻率下的考核的峰值短路電流為80KA，而在60Hz頻率下考核為82KA，額定短路電流為40KA在50Hz和60Hz條件下分別為100KA和104KA。因此，在開關(guān)產(chǎn)品設(shè)計時，需要考慮頻率對電動力峰值的影響。

3 總結(jié)

（1）相同短路條件下，60Hz電力系統(tǒng)電流達(dá)到短路峰值更早，60Hz情況下為8.3mS，50Hz情況下為10mS。

（2）因短路周期不同，60Hz電力系統(tǒng)峰值短路電流Ism是額定短路電流的2.6倍，50Hz是額定短路電流的2.5倍。

（3）通過理論計算可得，相同短路條件下60Hz電力系統(tǒng)更為嚴(yán)酷，6Hz峰值短路電動力為50Hz短路電動力的1.1倍。

篇8

關(guān)鍵詞：低壓斷路器；反時限過電流脫扣器；定時限過電流脫扣器；瞬動脫扣器；供配電系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM561 文章編號：1009-2374（2016）02-0110-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.054

低壓斷路器具有體積小、機(jī)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點，被廣泛應(yīng)用于配電線路及電動機(jī)保護(hù)領(lǐng)域。隨著電氣技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓斷路器性能也得到日益完善和提高，現(xiàn)已逐步實現(xiàn)智能化、模塊化和小型化，與此同時，低壓斷路器的可靠性和安全性均得到很大提高。但在使用低壓斷路器的過程中應(yīng)合理選型，避免因斷路器選型不當(dāng)造成其不能發(fā)揮應(yīng)有的保護(hù)作用，使配電系統(tǒng)在運行中存在一定安全隱患，對使用人員的人身安全構(gòu)成一定威脅。

1 低壓斷路器簡介

1.1 低壓斷路器分類

低壓斷路器（以下簡稱斷路器）按使用類別可分為A類（非選擇型）和B類（選擇型）；按設(shè)計型式可分為萬能式（或框架式）斷路器、塑料外殼式斷路器及微型斷路器；按用途可分為配電用斷路器、電動機(jī)保護(hù)用斷路器和漏電斷路器，其他分類不再列舉。

1.2 斷路器過電流脫扣器

1.2.1 斷路器過電流脫扣器主要包括長延時脫扣器（反時限特性）、短延時脫扣器（根據(jù)不同的動作電流，呈現(xiàn)反時限和定時限特性）、瞬動脫扣器。

1.2.2 反時限過電流斷開脫扣器在基準(zhǔn)溫度下，在約定不脫扣電流，即電流整定值的1.05倍時，脫扣器的各相極同時通電，斷路器從冷態(tài)開始，在小于約定時間內(nèi)不應(yīng)發(fā)生脫扣；在約定時間結(jié)束后，立即使電流上升至電流整定值的1.3倍，即達(dá)到約定脫扣電流，斷路器在小于約定時間內(nèi)脫扣。

1.2.3 瞬時或定時限過電流脫扣器在達(dá)到電流整定值時應(yīng)瞬時（固有動作時間）或在規(guī)定時間內(nèi)動作。其電流脫扣器整定值有±10%的準(zhǔn)確度。

1.3 斷路器的選擇應(yīng)符合的要求

斷路器的額定電壓應(yīng)與所在回路的標(biāo)稱電壓相適應(yīng)；斷路器的額定頻率應(yīng)與所在回路的標(biāo)稱頻率相適應(yīng)；斷路器的額定電流不應(yīng)小于所在回路的負(fù)荷計算電流；斷路器應(yīng)滿足短路條件下的動、熱穩(wěn)定要求，用于分?jǐn)喽搪冯娏鲿r，應(yīng)滿足在短路條件下分?jǐn)嗄芰Φ囊蟆?/p>

1.4 斷路器的選擇性配合

各級保護(hù)電器之間的動作選擇性分為以下三種：

1.4.1 完全選擇性。故障點的所有故障電流值，從過載到金屬性短路故障電流，均由故障點最近的上一級斷路器切斷。

1.4.2 部分選擇性。在全短路故障電流情況下，不能滿足完全選擇性，但可能在某一較低故障值（選擇性極限值）以下具有選擇性。

1.4.3 無選擇性。當(dāng)故障發(fā)生時，無法實現(xiàn)選擇性，可能出現(xiàn)越級跳閘或同時動作。《低壓配電設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，配電線路采用的上下級保護(hù)電器，其動作應(yīng)具有選擇性；各級之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合。但對于非重要負(fù)荷的保護(hù)電器，可采用無選擇性跳閘。

