短路電流計(jì)算在電氣設(shè)備選型中的應(yīng)用

高 林 王成龍 朱嘉坤 汪春生 吳曉鳳

（1.西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司，西安 710075；2.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710014）

三相系統(tǒng)中短路主要有三相短路、兩相短路、兩相短路接地及單相短路接地，其中三相短路發(fā)生時(shí)情況最為嚴(yán)重，單相短路或二相短路時(shí)的短路電流都小于三相短路電流，能夠分?jǐn)嗳喽搪冯娏鞯脑O(shè)備，一定能夠分?jǐn)鄦蜗喽搪冯娏骰蚨喽搪冯娏鳎虼耍O(shè)備選型計(jì)算中只需要考慮三相短路電流。

1 電氣設(shè)備的選型條件

通過短路電流的計(jì)算，選擇有足夠動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的電氣設(shè)備，對(duì)于一般電氣設(shè)備，需要滿足的動(dòng)穩(wěn)定條件是：

式中，iet表示電器的極限通過電流峰值；表示三相短路沖擊電流峰值。

需要滿足的熱穩(wěn)定條件是：

式中，It表示電器的開斷電流值，I∞表示三相短路穩(wěn)態(tài)電流穩(wěn)態(tài)值，tj表示繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和分段時(shí)間，一般取0.2s，t一般取4s。

對(duì)于載流導(dǎo)體，需要滿足的熱穩(wěn)定條件是：

式中，A表示導(dǎo)體的最小允許截面；C表示導(dǎo)體的熱穩(wěn)定系數(shù)。

常用電氣設(shè)備需要效驗(yàn)的參數(shù)及需要滿足的條件見表1。

表1 電氣設(shè)備效驗(yàn)項(xiàng)目及條件

2 短路電流的計(jì)算

目前對(duì)于短路電流的計(jì)算主要是運(yùn)用標(biāo)幺值法，其計(jì)算步驟如下：

1）選取功率基值SB，電壓基值UB=Uav（Uav為電網(wǎng)平均額定電壓）；計(jì)算各元件阻抗標(biāo)幺值，畫出等值電路圖。

2）化簡(jiǎn)等值電路，求出電源至短路點(diǎn)f的總阻抗X∑。

3）計(jì)算f點(diǎn)三相短路電流周期分量初值及其他待求量，短路電流基準(zhǔn)值

常見元件阻抗標(biāo)幺值可按表2所列公式計(jì)算。

表2 阻抗值計(jì)算公式

3 應(yīng)用計(jì)算

下面結(jié)合公司某余熱發(fā)電項(xiàng)目說明短路電流計(jì)算在電氣設(shè)備選型中的應(yīng)用，業(yè)主提供的作為余熱發(fā)電并網(wǎng)點(diǎn)的高壓配電室 10kV母線的短路參數(shù)為：10kV母線在最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下的電抗標(biāo)幺值分別為 4.2529和 5.7905，SB取1000MVA。

該項(xiàng)目的電氣系統(tǒng)圖如圖1所示，110kV變電所 10kV母線的阻抗為 3.9444，該母線到并網(wǎng)點(diǎn)高壓配電室 10kV 母線采用長(zhǎng)度為 1700m 的ZR-YJV-8.7/10kV的3×240電纜敷設(shè)，余熱發(fā)電高壓配電室到并網(wǎng)點(diǎn)采用長(zhǎng)度為 200m 的ZR-YJV-8.7/10kV的3×185電纜敷設(shè)，發(fā)電機(jī)的功率為15MW直軸超瞬變電抗標(biāo)幺值為0.1553，兩臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)的功率均為2000kW。

圖1 余熱發(fā)電項(xiàng)目電氣系統(tǒng)圖

該系統(tǒng)共有3個(gè)短路點(diǎn)d1、d2、d3，由于本項(xiàng)目電氣設(shè)備選型只涉及余熱發(fā)電部分，因此只需要系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)到d3的短路電流，利用標(biāo)幺值法得到等值阻抗圖，如圖2、圖3所示。

圖2 系統(tǒng)等值阻抗圖

圖3 d3點(diǎn)等值阻抗圖

根據(jù)等值阻抗值圖計(jì)算發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)到 d3點(diǎn)短路電流，系統(tǒng)側(cè)的電抗標(biāo)幺值為 4.3013，發(fā)電機(jī)的直軸超瞬變電抗標(biāo)幺值為銘牌所示的 0.1553，其中發(fā)電機(jī)通過查詢發(fā)電機(jī)的運(yùn)算曲線可以查到所需的短路電流周期分量標(biāo)幺值，系統(tǒng)側(cè)的短路周期分量標(biāo)幺值，短路電流周期分量起始值，穩(wěn)態(tài)短路電流短路沖擊電流計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 短路電流計(jì)算結(jié)果

該項(xiàng)目電氣設(shè)備主要包括高壓斷路器，熔斷器，電流互感器以及母排電纜等，下面根據(jù)計(jì)算所得的短路電流值以及選型原則進(jìn)行設(shè)備的選型，選型條件見表4。

表4 設(shè)備選型需滿足條件

通過上面的計(jì)算，根據(jù)表中所列的條件，對(duì)照設(shè)備選型手冊(cè)，該項(xiàng)目所選的設(shè)備如下：

（1）高壓斷路器為 VS1 1600/31.5，其參數(shù)為額定電壓 10kV，額定電流 1600A，額定開斷電流31.5kA，極限通過電流80kA，4s熱穩(wěn)定電流31.5kA。

（2）熔斷器為XRNP-10/0.5，其參數(shù)為額定電壓10kV，額定電流0.5A，額定斷開電流50kA。

（3）電流互感器為L(zhǎng)ZZBJ9-10 0.2/0.5/10P15，其參數(shù)為額定電壓10kV，額定電流1200A，1s短時(shí)過電流100kA，額定動(dòng)穩(wěn)定電流160kA。

通過對(duì)比可得，所選設(shè)備滿足表中所列條件，符合設(shè)備在正常條件和短路故障條件下的工作要求，該項(xiàng)目已經(jīng)投入運(yùn)行，所選電氣設(shè)備沒有出現(xiàn)任何問題，說明選型正確，可靠。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)短路電流的計(jì)算以及對(duì)設(shè)備選型所需滿足條件的論述，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用，確保了電氣設(shè)備選用符合正常條件和短路故障條件下的工作要求，使電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有了保障。

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