电力系统分析短路电流

电力系统分析短路电流（9篇）

1.电力系统分析短路电流 篇一

短路电流的十个问题的总结

一）为什么计算最大短路电流？为什么计算最小短路电流？

目的：测试对于短路计算意义的理解

答案：计算最大短路计算用以校验配电元件（如断路器）分段能力；计算最小短路计算用于校验配电设备（如断路器）灵敏度和继电保护计算整定。

0.38kV系统一般不需要进行设备动、热稳定的校验，因为元件制造时已经考虑好了。10KV以上电力设备需要根据最大短路电流校验设备动、热稳定。

常见设计误区：

1、根本不考虑短路校验。不一定都算，但心里一定要有这根弦。

2、只注意计算最大短路校验开关分断能力，忽视考虑最小短路校验保护灵敏度。拓展：

1、什么是三相短路？什么是两项短路？什么是单相短路？

2、回路上为什么有时装3个互感器？有时装2个互感器？装1个互感器？各用在什么场合？

二）对于一般10/0.4KV变电系统，最大短路电流通常发生在那里？

目的：测试对于系统短路点的认识。

答案：系统中最大短路电流的发生位置（短路点）在变压器出口侧，可以等效近似认为低压母线侧。所以一般最大短路点取低压母线侧。

常见设计误区： 不知道各个短路点意义，不知道应该计算几个或哪个短路点的短路电流。

拓展： 什么是最大运行方式？什么是最小运行方式？运行方式对于最大、最小短路电流的选取与配电元件校验有什么影响？

三）在一条母线上应该校验哪条回路的断路器的分断能力？

目的：测试关于配电元件分断校验的问题

答案：低压母线上最小的断路器（假定断路器为同一系列）。同一条低压母线上的短路电流被认为是近似相等的，连接在上面的最小的断路器一般来讲分断能力最低。只要它满足了系统短路状态分断能力的要求，其他断路器就大致没有问题。常见设计误区：

1、不校验断路器在短路状态的分断能力。

2、每个断路器都校验一遍。

拓展：当断路器分断能力不够时，举出3种解决方法。四）什么情况下最大短路电流可以不算？

目的：测试对于关于短路计算的设计经验

答案：变压器容量比较小时，用于校验断路器分断能力的短路电流不大，基本没有问题，可不算。

麦克说：“如果采用熔断器的话，一般不计算；因为熔断器分短能力高，且分断时间很短，可不考虑热稳定校验”有道理

戏说：“你算过，没有问题，下次如果记得住就不要再算了。” 常见设计误区：不知道什么情况该算。

拓展：

记忆一些典型容量变压器短路电流及你自己常用断路器系列可以与之正常配合使用的框架值

五）不用计算能否得到一般变压器低压母线侧的短路电流？

目的：测试对于《配电设计手册》的熟练掌握程度。

答案：见《工业与民用配电设计手册》第四章（表4－？忘了，请自自己查一下，或哪位大侠帮一把？）

常见设计误区：

1、不知有此表。

2、不知此表何用。

拓展：

将表中典型容量变压器的短路电流值记忆一下，并与常用断路器的分断电流对照一下，想想看，得到什么结论

六）最小短路电流发生在那里？

目的：测试对于系统短路点的认识。

答案：系统中最小短路电流的发生位置（短路点）一般在最长线路末端（除非考虑过压降、启动条件而放大过线路截面），所以最小短路点取该处。

常见设计误区：

1、没有最小短路的概念。

2、不知道取哪点做最小短路点。3。不知道算他干什么用？ 拓展：如果因为线路过长，线路阻抗过大，导致短路电流过心，断路器灵敏度校验不能通过，可以通过放大线路截面的方法改善断路器动作的灵敏度。七）在一条母线上应该校验那条回路的断路器的灵敏度？ 目的：测试对于最小短路电流校验断路器动作灵敏度的概念。答案：一般注意校验线路较长的回路的灵敏度。常见设计误区：