2 各種過電流脫扣器的整定計算

斷路器的實際動作時間還可以根據(jù)廠家提供的時間-電流特性曲線直接查取。確定實際動作時間非常重要，可以實現(xiàn)正常工作時不動作、躲過尖峰電流、完成熱穩(wěn)定校驗、滿足斷路器動作的選擇性等用途。

2.1.5 消防配電線路的過負(fù)荷保護(hù)。根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》（JGJ16-2008）規(guī)定，消防配電線路應(yīng)設(shè)過負(fù)荷及短路保護(hù)，其過負(fù)荷保護(hù)應(yīng)動作于信號，不動作于脫扣。工程設(shè)計中，消防配電線路采用電磁脫扣器（僅有瞬動脫扣器），其過負(fù)荷保護(hù)功能應(yīng)借助其他設(shè)備實現(xiàn)：（1）采用過載時只報警不脫扣的特殊斷路器，在過載時可提供一個無源信號觸點，從而驅(qū)動報警裝置；（2）利用數(shù)顯表的報警功能，在實際電流超過設(shè)定電流時提供報警信號。此時應(yīng)采用三相表并配合三相CT。如使用單相表，無法檢測另外兩相的故障；（3）電動機(jī)可使用熱繼電器提供過載保護(hù)，通過其過載信號觸點驅(qū)動報警裝置。

2.2 短延時脫扣器的短路保護(hù)整定計算

案例分析：某低壓配電房發(fā)生短路事故，短路點位于分支母線處，即分支回路斷路器電源側(cè)。斷路器智能控制器保留的技術(shù)數(shù)據(jù)：分?jǐn)嚯娏?8.67kA，動作時間0.5s。斷路器出廠數(shù)據(jù)：型號CW2-2500/3P，In=2500A；額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu=85kA/AC400V；額定運行短路分?jǐn)嗄芰cs=85kA/AC400V；額定短時耐受電流Icw=65kA/AC400V；長延時脫扣器Ir1=1.0In，t1=15s；短延時脫扣器Ir2=8.0In，t2=0.4s，瞬動脫扣器Ir3=12Ir1，接地故障保護(hù)位于OFF位置。要求判斷該斷路器是否在規(guī)定時間內(nèi)切除故障線路。

額定極限短路分?jǐn)嗄芰cu>Ik。首先計算動作電流倍數(shù)：18.67*1000/2500=7.468倍，未達(dá)到預(yù)設(shè)的短延時脫扣電流倍數(shù)（8倍），查產(chǎn)品樣本，應(yīng)根據(jù)I2T2=（8Ir1）2t2校驗。T2=（8*1*2500）2*0.4/（18.67*1000）2=0.459s。根據(jù)廠家樣本，動作時間允差為±15%，則斷路器允許動作時間為（0.459*1.15）s=0.528s。本案例斷路器動作時間0.5s在此時間范圍內(nèi)切除故障線路。

I′stM1――線路中最大一臺電動機(jī)的全啟動電流，A，包括周期分量和非周期分量，其值可取電動機(jī)啟動電流IstM1的2倍

Ijs（n-1）――除啟動電流最大的一臺電動機(jī)以外的線路計算負(fù)載電流，A

如果沒有人為的延時環(huán)節(jié)，瞬動脫扣器一旦啟動，必將觸發(fā)后繼動作，分閘在所難免。啟動沖擊電流在1/4周期（0.005s）即達(dá)峰值，瞬動原件是否啟動僅取決于電磁力的大小，與后繼的斷路器機(jī)械動作固有時間無關(guān)。因此，為防止斷路器在電動機(jī)啟動時誤動作，其瞬動脫扣器的動作電流應(yīng)躲過啟動電流峰值或至少高于第一半波有效值。

2.3.3 瞬動脫扣器用于電動機(jī)的短路保護(hù)。

第一，斷路器瞬動脫扣器動作電流與長延時脫扣器動作電流之比（以下簡稱瞬動電流倍數(shù)）宜為14倍左右或10～20倍可調(diào)。

第二，僅用于短路保護(hù)時，即在另行裝設(shè)過載保護(hù)電器（如熱繼電器等）的常見情況下，宜采用只帶瞬動脫扣器的斷路器或把長延時脫扣器作為后備過電流保護(hù)。

