电力系统课程设计-220KV区域变电所电气部分设计-精品

第三章 短路电流计算

第一节 概述

在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。

短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。

电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

第二节 短路计算的目的及假设

一、短路电流计算是变电所电气设计中的一个重要环节。 其计算目的是：

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、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。 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）按接地装置的设计，也需用短路电流。 二、短路电流计算的一般规定

1）验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2）选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3）选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

4）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。 三、短路计算基本假设

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）电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁芯的电气设备电抗值不随电流大小发生变化； 4）不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

5）元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，及不计负荷的影响；

7

6）系统短路时是金属性短路。 四、基准值

高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取如下基准值：

基准容量：Sj = 100MVA

基准电压：Vg（KV） 10.5 115 230 五、短路电流计算的步骤

1）计算各元件电抗标幺值，并折算为同一基准容量下； 2）给系统制订等值网络图； 3）选择短路点；

4）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

1

标幺值：Id* =

X*di

有名值：Idi = Id*Ij

5）计算短路容量，短路电流冲击值 短路容量：S = 3 VjI? 短路电流冲击值：Icj = 2.55I? 6）列出短路电流计算结果

具体短路电流计算具体见计算说明书。

第四章 电气设备的选择

第一节 概述

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，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。

一、一般原则

1）应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要； 2）应按当地环境条件校核； 3）应力求技术先进和经济合理； 4）选择导体时应尽量减少品种；

5）扩建工程应尽量使新老电器的型号一致；

6）选用的新品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 二、技术条件

8

1、按正常工作条件选择导体和电气 1）电压：

所选电器和电缆允许最高工作电压Vymax不得低于回路所接电网的最高运行电压Vgmax 即 Vymax≥Vgmax

一般电缆和电器允许的最高工作电压，当额定电压在220KV及以下时为1.15Ve，而实际电网运行的Vgmax一般不超过1.1Ve。

2）电流

导体和电器的额定电流是指在额定周围环境温度Q 0下，导体和电器的长期允许电流Iy应不小于该回路的最大持续工作电流Igmax

即 Iy≥Igmax

由于变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Igmax = 1.05Ie（Ie为电器额定电流）。

3）按当地环境条件校核

当周围环境温度Q和导体额定环境温度Q 0不等时，其长期允许电流Iy Q可按下式修正

θy-θ

Iy Q = Iy = Kiy

θy-θ。基中K —修正系数

Q y—导体或电气设备正常发热允许最高温度

我国目前生产的电气设备的额定环境温度Q。= 40℃，裸导体的额定环境温度为+25℃。 2、按短路情况校验

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，一般校验取三相短路时的短路电流，如用熔断器保护的电器可不验算热稳定。当熔断器有限流作用时，可不验算动稳定，用熔断器保护的电压互感器回路，可不验算动、热稳定。

1）短路热稳定校验

Qd≤Qr 满足热稳定条件为 22

Irtdz≤Irt

Qd —短路电流产生的热效应 Qr —短路时导体和电器允许的热效应 Ir —t秒内允许通过的短时热电流 验算热稳定所用的计算时间：tdz = tb+toL tb —断电保护动作时间

110KV以下导体和电缆一般采用主保护时间

110KV以上导体电器和充油电缆采用后备保护动作时间 toL —相应断路器的全开断时间 2）短路的动稳定校验 满足动稳定条件为： ich≤idf Ich≤Idf

9

Ich — 短路冲击直流峰值 （KA） Ich — 短路冲击电流有效值 （KA）

idf、Idf —电器允许的极限通过电流峰值及有效值（KA）

第二节 断路器的选择

变电所中，高压断路器是重要的电气设备之一，它具有完善的灭弧性能，正常运行时，用来接通和开断负荷电流，在某所电气主接线中，还担任改变主接线的运行方式的任务，故障时，断路器通常继电保护的配合使用，断开短路电流，切除故障线路，保证非故障线路的正常供电及系统的稳定性。

高压断路器应根据断路器安装地点，环境和使用技术条件等要求选择其种类及型式，由于真空断路器、SF6断路器比少油断路器，可靠性更好，维护工作量更少，灭弧性能更高，目前得到普遍推广，故35～220KV一般采用SF6断路器。真空断路器只适应于10KV电压等级，10KV采用真空断路器。

1、按开断电流选择

高压断路器的额定开断电流Iekd应不小于其触头开始分离瞬间（td）的短路电流的有效值Ie(td) 即：Iekd≥Iz（KA）

Iekd — 高压断路器额定开断电流（KA） Iz — 短路电流的有效值（KA） 2、短路关合电流的选择

在断路器合闸之前，若线路上已存在短路故障，则在断路器合闸过程中，触头间在未接触时即有巨大的短路电流通过（预击穿），更易发生触头熔焊和遭受电动力的损坏，且断路器在关合短路电流时，不可避免地接通后又自动跳闸，此时要求能切断短路电流，为了保证断路器在关合短路时的安全，断路器额定关合电流ieg 不应小于短路电流最大冲击值。

即：ieg≥icj 或 idw≥icj ieg — 断路器额定关合电流 idw — 额定动稳定电流 icj — 短路冲击电流 3、关于开合时间的选择

对于110KV及以上的电网，当电力系统稳定要求快速切除故障时，分闸时间不宜大于0.045s，用于电气制动回路的断路器，其合闸时间大于0.04 ~ 0.06s。

其选择具体过程见计算说明书

第三节 隔离开关的选择

隔离开关，配制在主接线上时，保证了线路及设备检修形成明显的断口，与带电部分隔离，由于隔离开关没有灭弧装置及开断能力低，所以操作隔离开关时，必须遵循倒闸操作顺序。

隔离开关的配置：

1）断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口，与电源侧隔离； 2）中性点直接接地的普通型变压器均应通过隔离开关接地；

3）接在母线上的避雷器和电压互感器宜合用一组隔离开关，为了保证电器和母线的检修安全，每段母上宜装设1—2组接地刀闸或接地器。63KV及以上断路器两侧的隔离开关和线路的隔离开关，宜

10