短路电流计算概述

1、短路电流计算一、短路电流计算概述1、电力系统或电气设备的短路故障原因1）自然方面的原因。雷击、雾闪、暴风雪、动物活动、大气污染、 其他外力破坏等，造成单相接地短路或相间短路。2）人为原因。误操作、运行方式不当、运行维护不良或安装调试错 误，导致电气设备过负荷、 过电压、设备损坏等造成单相接地短路或 相间短路。3）设备本身原因。设备制造质量、设备本身缺陷、绝缘老化等原因 造成单相接地或相间短路故障、2、短路种类1）单相接地短路约占全部短路的 75%以上，对大电流接地系统，继电保护应尽快切 断单相接地短路。 对中性点经小电阻或中阻接地系统， 继电保护应瞬 时或延时切断单相接地短路。 对不接地系统，

2、 当单相接地电流超过允 许值时，继电保护应有选择性地切断单相接地短路。 对中性点经消弧 线圈接地或不接地系统， 单相接地电流不超过允许值时， 允许短时间 单相接地运行，但要求尽快消除单相接地短路点。2）两相接地短路一般不超过全部短路的 10%。大电流接地系统中，两相接地短路大 部分发生于同一地点， 少数在不同地点发生两相接地短路。 中性点非 直接接地的系统中， 常见是先发生一点接地， 而后其他两相对地电压 升高，在绝缘薄弱处将绝缘击穿后造成第二点接地， 此两点多数不在 同一点，继电保护应尽快切断两相接地短路。3）两相及三相短路不超过全部短路的10%这种短路更为严重，继电保护应迅速切断 两相及三

3、相短路。4）断相或断相接地线路断相一般伴随断相接地，两相运行一般不允许长期存在，应由 继电保护自动或运行人员手动断开健全相5）绕组匝间短路多发生在发电机、变压器、电动机等电机电器的绕组中，占短路的 概率很少，但对某一电机来说该概率不一定很少， 如变压器绕组匝间 短路占变压器全部短路的比例相当大， 这种短路严重损坏设备，要求 保护迅速切除这种短路。3、短路电流计算的重要性短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它 不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。 巨 大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热 甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电

4、流还将产生很大的 电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大 幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多， 从而可能导致部 分用户或全部用户的供电遭到破坏。 网络电压的降低，使供电设备的 正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏， 如电动 机过热受损等。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变 化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性， 使整个 系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。 短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行 的可能性愈大。4、短路电流的限制措施为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影

5、响，除在运行维 护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外， 还应尽快地切除短 路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采 用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置 等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接 线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值；加装限电 流电抗器；采用分裂低压绕阻变压器等。主要措施如下： 一是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额 定电压要和线路的额定电压相符。二是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装 置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间， 减

6、少短路所造成的损失。三是在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器， 减少 雷击损害。四是保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致 并符合规定。五是带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作, 在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。六是加强管理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。七是及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。八是在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。九是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度， 正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电

7、合接地刀闸。线路施工, 维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡 视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。二、对称短路电流计算1、阻抗归算为方便和简化计算，通常将发电机、变压器、电抗器、线路等元件的阻抗归算至同一基准容量和基准电压时的基准标么阻抗。标么阻抗的归算1）发电机等旋转电机阻抗的的归算发电机等旋转电机一般给出的是额定条件下阻抗相对值，其标么阻抗计算为*Xg2）变压器阻抗归算* U k%SbsXT100Stn3）电抗器阻抗归算*XlXl% U lnI bs100 U bs1 LNX L % U LNSbs100, 3I ln U bsXl% 电抗器在额定条件下电抗的百分值

8、4）线路阻抗归算ZlZlSbs uBsZlSbsU；RlSbsUBsRlSbsu2avSbs*Xl*Xl*SbsU!*ZlRljXL*RlXl2avZlRl jX l2、短路电流计算举例 2.1整定计算参数1）系统阻抗根据调度部门下发等值阻抗文件最大方式系统阻抗标幺值Xsmax 0.0200最小方式系统阻抗标幺值 Xsmin： 0.0285系统基准容量100MW，基准电压220kV2）主变参数型号：SFZ10-100000/220额定容量：100000kVA额定电压：(230 士 8工 1.25%)/35kV连接组别：Y ND11短路阻抗：14.15%3) 35kV系统参数(1) 35kV S

9、VG连接变型号：S11-6000kVA/35额定电压：(35 2 2.5%)/10kV连接组别：Yyn0短路阻抗：11.66%(2) 35kV风机箱变容量：1800kVA额定电压：(35 2 2.5%) / 0.69kV连接组别：DY N11短路阻抗：6.11%(3)35kV线路参数由于线路参数未能实际测量，按电力设计手册计算。线路1:其中LGJ-150/25导线长度为5.584km, LGJ-70/10导线长 度为 4.506km。XL1 = 5.584 X 0,0272 + 4.506 X 0.0294 = 0.28线路2:其中LGJ-150/25导线长度为10.15km，LGJ-70/1