第三，兼作過載保護(hù)時，即在沒有其他過載保護(hù)電器的情況下，斷路器應(yīng)設(shè)瞬動脫扣器和長延時脫扣器，且必須為電動機(jī)保護(hù)型。

第四，兼作低電壓保護(hù)時，即不另裝接觸器或起動器的情況下，斷路器應(yīng)裝有低電壓脫扣器。

第五，斷路器的各種附件應(yīng)根據(jù)電動機(jī)的控制要求裝設(shè)。

第六，瞬動脫扣器的整定電流應(yīng)為電動機(jī)啟動電流的2～2.5倍，本文取2.2倍。

第七，長延時脫扣器用作后備保護(hù)時，其整定電流應(yīng)按滿足相應(yīng)的瞬動脫扣整定電流為電動機(jī)起動電流2.2倍的條件確定。

第八，長延時脫扣器用作電動機(jī)過載保護(hù)時，其整定電流應(yīng)接近但不小于電動機(jī)的額定電流，且在7.2倍整定電流下的動作時間應(yīng)大于電動機(jī)的啟動時間。同時，相應(yīng)的瞬動脫扣器應(yīng)滿足第六條的要求，否則應(yīng)另設(shè)過載保護(hù)電器，而不得隨意加大長延時脫扣器的整定電流。

2.4 斷路器接地故障保護(hù)的整定計算

《低壓配電設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，相線對地標(biāo)稱電壓為220V的TN系統(tǒng)配電線路的接地故障保護(hù)，其切斷故障回路的時間應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）配電線路或僅供給固定式電氣設(shè)備用電的末端線路，不宜大于5s；（2）供給手握式電氣設(shè)備和移動式設(shè)備的末端線路或插座回路，不應(yīng)大于0.4s。

以下介紹TN、TT及IT系統(tǒng)發(fā)生接地故障時斷路器脫扣器的選擇及整定方法。

案例分析：某回路由低配室放射供電，變壓器容量1000kVA，Uk=6%，出線開關(guān)QF1（Ir1=50A），配線YJV-5x16，線路末端下級斷路器采用A類微斷QF2（MCB-C32/1P，Ir1=32A，Ir3=10Ir1=320A）。設(shè)QF2前端A點發(fā)生接地故障，QF2后端B點發(fā)生接地故障，試對QF1進(jìn)行接地故障保護(hù)整定計算。

第一種情況：線路長100m，A點發(fā)生單相接地故障時，查得Id=0.61kA，則根據(jù)式（9），Ir3≤（0.61*1000）Ir1/（1.3*50）=9.38Ir1，取整后Ir3=9，則Ir3=9*50A=450A。

第二種情況：線路長100m，B點發(fā)生單相接地故障時，由于A、B點僅相隔QF2，其阻抗可忽略不計，則QF1整定計算同上。

此兩種情況下，QF1的Ir3=450A，QF2的Ir3=320A，450/320=1.406倍，可滿足選擇性要求的1.3或1.4倍。

第三種情況，線路長140m，查得Id=0.44kA，則根據(jù)式（9），Ir3≤（0.44*1000）Ir1/（1.3*50）=6.77Ir1，取整后Ir3=6，則Ir3=6*50A=300A。此時若B點發(fā)生單相接地故障，上下級斷路器已不具選擇性。

第四種情況：條件同第三種情況，但QF2所保護(hù)的設(shè)備為15kW鼠籠式電動機(jī)。按電動機(jī)保護(hù)整定計算，Ir3≥2.2*7*15/0.8/0.38/1.732A=438.72A，QF2選用D型斷路器，即Ir1=32A，Ir3=14Ir1=14*32A=448A，而QF1的Ir3=300A。此時電動機(jī)啟動，必將越級跳閘。

第二，提高TN系統(tǒng)接地故障電流Id的措施：選用D，yn11變壓器，其零序阻抗比Y，yn0變壓器小很多，Id明顯增大；增大電纜截面以降低阻抗，此方案不適用于裸干線及架空線等電抗較大的線路；改變線路結(jié)構(gòu)，如改裸干線及架空線為封閉母線或電纜，以降低阻抗。