1、不知道应该校验断路器动作灵敏度。

2、不知道应该校验哪条回路。

拓展：灵敏度校验的关键是最小短路电流与断路器整定值的相对值，而非短路电流的绝对值。参见九、八）什么情况下最小短路电流可以不算？ 目的：测试设计经验。答案：较短的线路。

常见设计误区：滥用本设计原则，通通不算。

拓展：经过查资料或计算，记住几个典型临界状态的线路的截面与长度的对应关系。九）对于等长线路是否越的细回路灵敏度校验越难通过？

目的：测试对于灵敏度校验的概念。

答案：两条等长线路，截面小的肯定短路电流小，但不一定灵敏度差，因为灵敏度校验的是最小短路电流与断路器整定值的相对值，而非短路电流的绝对值。

常见设计误区：以为越的细回路灵敏度校验越难通过。实际上，越细的线路对应的断路器整定值也越小，其相对值未必最小。

拓展：亲自计算两条等长、不等截面的线路在最小短路电流下的灵敏度。

十）某线路末端短路时，断路器的保护灵敏度不能满足，如何解决？

目的：测试设计经验。

答案：加大线路截面，加装漏电保护器，更换变压器的接线组别。常见设计误区：没有办法。

拓展：对于不能通过灵敏度校验的线路放大一级，再计算校验一次，比较结果

2.电力系统分析短路电流 篇二

小电流接地系统故障有:三相短路、二相短路、二相不同地点接地短路、单相失地、电压互感器熔丝熔断、铁磁谐振、线路断线等。短路故障由保护动作跳闸实现对设备的保护,其余故障其继电保护无法实现或无需出口跳闸,需通过母线电压变化对各类故障进行判定。

1 单相失地

小电流接地系统在正常运行时,网络各相对地电压是对称的,其大小为相电压;如三相对地电容相等,则各相对地电容电流对称且平衡,三相电容电流向量和为零,地中没有电容电流通过,中性点对地电压为0。当一相失地后其电导不能忽略,中性点对地电压值升高,消弧线圈的电流与三相电容电流之向量和通过接地电阻产生电压降,各相对地电压发生变化。

1.1 中性点对地电位随过渡电阻Rjd变化的轨迹

图1为小电流接地系统U相经过渡电阻Rjd接地时的电流和电压。由于正常相对地漏电导比对地电容的电纳小得多,可忽略不计。电源的三相电势对称时,地对中性点电压:

由式(1)可见,位移电压为直径的圆周,如图2所示。中性点电位与补偿度的关系如下:

(1)全补偿,(此状态中性点电位由各相对地的漏电导大小决定)。

(2)欠补偿,地电位O在右半圆周。

(3)过补偿,地电位O在左半圆周。

中性点电位与Rjd的关系如下:

1.2 过渡电阻Rjd对判断接地相的影响

由图2及式(1)可知:

1.2.1 中性点不接地系统(中性点消弧线圈刀闸断开),Rjd对判断接地相的影响

从式(2)还可看出,在绝缘监察整定的开口三角电压一定的情况下(一般为10~15 V),随着系统对地电容增大,其反映绝缘下降的能力也下降。

1.2.2 中性点经消弧线圈接地系统

消弧线圈接地系统(中性点刀闸合上)U相经过渡电阻Rjd接地的电压特点与不接地系统一样;但θ<30°,故障相对地电压UUO大于超前相的电压UWO。消弧线圈适当的补偿不仅可减小接地点的电流,而且提高其反映绝缘下降的能力。

1.3 非故障相对地电压大于3倍相电压的范围和最大值

由图3可知非故障相对地电压大于为半径的圆相交的两交点间。非故障相电压最大值为:

1.4 非故障相对地电压小于故障相电压的范围和最小值

由图3可知,θ<30°时,UVO

1.5 零序电流

线路失地时,在零序电压的作用下,各非故障线路的零序电流均增大,但故障线路的零序电流变化更为明显。

2 电压互感器引起的铁磁谐振

2.1 工频铁磁谐振

工频铁磁谐振是电压互感器的励磁电抗与系统每相对地电容的容抗相近时产生的,其表征现象为:一相或两相电压(等值)升高且超过线电压,另两相(等值)或一相电压降低,线电压对称且大小不变,一相升高时开口三角电压小于100 V,两相升高时开口三角电压大于100 V。一般在空载母线时发生,投入一条线路将自动消失。

2.2 分频铁磁谐振

分频铁磁谐振主要的表征现象为:三相电压同时升高且同时摆动,线电压对称且大小不变,开口三角电压不定。一般发生在对地电容电流较大的系统。

2.3 高次谐波谐振

高次谐波谐振的表征现象为:三相电压同时升高,线电压对称且大小不变,开口三角电压不定。一般发生在对地电容电流较小的系统或系统中含有多组的电压互感器(其等效励磁电感很小)。

3 电压互感器熔丝熔断

电压互感器一、二次侧都是通过熔断器和系统及负载相连的,一般由三台单相电压互感器连接而成三相电压测量系统(三相五柱式电压互感器应用较少,不予分析),其一次侧和二次侧熔丝熔断有以下几类:

3.1 一次侧一相熔丝熔断

当电压互感器某相一次侧熔丝熔断时,该相电压互感器就没有励磁电源,其二次和三次侧也就没有感应电势,其它正常相的二次和三次侧输出电压正常,造成二次电势不对称。在理想情况下(二次负载的阻抗无限大),熔断相二次电压为0,其它二相不变。由于外接负载和互感器本身二次侧的影响,其它两相电压通过负载等串联到该相,致使该相电压读数不为0。与断线相有关的线电压减小,与断线相无关的线电压不变。二次系统的开口三角电压约为33 V,发单相失地信号。

3.2 一次侧两相熔丝熔断

当电压互感器某两相一次侧熔丝熔断时,这两相互感器就没有励磁电源,其二次和三次侧也就没有感应电势,正常相的二次和三次侧输出电压正常,造成二次电势不对称。在理想情况下(二次负载的阻抗无限大),两熔断相二次电压为0,正常相不变。由于外接负载和互感器本身二次侧的影响,其它两相电压通过负载等串联到该相,致使两熔断相的电压读数不为0。线电压小于正常相的相电压。二次系统的开口三角电压约为33 V,发单相失地信号。

3.3 二次侧熔丝熔断

当电压互感器的二次侧熔丝熔断时,其相电压和线电压与一次侧熔丝熔断时一致,但三次侧仍然对称,二次系统的开口三角电压输出为0,不发单相失地信号。

4 单电源进线断线

4.1 断线处导线的两端都落地

断线处导线的两端都落地,如图4(a),这种情况母线三相电压指示能正确反映出失地的相别,失地相对地电压随负荷和导线断落点两端接地电阻的大小而变化,Yd11变压器低压侧电压的对称性也随负荷和两端接地电阻的大小而变化。与断线相有关的线电压读数变小,与断线相无关的线电压不变。二次系统的开口三角电压小于100 V。

4.2 断线处导线的电源端悬空而负荷端落地

断线处导线的电源端悬空而负荷端落地,如图4(b),这种情况负荷端母线三相电压指示如下:断线相电压互感器的励磁电源为0,其二次和三次侧感应电势为0,相电压读数为0;其它正常相的二次和三次侧输出电压正常,造成二次电势不对称。与断线相有关的线电压读数为相电压值,与断线相无关的线电压不变。二次系统的开口三角电压约为33 V,发单相失地信号。