10、0导线 长度为0.456km。XL2 = 10.15 X 0.0272 + 0.456 X 0.0294 = 0.29线路3:其中LGJ-150/25导线长度为8.28km, LGJ-70/10导线长 度为 5.786km。+ 5.786 XD.O294 =0.40(4)接地变参数额定容量：630KVA额定电压：37kV阻抗电压：5.99 %连接组别：ZNynil零序阻抗：74.9 /相接地电阻：99.75ohm(5)所用变参数额定容量：630KVA额定电压：37kV阻抗电压：5.99 %2.2参数归算1)主变阻抗归算U2 Sn2302100Xzt = Ud X X - = 0.1415 XX

11、丐0.15S廉10022022)连接变阻抗归算3)风机箱变阻抗归算U2 Sn0.692100Xf/t = XTX=0.0611XX=3.44）接地变阻抗归算Xjdt = Ud XSn352x 禹=x 茹1005）所用变阻抗归算SnX =0 .OS 9352x0£32.3短路电流计算以下计算按短路点三相短路计算:最大方式短路电流计算（1）220kV母线短路didi点短路电流标幺值为1 1I = 50Xsmax 0.02（2）35kV母线短路d2XsmaxXztd235kVd2点短路电流标幺值为Xsmax + Xzt 0.02 + 0.1S5.38(3) 35kV连接变低压侧短路d3Xs

12、maxXzt 35kVXljt电d3d3点短路电流标幺值为_ 1 _ 11 Xsmax + Xzt + Xljt 0.02 + fl.15 + L93(4) 馈线末端短路d4XsmaxXzt35kVd4点短路电流标幺值为线路1Xsmax + Xzt + XL1= 220.02 + 0.15 + 0.23_ 线路2= 2.17=1.7S+ Xzt + XL2 0.02 + 0.15 + 0.29线路3Xmax + Xzt + XL3 0.02 + 0.15 + 0.40(5) 0.69kV风机箱变低压侧短路d5XsmaxXzt35kVXLXfjtd51考虑）= 0.26d5点短路电流标幺值为（按

13、线路短路电流最大线路_ 1 _ 11 Xsmax + Xzt + XL2 4- Xfjt 0.02 + 0.15 + 028 + 3.4(6) 35kV接地变低压侧短路d6XsmaxXzt35kVXjdtd6d6点短路电流标幺值为11Xsmax + Xzt + Xljt 0.02 + 0.14 + 9.5(7) 35kV所用变低压侧短路d7XsmaxXzt35kVXsytd7点短路电流标幺值为 = = Q JXsmax + Xzt + Jfjyt OjO2 -h 0-14 + 9.52.3.2最小方式短路电流计算(1) 220kV母线短路didi点短路电流标幺值为1 10.02S5/ = 35

14、(2) 35kV母线短路d2d2点短路电流标幺值为1 11 = 5.6Xsmin + Xzt 0.0285 + 0.15(3) 35kV SVG连接变低压侧短路d3 d3点短路电流标幺值为XsminXzt35kV1 1Xsmin + Xzt + Xljt= 0.0285 + 0.15 + 1.93 一 °，4?(4) 馈线末端短路d4d4点短路电流标幺值为线路1线路2XsminXzt35kVXL1/2/30.0285 + 0.15 + 0.28 _ _ _，_0.3285 + 0.15 + 0.29 _ 2 13=1.73线路3Xmln + Xzt + XL3 0.0285 + 0.

15、15 + 0.4(5) 0.69kV风机箱变低压侧短路d5XsminXzt35kVXLXfjtd51考虑）=0,2.5d5点短路电流标幺值为(按线路短路电流最小线路111 XsmiTi + Xzt + XL1 +0.0285 + 0.15 + 0.4 + 3.4(6) 35kV接地变低压侧短路d6XsminXzt35kVXjdtd6d6点短路电流标幺值为Xsmin + Xzt + XIjt0,0285 + 0.15 + 9.5= 0.11(7) 35kV所用变低压侧短路d7XsminXzt35kVXsyt fd7d7点短路电流标幺值为1+ Xzt + Xlft10-0285 + 0.15 +

16、9.S _ 112.4短路电流计算结果241各个电压等级下基准电流:100 X 1000二 262/4V3 X220100 X 1000=1649AV3 X 35100 X1000=57734V3 X 10100 X 10008367614V3 X 0.69100 X 1000尸=144341AV3 X 0呂242三相短路电流计算结果短路点位置最大方式最小方式短路电流 标幺值短路电流短路电流 标幺值短路电 流(kA)(kA)di220kV母线5013.1359.17d235kV母线5.889.705.69.24d310kV连接变低压 侧0.482.770.472.71d4馈线末端2.223.6

17、62.183.602.173.582.133.511.752.891.732.85d5风机箱式变低压 侧0.2621.760.2520.92d6接地变低压侧0.1115.880.1115.88d7所用变低压侧0.1115.880.1115.88243两相短路电流计算结果两相短路电流按三相短路电流的 0.866倍计算短路点位置最大方式最小方式短路电流 标幺值短路电流短路电流 标幺值短路电流(kA)(kA)d1220kV母线43.3011.3430.317.94d235kV母线P 5.098.404.858.00d310kV连接变低压侧0.422.400.412.35d4馈线末端1.923.171