當(dāng)變壓器容量較小時，配電線路較長而保護(hù)電器的整定電流不能滿足靈敏度系數(shù)的要求時，可減少配電級數(shù)，以減小整定電流。

第三，當(dāng)采用短路保護(hù)兼做接地故障保護(hù)，不能滿足其靈敏度要求或不能滿足選擇性要求時，還可采用帶接地故障保護(hù)的斷路器。

零序電流保護(hù)：檢測零序電流通常在斷路器后三個相線上各裝設(shè)一只電流互感器（也可在中性線上安裝一個零序互感器），取3只互感器的矢量和乘以變比，即零序電流：IN=IL1+IL2+IL3。

剩余電流保護(hù)：檢測剩余電流通常在斷路器后三個相線及中性線上各裝設(shè)一只電流互感器（或采用專用剩余電流互感器），取4只互感器二次側(cè)電流的向量和乘以變比，即剩余電流：IPE=IN+IL1+IL2+IL3。為避免誤動作，斷路器采用剩余電流保護(hù)時，其接地故障電流整定值應(yīng)躲過正常運行時線路和設(shè)備的泄露電流，通常取泄露電流總和的2.5～4倍。剩余電流保護(hù)整定值可在滿足Id≥1.3Ir4的前提下盡可能選大一些，甚至可選斷路器允許的IΔn最大值。剩余電流保護(hù)適用于TN-S系統(tǒng)，但不適用于TN-C系統(tǒng)。

2.4.2 TT系統(tǒng)。TT接地系統(tǒng)常用于工業(yè)與民用建筑的照明、動力混合供電的三相四線配電系統(tǒng)，三相不平衡電流較大。發(fā)生單相接地時，Id回路阻抗包括相線阻抗、PE線阻抗、負(fù)載側(cè)接地電阻、電源側(cè)接地電阻、接觸阻抗等。由于負(fù)載側(cè)接地電阻和電源側(cè)接地電阻值一般均比較大，TT系統(tǒng)的故障環(huán)路阻抗大，產(chǎn)生的單相接地故障電流遠(yuǎn)小于不平衡電流，所以TT系統(tǒng)不能采用短路保護(hù)兼做接地故障保護(hù)，也不能采用零序電流保護(hù)。TT系統(tǒng)采用剩余電流保護(hù)的整定計算同TN系統(tǒng)。

2.4.3 IT系統(tǒng)。三種系統(tǒng)中，IT系統(tǒng)接地故障電流最小，用于對供電可靠性要求較高、對單相接地不需要立即切斷的供電回路。發(fā)生接地故障時，需發(fā)出絕緣破壞信號。目前最典型的IT系統(tǒng)就是10kV配電系統(tǒng)，采用中性點不接地或經(jīng)高電阻接地的運行方式（小電流接地系統(tǒng)）。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是發(fā)生單相接地故障時，不破壞系統(tǒng)電壓的對稱性，且故障電流值較小，不影響對用戶的連續(xù)供電。電力系統(tǒng)供電規(guī)程規(guī)定，發(fā)生接地故障時，可帶故障運行1～2小時。

3 結(jié)語

在使用斷路器作為保護(hù)電器時，只有正確分析負(fù)載性質(zhì)、結(jié)合斷路器保護(hù)特性選擇斷路器，才能有效切除事故回路，保證供配電系統(tǒng)的可靠運行。除了技術(shù)上的必要性和可靠性，還要兼顧經(jīng)濟(jì)上的可行性和實用性，才能使斷路器的選擇滿足合理性要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2007.

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關(guān)鍵詞：城市軌道交通；直流牽引式；短路

中圖分類號： C913.32文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言

做好城市軌道交通直流牽引供電網(wǎng)，不僅僅可實現(xiàn)車輛的跨線運行、將備用車數(shù)量不斷減少，也可以減少車輛以及牽引供電系統(tǒng)設(shè)備的備品備件品種以及數(shù)量、可以方便備品備件的統(tǒng)一調(diào)配，此外，還可以便于車輛以及牽引供電系統(tǒng)檢修設(shè)施、人力資源的綜合利用以及管理。

一、軌道交通供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

1-城市電網(wǎng) 2—主變電站 3—直流牽引變電所 4—饋電線5—接觸網(wǎng) 6—走行軌道

7—回流線

圖1 地鐵供電系統(tǒng)