4.3 断线处导线的两端悬空且负荷端变压器末投入

断线处导线的两端悬空且负荷端变压器没有投入,如图4(c),这种情况负荷端母线三相电压指示如下:断线相电压互感器的励磁电源为0,其互感器二次和三次侧感应电势为0,相电压读数近0(受外接负载和互感器本身及断线相对地电容影响);其它正常相的二次和三次侧输出电压正常,造成二次电势不对称。与断线相有关的线电压读数接近相电压值,与断线相无关的线电压不变。二次系统的开口三角电压约为33 V,发单相失地信号。

4.4 断线处导线的两端悬空且负荷端变压器投入

断线处导线的两端悬空且负荷端变压器投入,如图4(d),这种情况负荷端母线三相电压指示如下:断线相互感器励磁电源为0.5倍的相电压,其相电压读数为0.5倍的相电压值;其它正常相的二次和三次侧输出电压正常,造成二次电势不对称。与断线相有关的线电压读数为0.5倍的线电压值,与断线相无关的线电压不变。二次系统的开口三角电压约为50 V,发单相失地信号。

4.5 断线处导线的电源端落地、负荷端悬空且负荷端变压器投入

断线处导线的电源端落地、负荷端悬空且负荷端变压器投入,如图4(e),这种情况负荷端母线三相电压指示如下:断线相互感器励磁电源为1.5倍的相电压,其相电压读数为1.5倍的相电压值;其它正常相的相电压升高为线电压,造成二次电势不对称。与断线相有关的线电压读数为0.5倍的线电压值,与断线相无关的线电压不变。二次系统的开口三角电压约为150 V,发单相失地信号。

以上分析结果见表1。

5 技术措施

从分析结果可知,要准确地判定故障类型,变电站的后台或调度监控应能测量系统三相的相电压、线电压和馈线的三相(二相)相电流、零序电流。这对日益普及的变电站综合自动化系统来说,已不需增加硬件设备,只需在变电站的后台或调度监控电脑的主接线图中加入前述的各测量量,即可满足非短路故障判别的需求。

6 结论

通过对单相失地、电压互感器熔丝熔断、铁磁谐振、单电源线路断线等故障的负荷电流和馈线的零序电流及母线相电压、线电压、零序电压五个量进行定性与定量分析,得出各类非短路故障的判别方法。变电站的后台或调度监控能测量系统三相的相电压、线电压和馈线的三相(二相)相电流、零序电流,可提高处理这些故障的准确性和及时性,减少因前述故障造成的人身和设备事故。

摘要：小电流接地系统的非短路故障有:单相失地、电压互感器熔丝熔断、铁磁谐振、单电源线路断线等,从这些故障的负荷电流和馈线的零序电流及母线相电压、线电压、零序电压五个量进行定性与定量分析,得出各类非短路故障的判别方法。针对各类非短路故障,提出相应的技术措施,以提高处理这些故障的准确性和及时性,从而缩短电网故障运行时间,减少因前述故障造成的人身和设备事故。

关键词：单相失地,熔丝熔断,谐振,断线

参考文献

[1]解广润.电力系统过电压[M].北京:水利电电力出版社,1985.

3.电力系统分析短路电流 篇三

国网河南禹州市供电公司 461670

摘要：在电力系统的设计和运行中，不仅要考虑正常工作状态，而且还必须考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。本文分析了电力系统短路电流的危害，介绍了目前我国常用的一些限制短路电流的方法，并探讨了进一步提高限制短路电流水平的措施。

关键词：电力系统；短路电流

1 引言

电力系统短路是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间的短接，或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。当发生短路时，电源电压被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路电流。三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费，若偏于乐观则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。随着我国电网规模的快速增加，使短路电流不断升高，已严重影响到电网的安全运行，这也成为制约电网发展的重要因素。有预计指出，三峡电站可能的最大短路电流周期分量将达300kA，而目前国际上生产的100kA的GIS已是属最大容量，国内尚无此生产能力。因此，限制短路电流是电气工程设计者在发电厂和变电站设计中经常遇到和需要解决的技术问题。

