火力发电厂母线短路电流计算

[摘要]本文分析了在电力系统及工厂供配电系统运行中,发生短路故障时,对电力系统各个工作点电压降低、电流增大的影响,短路故障产生的原因、后果,以及对短路电流数值的计算处理。

[关键词]短路电流 短路故障 分析

一、短路故障

短路故障是电力系统的严重故障。电力系统运行有三种状态:正常运行状态、非正常运行状态和短路故障。电气设备在其运行中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,因为它们会破坏用户的正常供电和电气设备的正常运行。

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),不同电位导电部分之间的不正常短接的情况。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的,故称为对称短路;其他几种短路均使三相电路不对称,故称为不对称短路。在中性点直接接地的电力网络中,以一相对地的短路故障为最多,约占全部短路故障的90%。在发生短路时,电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态,一般只需3～5秒的时间。由于回路的不正常连接,网络回路总阻抗大为减小,将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流的短路电流。在这一暂态过程中,短路电流的变化很复杂,会产生很大的电动力,其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。例如在发电机端发生短路时,流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10～15倍,在大容量的电力系统中,短路电流可高达数万安。

二、短路电流

一个火力发电厂,装机四台,每台装机容量为200MW,UN=10.5KV,Sj=100MW,机组年利用小时数Tmax,220KV母线为150km架空线2回,220KV与无穷大系统连接;110KV母线60km架空出线6回,每回平均输送容量11MW,最大负荷700MW,最小负荷60MW, COSφ,Tmax=500th,为Ⅱ类负荷。

在无限大容量电力系统中,当电网供电系统发生短路时,电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变,若取,则短路电压的标幺值短路电流周期分量的标幺值为式中XΣ*――无限大系统功率系统对短路点的组合电抗(即总电抗)的标幺值

短路电流的标幺值为

在发生短路时,电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态。在这个暂态过程中,短路电流的变化非常很复杂。在短路后约半个周期(0.01秒)时将出现短路电流的最大瞬时值,称为冲击电流。短路电流周期分量和非周期分量叠加的结果是在短路后经过半个周期的时刻将会出现短路电流的最大瞬时值,此值为短路冲击电流的瞬时值

其中IP──短路电流的周期分量,kA;

Ksh――短路冲击系数。

其中――冲击系数,表示冲击电流对周期分量幅值的倍数。当时间常数Ta的值由零变为无限大时,冲击系数值的变化范围为:

冲击电流可用次暂态短路电流周期分量进行估算,则取Ksh=1.8为短路冲击系数,其值在1～2之间。

1. 220KV母线上短路d1点的短路电流

图1 220KV母线上短路d1点的短路电流

通过计算得出

短路点短路电流的计算:

实际上系统在d1点的短路容量要小于断路器断流容量。所以系统电抗标么值应大于计算数值,这样实际的短路总电流和冲击短路电流就比计算的数值要小些。因此,计算的短路电流偏大些,选择设备时更安全。

2. 110KV母线上短路d2点的短路电流

图2 110KV母线上短路d2点的短路电流

三、短路电流影响

1.强大的短路电流通过电气设备使之发热急剧增加,如果短路持续时间较长时,轻则损坏设备,重则设备因过热而烧毁。

2.由于电磁感应,巨大的短路电流将在电气设备导体间产生很大的电动力,可能使导体变形、扭曲或损坏,造成线路的瘫痪。

3.短路将引起短路点附近系统电压的突然大幅度下降,系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转,造成产品报废甚至设备损坏。

4.短路将引系统中电压、电流的短时迅速变化,导致功率分布的突然变化,可能导致并列运行的发电厂失去同步,破坏系统的稳定性,造成大面积停电。这是短路所导致的最严重后果。

5.巨大的短路电流将在周围空气产生很强大电磁场,尤其是不对称短路时,不平衡电流所产生的不平衡交变磁场,对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。

因此,短路是电力系统分析的重要内容之一,是电气主接线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、分析、计算以及继电保护选择和整定的基础。它为电力系统的规划设计和运行中选择电工设备、分析事故提供了有效手段。

四、总结

短路电流的分析、计算是电力系统建设的重要内容之一,它为电力系统规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析系统事故提供了有效的手段。

通过短路电流的分析和计算,在选择电气主接线时,方便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,保证选择的电气设备,能在正常运行和故障情况下都安全、可靠工作,节约资金。

国家电网近年的迅猛发展,为了保证我国电网的安全、稳定、高效的运行水平,只有积极研究新技术,通过新技术抑制电力系统的短路电流,保证电能传输。短路电流的抑制是一个长期、必要的过程,需要电网、电力系统和发电企业的共同配合和努力,在国家的长远规划下逐步完善电网建设,才能抑制短路电流,保证电网高效运行。

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