如圖1地鐵供電系統(tǒng)所示，地鐵供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)為車輛及供電設(shè)備提供動力能源，一般包括高壓供電系統(tǒng)(外部電源，即城市電網(wǎng)提供的交流電源點如110 kV：35 kV或10 kV等)和地鐵內(nèi)部供電系統(tǒng)2大部分。地鐵內(nèi)部供電系統(tǒng)由牽引供電系統(tǒng)和動力照明供電系統(tǒng)組成 。牽引供電系統(tǒng)中的牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動車輛運用的低壓直流電，饋電系統(tǒng)再將牽引變電所的直流電送到接觸網(wǎng)上，電動車輛通過受流器與接觸網(wǎng)接觸而獲得電能。。

2、直流短路故障分析的工程意義

直流牽引網(wǎng)線路保護(hù)是保障牽引系統(tǒng)安全運行的一個重要環(huán)節(jié)。與交流系統(tǒng)相比，直流牽引系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、運行方式以及故障特征方面存在著較大的差異，使得直流牽引系統(tǒng)線路保護(hù)的實現(xiàn)也有其獨特之處，需要具體問題具體分析。在地鐵供電系統(tǒng)中，短路故障分析極其重要，通過它可以正確地進(jìn)行設(shè)備選擇，整定直流開關(guān)及保護(hù)裝置，驗證直流牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性并校核測試段牽引直流回路的完整性。高速直流斷路器作為大電流故障的主保護(hù)裝置，隔斷線路正負(fù)極間金屬性或近端經(jīng)小過渡電阻的大電流。

根據(jù)直流牽引系統(tǒng)的故障特點，當(dāng)直流側(cè)近端發(fā)生正負(fù)極直接金屬性短路時，電流上升率很大，故障電流甚至可高達(dá)到數(shù)萬安培，此時直流斷路器本體大電流脫扣須可靠、迅速地動作以切斷故障電流。對于高速直流斷路器本體大電流脫扣的整定，當(dāng)采用雙端供電方式時，其整定保護(hù)范圍應(yīng)該大于線路的一半，避開機(jī)車正常運行時可能產(chǎn)生的最大負(fù)荷電流峰值，并考慮一定的可靠性系數(shù)。從未來發(fā)展來看，為了減少地鐵牽引供電系統(tǒng)內(nèi)部故障，需要構(gòu)建先進(jìn)的城市軌道交通電力綜合自動化。3、保護(hù)配置原則

軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)每個供電分區(qū)可以是單邊供電、雙邊供電或大雙邊供電。當(dāng)發(fā)生接觸網(wǎng)故障時，不只是靠近短路點的2座牽引變電所向短路點供電，而是全線的牽引變電所都向短路點供電。因此直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù)計算不能簡單套用一般的交流系統(tǒng)保護(hù)計算方法，應(yīng)根據(jù)直流牽引供電的特點整定計算。

直流系統(tǒng)的多數(shù)保護(hù)都是為了切除正極對負(fù)極短路故障,一般為大電流脫扣、DDL-Delta-I保護(hù),框架保護(hù)則是為了切除正極對地短路故障。

2.1、大電流脫扣保護(hù)

用以快速切除金屬性近端短路故障,通過斷路器內(nèi)設(shè)置的脫扣器實現(xiàn)。一旦檢測到瞬時短路電流超過保護(hù)定值,磁場產(chǎn)生的作用力將使斷路器動、靜觸頭迅速脫扣,使斷路器跳閘,起到保護(hù)作用,其固有動作時間僅幾毫秒,往往先于電流上升率及電流增量保護(hù)動作。

2.2、di/dt和ΔI保護(hù)

兩種保護(hù)相互配合使用,簡稱DDL-Delta-I,應(yīng)用于中、遠(yuǎn)端短路故障保護(hù),既能切除近端短路電流,也能切除大電流脫扣保護(hù)不能切除的故障電流較小的遠(yuǎn)端短路故障,誰較早激活就由誰先出口跳閘。

2.3、框架保護(hù)