2 短路电流及其危害

2.1 短路电流

短路电流是电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。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额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

2.2 短路电流的危害

① 短路电流增大，断路器、隔离开关、电流互感器等串接设备以及母线等设备需要承担大电流冲击，故必须选择大容量设备，且输电线路也必须要大容量，这就造成设备投资大大增加。

② 由于短路电流增大，系统单相接地短路电流也随之增大，这也造成了对通信线路电磁感应危害的增加。同时也造成铁塔附近接触电压和跨步电压的增加，危害人畜生命安全。

③ 短路电流增加，架空导线的温度也会上升，造成线夹部分过热，同时也使架空线路故障点损伤加剧，如绝缘子破损、导线熔断等问题。

因此，在电气工程设计中，限制短路电流的目的主要是：① 保证导体和电气设备的安全运行，从而保证电网安全、可靠地抢送电能；② 使用轻型廉价电器，降低工程投资。

3我国限制电网短路电流的主要方法

目前在电力系统中，用得较多的限制短路电流的方法有以下几种：

3.1选择发电厂和电网的接线方式

通过选择发电厂和电网的电气主接线，可以达到限制短路电流的目的。

为了限制大电流接地系统的单相接地短路电流，可采用部分变压器中性点不接地的运行 方式，还可采用星形-星形接线的同容量普通变压器来代替系统枢纽点的联络自耦变压器。

在降压变电所内，为了限制中压和低压配电装置中的短路电流，可采用变压器低压侧分列运行方式；在输电线路中，也可采用分列运行的方式。

对环形供电网，可将电网解列运行。

3.2 采用分裂绕组变压器和分段电抗器

在大容量发电厂中为限制短路电流可采用低压侧带分裂绕组的变压器，在水电厂扩大单 元机组上也可采用分裂绕组变压器。

3.3 采用线路电抗器

线路电抗器主要用于发电厂向电缆电网供电的6～10kV配电装置中，其作用是限制短路 电流，使电缆网络在短路情况下免于过热，减少所需要的开断容量。

3.4 采用微机保护及综合自动化装置

从短路电流分析可知，发生短路故障后约0.01s时间出现最大短路冲击电流，采用微机保护仅需0.005s就能断开故障回路，使导体和设备避免承受最大短路电流的冲击，从而达到限制短路电流的目的。

4限制短路电流的多种措施

4.1 运用FCL限制短路电流

故障电流限制器（FCL，faultcurrentlimiter）是现代电力系统中的重要元件。使用FCL的优越性有：

（1）一般来说，电压等级越高，故障电流越大，越难以开断，而FCL的使用可直接减轻断路器的开断负担。

（2）快速限制短路电流可减少线路的电压损耗和发电机的失步概率，如果能配置恰当的限流器，则系统的功角稳定、电压稳定和频率稳定都能得到有效的改善，电网和设备事故也就可得到有效的控制。

（3）目前输电线路的实际输送能力均在稳定极限以下，如果限流器能在短路电流达到峰值之前就发挥作用，大多数设备设计和选用时所要求的热稳定极限及动稳定极限就可降低，电网的热极限及稳定极限比也可相应减小，从而大大提高了输电线路的利用率，降低整个电网的投资。

限流熔断器实现的FCL，要适应自动重合闸还有待于自恢复限流熔断器的发展，并且这种方法要求有能承受正常状态下CT接线方式而故障状态下PT接线方式的变压器，因此对变压器的性能要求较高，但此方法最为简单，开发周期最短，不失为一种可供参考的方法。若选择间隙放电式FCL作为原始研究，它的技术难点在于放电间隙的选择及如何提高其工作稳定性，这种方式的FCL在目前经济技术的基础上是最可取的。

