220kV变电所一次部分设计.docx

第 4 短路电流计算 4.1 短路电流计算目的和假设 短路电流的计算目的主要有以下几个： （1）用来校验所选设备的动稳定性和热稳定性。比如所选的断路器、隔离开关等设备，是否能承受极端情况下的短路冲击和断流能力。 （2）为变电站继电保护及自动化装置的配置与整定计算提供依据。 （3）合理地设计电气主接线及运行方式方案。 现代的电力系统十分庞大和负载，因此精确地将短路电流计算出来是十分困难且没有必要的，只要计算误差在工程允许范围内，可采用合理的简化计算方法，但这些近似的计算方法是有假设条件的： （1）电力元器件的参数选择为额定值。 （2）只考虑元件的电抗值，忽略其电阻值和电容值。 （3）所计算的短路电流为短路发生时的最大值。 4.2 各元件短路阻抗标幺值 电力系统中有着多个不同的电压等级，这些不同的电压将会给短路电流计算带来很大的困难，为计算方便，可使用标幺制来简化我们的计算，为我们带来便利。所谓标幺制就是有名值与基准值的比值，具体公式如下： 有名值就是设备铭牌上标注的实际电气量，在进行标幺制选择前，需选择基准值，为简化计算，电力系统中的基准值通常选择如下。 容量的基准值：SB=100MVA； 各不同电压等级的基准值如下所示：220kV、110kV、35kV和10kV所对应的电压基准值分别对应的是231kV、115kV、37kV和10.5kV。基准容量SB、基准电压UB、基准电流IB、基准阻抗ZB有如下关系： 上面四个变量，只要确定任意两个，剩下的两个就能直接计算出来，此处用基准容量SB、基准电压UB作为计算值，那么基准电流IB、基准阻抗ZB计算方法如下： 那么电力元件的标幺值XB*，可通过下面的计算公式得到： 对于具体的设备而言，通常有如下： （1）发电机 发电机的基准电压一般为额定电压，即UB=UN，因此可算出发电机阻抗标幺值为： （3）双绕组变压器 在进行变压器选择时，其铭牌上一个很重要的参数就是短路阻抗Uk%，故双绕组变压器的阻抗标幺值计算如下： （3）三绕组变压器 高压绕组、中压绕组和低压绕组有着各自不同的阻抗电压百分比，经公式计算得到： 那么高中低这三侧变压器的阻抗标幺值计算如下： （4）输电线路 一般6kV~330kV输电线路的每公里的阻抗值为0.4Ω/km，那么其等效阻抗标幺值有以下公式： 上式中，Zl（Ω/km）等于0.4Ω/km，L为输电线路的长度，单位为km。 （5）电抗器 电抗器的作用一般是进行无功调节或者进行短路电流限制，其阻抗标幺值有如下公式： 4.3 三相短路电流实用计算 短路电流的计算方法有很多种，前面提到的实用计算方法适合大多数要求并不是十分准确的工程计算和初步设计，故在此选择使用计算方法来进行本次的三相短路计算。 当系统发生短路时，短路电流由恒定不变的周期性分量和逐渐衰减的非周期分量组成。 （1）恒定不变的周期性分量有效值由下式得到： XΣ指的是短路点到电源之间的转移阻抗，若用标幺值来表示，有下面的公式：有 也就是说，只要计算得到了其转移阻抗标幺值，就可直接得到短路电流的周期性分量标幺值。 （2）短路冲击电流有下面的公式： 这里常常将冲击系数取值为ksh=1.8，那么就得到短路冲击电流的大小有： （3）全电流最大有效值。这里全电流最大有效值指的是周期性分量外加非周期性分量之后的有效值，其计算公式如下： （4）短路功率。它的标幺值和周期性分量的短路电流标幺值一致，其有名值表示如下： 短路点的选取可以为多种多样，有的在线路上，有的在发电机处，且有很多个点可以选择，但我们进行短路电流计算时，可选取最为典型的各侧不同电压的母线处作为短路点进行短路电流计算。这里直接选取220kV、110kV和10kV的母线处作为短路电流计算点，分别设其短路点为d1、d2和d3。简化原有的主接线图，得到短路点等效示意图： 图4.1 短路点的选取 由前面的分析可知，容量基准值由前面的分析可知，容量基准值Sd=100MVA，Ud1=231kV，Ud2=115kV，Ud3=10.5kV那么这三侧所对应的电流基准值有 ，那么这三侧所对应的电流基准值有 接下来计算本设计中各电力元件的短路阻抗标幺值。 （1）发电机 发电机的基准电压一般为额定电压，即UB=UN，因此可算出发电机阻抗标幺值为： （3）双绕组变压器 在进行变压器选择时，其铭牌上一个很重要的参数就是短路阻抗Uk%，故双绕组变压器的阻抗标幺值计算如下： （3）三绕组变压器 高压绕组、中压绕组和低压绕组有着各自不同的阻抗电压百分比，经公式计算得到： 那么高中低这三侧变压器的阻抗标幺值计算如下（两台并列运行之后）： （4）220kV输电线路 一般6kV~330kV输电线路的每公里的阻抗值为0.4Ω/km，那么其等效阻抗标幺值有以下公式： 上式中，Zl（Ω/km）等于0.4Ω/km