直流設(shè)備外殼即為框架,框架泄露保護(hù)由電流元件和電壓元件組成。當(dāng)任意一個直流設(shè)備內(nèi)發(fā)生正極對外殼短路時,接地電流通過框架電流元件流入綜合接地網(wǎng),再通過鋼軌與地之間的絕緣泄漏電阻回到鋼軌(負(fù)極)。當(dāng)接地電流超過整定值(80 A)時,框架泄漏保護(hù)的電流元件迅速動作。電壓元件檢測設(shè)備外殼與直流設(shè)備負(fù)極之間的電位差,等價于鋼軌和地之間的電壓,與軌電位限制裝置配合使用。

電壓型框架保護(hù)定值和時間要與軌道電位限制裝置相互配合，電壓型框架保護(hù)的電壓定值和時間上遲后于軌道電位限制裝置。電流型框架保護(hù)定值和時間要求，屬于小電流接地故障，其電壓和電流檢測對故障點的定位都比較困難，選擇性較差，電流元件動作說明有主絕緣擊穿。一旦保護(hù)出口，整流機(jī)組高壓側(cè)斷路器及所有直流斷路器跳閘，并跳同一供電區(qū)的相鄰牽引變電所直流斷路器，同時閉鎖本所、相鄰牽引變電所直流斷路器。電流元件由于靈敏度過高，可調(diào)整定值，定值為35～85 A，蘇州軌道交通一號線框架保護(hù)定值為80 A，動作時限為0 s。電壓型框架保護(hù)裝置與軌道電位限制裝置定值和時間配合的參數(shù)可供類似的工程借鑒

4、直流系統(tǒng)短路故障原因

牽引電流經(jīng)直流饋線開關(guān)、饋線電纜、上網(wǎng)隔離開關(guān)輸送到接觸網(wǎng)上,再經(jīng)列車、鋼軌、回流線回到負(fù)極,形成一個有效的閉合回路。造成直流牽引供電系統(tǒng)短路故障的原因總體來說歸納為以下兩大類。

4.1、 正極對負(fù)極短路故障

多數(shù)是由于架空接觸網(wǎng)對鋼軌短路所引起的,如接觸網(wǎng)斷線掉落到鋼軌上、機(jī)車頂部對接觸網(wǎng)放電、錯誤掛接地線等,造成直流正極對負(fù)極瞬時短路,短路電流可達(dá)幾萬安,導(dǎo)致直流開關(guān)大電流脫口保護(hù)瞬間動作,DDL-Delta-I相繼啟動。

4.2、正極對大地短路故障

設(shè)備本體:老鼠、蜈蚣等小動物爬入帶電回路；小金屬線頭、未使用的螺絲、墊圈等零件,掉落在帶電回路上,造成直流正極與框架短路,引起框架保護(hù)動作。線路:可能是接觸網(wǎng)、饋線或變電所饋線電纜接地；絕緣子擊穿、折斷；隔離開關(guān)處于接地狀態(tài)、引線脫落；接觸網(wǎng)對架空地線放電；機(jī)車主回路接地等。正極接地故障多為持續(xù)性短路故障,如不及時清除,容易將故障擴(kuò)大為直流正極通過綜合接地裝置、鋼軌與地之間的泄露電阻到負(fù)極的短路事故,對多處直流設(shè)備將造成嚴(yán)重?zé)龘p,會產(chǎn)生較大的破壞性以及危害。

5、直流系統(tǒng)短路故障排查方法

為盡快恢復(fù)供電,同時避免斷路器合到在故障線路上,直流開關(guān)保護(hù)模塊具有通過線路測試,判別故障性質(zhì)的自動重合閘功能。重合閘成功與否和保護(hù)動作情況可作為判別短路故障原因的重要依據(jù)。

5.1、重合閘原理

線路測試功能通過測量直流母線電壓和饋線電壓可以判斷出主回路是否正常工作,這樣一來,線路測試回路電阻Rx將決定斷路器是否被允許合閘。根據(jù)計算結(jié)果可知：

Rx>2 .5Ω ,瞬時性故障 ,重合閘成功。

R x

5.2、重合閘成功

一般是由列車故障等外部原因或接觸網(wǎng)短時閃絡(luò)造成金屬性短路所致,多為瞬時性短路故障,且保護(hù)類型多為大電流脫扣、DDL-Delta-I。此時供電設(shè)備均能夠正常運行,應(yīng)注意觀察設(shè)備運行狀況并對直流開關(guān)動作過程進(jìn)行錄波；組織該趟列車下線運營,安排接觸網(wǎng)人員對故障區(qū)段正線進(jìn)行登乘巡視,待運營結(jié)束后組織相關(guān)專業(yè)對直流開關(guān)本體、接觸網(wǎng)、列車做詳盡的檢查和分析。