4.2 从系统结构上采取措施

结合系统规划，从系统结构上采取措施可考虑：发展更高一级电压电网；采用直流联网；新的大容量电厂要尽量接入最高一级电压网络；建设新的输电线路时，注意降低网络的紧密程度；分区供电，低压电网分片运行，多母线分列运行或母线分段运行等。上述各种思路及方法应根据具体网络实际情况和技术经济角度出发研究制定，并最大限度地保证供电可靠性。

4.3 变压器中性点加装小电抗接地

随着500kV变电站逐渐增多以及500kV自耦变的大量使用，部分500kV厂站220kV侧母线单相短路电流大于三相短路电流，这时可以采取在500kV主变的中性点处加装小电抗接地，来解决单相短路电流超标的问题，但需加装多大电抗值的小电抗需要从所需限制的短路电流水平、设备绝缘水平，系统稳定性和经济性等多方面因素来综合考虑。

4.4 采用限流电抗器

采用串联电抗器以增加系统等值阻抗从而限制短路电流在理论上是很有效的，但在实际中，串联电抗器大多用于10～35kV电压电网，如发电厂的厂用电系统，或装在母线上，或装在电缆出线上，在220kV及以上电压等级系统中应用得比较少，在这方面还要进一步加大研究力度。

4.5 各大电网限制短路电流的经验

对于单相短路电流较大的网络，可以考虑采用变压器中性点加装小电抗接地的措施限制短路电流；对于三相短路电流较大的网络，可以考虑采用高阻抗变压器的措施限制短路电流。

当750kV网架结构比较坚强后，应逐步实现分层分區的运行方式来限制短路电流。

实现变电所母线分列运行是限制短路电流最直接、最有效的方法。

在经济合理与建设条件可行的前提下，应采取将主力电厂直接接入最高一级电压电网的措施限制短路电流。

5 结语

总体上看，提高电网的短路电流水平是一个长期而且复杂的过程，要把短路电流的控制问题落实到规划阶段，在规划中综合考虑电网和电源的建设和发展；同时结合目前的电力市场改革，研究实施短路电流市场化的方案，并积极推进与有关高校、科研院所合作共同研制新的限制短路电流的设备。

参考文献：

[1]张东虞.电力系统运行中的短路故障与短路电流计算[J].硅谷，2009（7）.

[2]韩建锋.浅议电力系统中变压器抗短路能力提高的措施[J].硅谷，2008（21）.

[3]咸日常.电力变压器出口短路事故的危害与防范措施[J].电力设备，2006（2）.

4.当前配网系统短路电流计算及探讨 篇四

配电网系统短路的原因主要是由于电气设备载流部分的绝缘皮被破坏, 造成绝缘损坏的原因有很多, 如在遭遇雷击时或者由于其他形式导致的过电压都会使绝缘部分老化或者出现一定程度的机械损伤。发生绝缘层的破坏往往是由于不能够及时发现所致的。此外, 设备运行过程中的缺陷或者在安装, 维护过程中操作不到位也有可能造成这一现象。此外, 人为事故也有可能绝缘层的破坏, 负责设备运行的相关人员有时候会在设备带负荷状态下拉电闸, 或者在完成线路检修之后没有及时的将地线拆除, 便加上了电压, 这都是错误的操作, 有可能造成绝缘损坏。

在遇到一些恶劣的天气时也有可能造成绝缘的损坏, 如由于雷击造成电线的闪烁放电或者在大风天气以及冬季冰雪覆盖导线造成断线现象。除这些情况外还有一些其它因素, 如在挖沟时不慎将电缆损伤, 还有在裸露的载流部分上, 有一些鸟兽跨接在上面, 系统短路后果严重。系统短路时, 短路处的电弧有可能会烧毁电气设备, 系统短路会造成电网电压降低的情况, 越靠近短路点电压降低的越多, 而且电压如果严重降低也会对人们的生产生活造成严重的影响, 有可能破坏一部分用户甚至全部用户的正常供电。发生系统短路时, 有可能使那些并列运行的发电机组解列, 不能够做到同步, 稳定。严重时会造成整个系统的崩溃, 这样的结果是非常严重的。系统短路有一类是不对称短路, 这种不对称短路能够产生零序电流, 从而严重的影响通信线路的正常工作, 甚至会造成设备的损坏, 严重时甚至会危及人身安全。

