配電網(wǎng)的短路電流計算

發(fā)布時間:2024-07-03
在供配電系統(tǒng)的設計和運行中,不僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài),還要考慮系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)和故障情況,在電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種故障中,對系統(tǒng)危害最大,而且發(fā)生概率最高的是短路故障,為保證電力系統(tǒng)的可靠性,需要分析配電網(wǎng)的短路問題。
短路:供電系統(tǒng)中一相或多相載流導體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。短路類型及其代表符號見圖1。
圖1 短路類型及其代表符號
產(chǎn)生的原因:絕緣損壞、誤操作70%、雷擊或過電壓擊穿。
短路導致的后果: 1)短路電流的數(shù)值一般是正常工作電流的10多倍; 2)產(chǎn)生電動力、和設備溫升,造成極大的破壞; 3)使供電電源母線的電壓降低,影響非故障的電氣設備的運行。
一、短路過程的簡單分析
短路過程等效電路見圖2。
圖2 配電系統(tǒng)內(nèi)某處發(fā)生三相短路的簡化等效電路
由于三相電路對稱,可用單相等值電路圖進行分析。
k點發(fā)生三相短路。電路被分為兩個獨立回路,短路點左側是一個與電源相連的短路回路,短路點右側是一個無電源的短路回路。無源回路中的電流由原來的數(shù)值衰減到零。有源回路短路后,由于回路阻抗減少,電流要增大,但由于電路內(nèi)存在電感,電流不能發(fā)生突變,從而產(chǎn)生一個非周期分量電流,非周期分量電流也不斷衰減,電流最終達到穩(wěn)態(tài)短路電流。
短路前整個回路流過的電流i為:
式中,短路前電流幅值,相電壓的初相角,每相阻抗的阻抗角
短路后分成兩個獨立回路,左端回路電流(瞬時值):
解這個微分方程:
式中,周期分量的幅值;非周期分量的初始值,回路的時間常數(shù);短路電流的周期分量;短路電流的非周期分量; 與 的夾角。 。
三相短路電流由短路電流周期分量和非周期分量組成。三相短路電流的周期分量,由電源電壓和短路回路阻抗決定,在無限大容量系統(tǒng)條件下,其幅值不變,又稱為穩(wěn)態(tài)分量。三相短路電流的非周期分量,按指數(shù)規(guī)律衰減,最終為零,又稱自由分量。
最嚴重短路電流的條件為:
1.短路前電路空載或cosф=1;
2.短路瞬間電壓過零,即t=0時α=0°或180°;
3.短路回路純電感,即фk=90°
短路沖擊電流是短路全電流的最大瞬時值,短路全電流最大瞬時值出現(xiàn)在短路后半個周期,即t=0.01秒時。
二、短路沖擊電流
當經(jīng)過半個周期時(約0.01s)后,出現(xiàn)沖擊電流的最大值 :
式中,沖擊系數(shù),周期分量的有效值
高壓供電系統(tǒng):
低壓供電系統(tǒng):
沖擊電流的有效值:
高壓
低壓
沖擊電流的最大值用于校驗設備的動穩(wěn)定性。沖擊電流的有效值用于校驗設備(斷路器)的開斷能力(開斷電流)。
三、求短路電流周期分量的有效值
電源看成無窮大電源,即維持電壓不變,再計算高壓與低壓的有效值。
四、用標么值計算
設三相短路電流對基準容量和基準電壓取標么值時,便有:
式中為由電源至短路點之間的短路電抗。選和,有:

因此,三相短路容量為:
其標么值為:
短路電流的大小與系統(tǒng)的運行方式有很大的關系。
短路電流的具體計算步驟如下:
1.取功率基準值,并取各級電壓基準值等于該級的平均額定電壓,即;
2.計算各元件的電抗標么值,并繪制出等值電路;
3.網(wǎng)絡化簡,求出從電源至短路點之間的總電抗標么值;
4.計算出短路電流周期分量有效值(也就是穩(wěn)態(tài)短路電流),再還原成有名值;
5.計算出短路沖擊電流和短路最大有效值電流;
6.按要求計算出其他量。
五、系統(tǒng)的運行方式
短路電流的大小與系統(tǒng)的運行方式有很大的關系。
最大運行方式和最小運行方式:
1.最大運行方式下發(fā)電機組投運多,雙回輸電線路及并聯(lián)變壓器均全部運行。此時,整個系統(tǒng)的總的短路阻抗最小,短路電流最大;
2.最小運行方式下由于電源中一部分發(fā)電機、變壓器及輸電線路解列,一些并聯(lián)變壓器為保證處于最佳運行狀態(tài)也采用分列運行,這樣使總的短路阻抗變大,短路電流也相應減小。
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