5.3、重合閘不能成功

此時故障應(yīng)為持續(xù)性故障。若框架保護(hù)動作,應(yīng)嘗試對故障信號進(jìn)行復(fù)歸。若復(fù)歸成功,經(jīng)電調(diào)允許后進(jìn)行試送電,按照電調(diào)要求作進(jìn)一步處理；若不能復(fù)歸,則解除故障所對相鄰牽引變電所的閉鎖條件,退出本所的整流機(jī)組,通過越區(qū)開關(guān)進(jìn)行大雙邊供電。若大電流脫扣保護(hù)動作,故障點有可能在饋線至上網(wǎng)電纜處,現(xiàn)場人員應(yīng)聽從電調(diào)安排進(jìn)行設(shè)備檢查。

6、結(jié)語

直流牽引供電網(wǎng)的關(guān)系比較復(fù)雜,其短路故障的原因比較多,不容易找到,應(yīng)該根據(jù)故障的現(xiàn)象、保護(hù)動作情況、重合閘情況等等情況進(jìn)行綜合的分析，保證城市交通的順暢，方便人們的生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]王乃永,艾兵,李靜,曹暉,吳廣寧. 城市軌道交通直流牽引供電網(wǎng)短路故障分析[J]. 大功率變流技術(shù),2010,03:24-27+32.

篇10

[關(guān)鍵詞]110kV ；變電站電氣；短路電流

中圖分類號：TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）27-0075-01

引言

電力工程設(shè)計是電力基本建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，工程能否如期建成投運，保證質(zhì)量，節(jié)約投資，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)計是關(guān)鍵。而變電站是整個電力系統(tǒng)中最為重要的組成部分之一，也是電網(wǎng)的主要監(jiān)控點，其運行質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到供電質(zhì)量。變電站是由諸多一次設(shè)備組成，在對其進(jìn)行設(shè)計時，必須合理選擇好一次設(shè)備，這是確保變電站安全、穩(wěn)定、可靠運行的關(guān)鍵。

1.110kV變電站變壓器的選擇

1.1 變壓器是110kV變電站中較為重要的電氣設(shè)備之一，它的選擇對于變電站的安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)變電站負(fù)荷滿足以下條件中的任何一條時，均必須安裝至少兩臺以上的變壓器。

①存在大量的一級負(fù)荷，或者雖屬于二級負(fù)荷但從安全角度考慮時。

②季節(jié)性負(fù)荷變化較大的地區(qū)。

③幾種特定負(fù)荷較大的情況下，如動力電與站名共用變壓器、電源系統(tǒng)不接地、電氣裝置外露等等。

1.2 變電站中一般都配有兩臺或兩臺以上的主變，當(dāng)某一臺變壓器出現(xiàn)故障時，可以將其上的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到另一臺變壓器上，以確保電力系統(tǒng)能夠正常供電。對110kV變電站而言，安裝幾臺變壓器更合理，要按照該區(qū)域的具體供電條件、負(fù)荷性質(zhì)、運行方式等等進(jìn)行確定。具體來說，主要是以下幾個方面

①確定主變?nèi)萘俊Ｔ诳傌?fù)荷一定時，當(dāng)停止其中某一臺變壓器，要求供電能力保持不變。

②變壓器自身的容量上限。

③變壓器的實際占地面積。由于110kV變電站多位于市區(qū)，節(jié)約變壓器的占地面積顯得尤為重要。而安裝三臺變壓器顯然要比兩臺占地面積大。

④設(shè)備投資。當(dāng)采用高壓有斷路的接線方式時，通常都會使用SF6斷路器，而采用T接線方式或是線路變壓器組接線方式時，則需要建設(shè)出線間隔，這樣一來投資勢必會有所增大。

⑤短路電流水平。當(dāng)變壓器單臺容量提高以后，勢必會使低壓側(cè)的短路容量有所增大，這樣一來就會給10kV配電設(shè)備的選型帶來一定的困難。為此，當(dāng)變壓器容量較大致使10kV配電無法選用輕型設(shè)備時，應(yīng)采取限制短路電流的措施。