18、.893.121.883.101.843.041.522.501.502.47d5风机箱式变低压侧0.2318.840.2218.12d6接地变低压侧0.1013.750.1013.75d7所用变低压侧0.1013.750.1013.75244 35kV单相接地短路电流35kV系统发生单相接地时，接地电流为 3I0f风电场几个相关问题一、风电场汇集线系统接地方式1、风电场汇集线系统接地方式要求为实现汇集线系统发生单相接地故障时可靠快速跳闸，目前汇集线系统为不接地或经消弧柜接地的风电场， 应按采用经电阻接地方式 进行整改，不采用经消弧线圈接地方式。接地变和接地电阻的选择除 满足一次系统设计要求外

19、，还应保证单相接地故障时零序电流 （310） 不小于200A。2、各种接地方式比较汇集线系统中性点接地方式功能及优点存在问题不接地当单相接地电容电流较 小（35kV系统一般不大 于10A），接地故障时能 自行火弧，不存在系统 过电压问题。单相接地时不能实现快 速跳闸，非故障相电压升 咼，薄弱环节（如电缆接 头）可能故障从而发展为 短路故障。经消弧柜接地具有消弧、消谐和过电 压保护功能；投资较小。不能实现单相接地时快 速跳闸；存在非故障相电 压升高问题；消弧柜为新 生事物，可靠性差。经消弧线圈具有消弧、消谐和过电选线跳闸动作时间较长，汇集线系统中性点接地方式功能及优点存在问题接地并配合接地选线跳

20、闸压保护功能；单相接地 不跳闸时的传统方式。可靠性较差；不适合电容 电流较小的系统；设备选 型困难。经小电阻接地具有消弧、消谐和过电 压保护功能；投资较消 弧线圈接地方式要小；可实现单相接地快速切 除故障（有条件可整定为0秒）需要进行接地变和接地 电阻等一次设备投资；可 能需要进行保护装置的 程序升级。3、结论说明（1）风电场集电线路系统与城市配电网的主要区别：城市配网为用电负荷，应重点确保供电可靠性，风场集电线路为风机负荷， 由于风机存在低电压穿越问题，应重点确保系统单相接地时可靠 快速切除，避免事故扩大和发展。（2）按零序电流不低于200A选择接地电阻主要从保护灵敏度 角度考虑，在实际的设

21、计选型中，还要兼顾一次系统设计原则， 即根据系统电容电流水平合理配置接地变容量和电阻，200A只作为下限值。二、风电场继电保护配置1、为实现汇集线系统母线相间故障有选择快速跳闸， 汇集线 系统母线应配置母差保护。母差保护只作为母线相间故障的主保护，母线单相接地时由 接地变零序保护经短延时切除。2、风电场集电线路、电容器、电抗器、站用变保护除配置反 应相间故障的保护外，还应同时配置反应单相接地故障的零序电 流保护。当零序电流为200A时，单相接地故障相电流为 200A按单 条35kV集电线路运行带11台风机，单台容量为1500kW时，额定 电流约为290A,显然相电流保护不能作为单相接地保护，汇

22、集线 单相接地时需由零序电流保护实现。3、接地变压器除电源侧装设三相式电流速断保护、 过电流保 护作为接地变压器内部相间故障的主保护和后备保护外，接地变 压器中性点上还应装设零序电流 1 段、零序电流 2 段保护，作为 母线及变压器单相接地故障的主保护和各元件接地故障的总后备 保护。接地变的作用及单相接地电流分布特点：接地变一般采用 Z 型接线，目前风电场主变均为 Y-接线，接地变作用主要是人 为制造中性点，用来接入消弧线圈或中性点电阻。在电磁特性上 接地变对正、负序电流呈高阻抗，而对零序电流呈低阻抗。下图 为 A 相接地时故障相电流分布示意图。I A0一 1 A1+I A2<2fT1T

23、a31丄1TV220/35kV4、风电场应按反措要点要求在升压站配置故障录波器，并按要求接入相应的电气量，具体包括：各条送出线路的三相电流； 升压站高、低压各段母线的三相及零序电压、频率；各条汇集线 升压站侧的三相电流；升压站内的保护及开关的动作信息；升压 站无功补偿设备的保护及开关动作信息和三相电流。三、风电场有关继电保护整定原则风电机组低电压适应原则要求当风电场并网点电压跌至0.2倍额定电压时，风电机组应能不脱网运行625ms为防止系统短路时，由于低电压穿越问题造成风机大范围脱网，对风电场汇集 线系统定值应首先按保证速动性，并尽量兼顾选择性的原则进行 整定。1 、集电线路整定（1）存在的问题 快速段定值按躲线路末端整定，对全线无灵敏度。 灵敏段时间和箱变后备保护配合，整定时间为0.6秒至1秒，时间整定过长（2）整定原则 距离、