⑥變壓器成本。

選用兩臺變壓器與三臺變壓器所需的總?cè)萘恳鄬^多，但總體投資卻所差無幾。若是以兩臺主變和三臺主變兩種方案為例，兩臺變壓器的方案要比三臺占地面積小很多，并且投資成本和運行維護(hù)費用也都低得多，同時容載比較大、電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)，優(yōu)越性非常明顯。但需要注意的是，隨著城市的不斷發(fā)展，用電密度勢必會有所增加，加之為了進(jìn)一步提高變電站運行的安全性和靈活性，110kV變電站的電氣設(shè)計上，應(yīng)當(dāng)采用三臺主變，這是變電站一次電氣設(shè)備設(shè)計的必然趨勢。

2.主接線方式的選擇

在實際設(shè)計中經(jīng)常會采用較為復(fù)雜的主接線，這種接線方式有許多不足，如接線方式較為復(fù)雜、運行操作過于頻繁、檢修維護(hù)量大、投資成本大、占地面積多等等。為了解決以上各種問題，在變電站電氣設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)按照實際負(fù)荷性質(zhì)、電氣設(shè)備特點、變壓器負(fù)載率以及上級電網(wǎng)強(qiáng)度等等因素確定主接線方式。

本文以某城區(qū)110KV總降壓變電站為設(shè)計目標(biāo)，該變電站為110KV/10KV降壓變電站，110kv有兩回線路，10kv有十回線路110KV電源進(jìn)線，采用外橋式接線的設(shè)計方案，主變壓器2臺。采用西安高壓開關(guān)廠生產(chǎn)的戶內(nèi)布置的全封閉式GIS高壓組合電器設(shè)備，由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)和故障接地開關(guān)進(jìn)行控制保護(hù)。并引用北京四方立德公司的LDS311主變壓器差動、本體保護(hù)測控裝置；LDS321A、LDS321B主變壓器后備高低壓側(cè)保護(hù)裝置。其電氣主接線圖如下圖。

10KV側(cè)電氣主接線設(shè)計：10kv側(cè)出線有十回，故考慮單母接線和單母分段，優(yōu)缺點比較如下：

單母接線， 不夠靈活可靠，母線或隔離開關(guān)故障或檢修時均使整個配電裝置停電 接線簡單清晰，設(shè)備少，操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置；單母分段接線， 用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源；當(dāng)一段母線故障時分段斷路器能將故障切除保證正常段的不間斷供電和不致使用戶停電 簡單經(jīng)濟(jì)方便實用，克服了單母接線的缺點。

10kv側(cè)出線有十回，按照規(guī)程規(guī)定：單母分段既具有單母接線簡單經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，對重要用戶從不同段引出兩個回路，使重要用戶有兩個電源，提高了供電可靠性。現(xiàn)在220kv及以下變電所供應(yīng)當(dāng)?shù)氐?-10kv配電裝置，由于采用了制造廠制造的成套開關(guān)柜，地區(qū)電網(wǎng)成環(huán)網(wǎng)運行檢修水平的迅速提高，采用單母分段一般能滿足要求。

3.短路電流的計算

為了選擇斷路器等電器設(shè)備或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；評價并確定網(wǎng)絡(luò)方案；研究限制短路電流的措施；為繼電保護(hù)整定和調(diào)試提供數(shù)據(jù)；分析計算送電線路對通訊設(shè)施的影響。在電力系統(tǒng)設(shè)計中，短路電流的計算應(yīng)按照遠(yuǎn)景規(guī)劃水平考慮，遠(yuǎn)景規(guī)劃水平一般按建成后5-10年。計算內(nèi)容為系統(tǒng)在最大運行方式時各樞紐點的三相短路電流。工程設(shè)計中，短路電流計算均采用實用計算法。所謂實用計算法是指在一定的假設(shè)條件下計算出短路電流的各個分量，而不是用微分方程求解短路電流的完整表達(dá)式。

4.結(jié)語

城市變電站是城市電力系統(tǒng)的重要組成部分，因而，為了不斷提高城市電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和提高其供電質(zhì)量，從而使變電站的建設(shè)帶來更大的投資收益和社會收益，要隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展不斷優(yōu)化變電站電氣一次設(shè)計，這就要求我們從優(yōu)化設(shè)計思路、積極采用新型設(shè)備、優(yōu)化電氣布置等方面共同努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘建勛、丘豐隆.城市變電站一次設(shè)計分析.[J].北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報.2011（1）：12.