2 短路电流计算

2.1 短路电流概述

我们之所以要进行短路电流的计算是因为我们可以根据短路电流去选择我们需要的导体和电气设备, 短路电流还可以用于电网接线以及发电厂, 变电所电气连线的比较, 选择等。当我们选择继电保护装置时, 短路电流是必须计算的。我们在计算短路电流时可以假设一些原则和条件, 如假设三项系统在正常工作时是对称运行, 并且电源电动势的相位角也是一样的。同时需要假设系统中的同步电机和异步电机都是理想电机, 电机的磁饱和、磁滞还有导体的集肤效应带来的影响都是不用考虑的。现在我们假设安全对称的理想电机转子结构, 定子绕组的三相结构也一样, 全部为120°的空间角, 另外我们假设电源全部都在额定功率下运行, 所有的元件参数也在要求范围内, 参数的误差及调整的范围都不需要考虑。

我们知道电流的计算规定如下:

第一, 在验算导体和电器的动稳定, 热稳定和用于电器开断的短路电流时, 按要求要按照工程的设计容量来计算, 要考虑到电力系统的未来发展规划。在确定短路电流时, 要按照可能发生最大短路电流时的接线方式, 如果简单的按照在切换过程中可能发生并列运行的接线方法肯定是不行的, 如果想确定保护装置的整定值, 要以最小短路电流时的接线方式为准。

第二, 在一个电气连接的网络中, 在选择导体和电器需要的短路电流时, 应该把具有反馈作用的异步电机的影响考虑在内。另外, 对短路电流产生影响的还有电容补偿装置产生的放电电流。第三, 在选择导体和电器时, 要想计算不带电抗器回路的短路点, 可以选择最大点为正常接线方式下的短路电流。第四, 一般采用三相短路去验算导体和电器的动稳定以及电器的开断电流。

2.2 对称分量法

在运行过程中, 系统的电源是对称的, 系统中的元件也是对称的, 这里的不对称是指三相对称制中的不对称短路。一般用对称分量法进行短路电流的计算。在三项网络中, 任意一组对称向量都可以进行分解分解为三组对称的分量, 这三组对称分量分别是正序分量、负序分量和零序分量。三项网络中的各对称分量是具有独立性的, 正序电动势只能产生正序的电流以及正序的电压降。所以可以利用重叠原理法分别进行计算, 从各对称分量中求出实际的短路电流和短路电压, 对称分量法可以将三个分量分别进行处理, 具有简单直观的特点。

2.3 多端口网络方程求解

在计算短路电流时可以利用多端口网络方程联合求解的方法, 用这种方法可以算出电力系统中的多重故障以及任意不对称运行的电压和电流。如果能够运用一种通用的数学模型去对故障组合进行求解会比根据故障模型求解更加方便, 而且相对于应用理想的转角变压器构成串, 并联序网的方法也是更加优化的。并且如果能够推导出追加支路组合法的理论, 把有互感支路与无互感支路进行统一的计算, 这样对于互感支路的开断以及互感线路故障的处理都是非常方便的。这种方法适用于互感线路中的多重故障问题, 把端口电压与端口电流的应用方程进行联合求解, 这样运算速度较快, 精度较高, 通用性很强。

2.4 转移阻抗法

转移阻抗法是一种常用的短路电流计算方法, 可以通过星角变换将系统简单化让系统只包含电源间以及电源与短路点间的支路, 一旦系统中电源的电动势全部一样时, 将不会在电源间的之路中产生电流, 可以忽略电源间支路, 不会影响结果。运用转移阻抗发的主要原因是在我们进行实用短路的计算时, 往往把发电机看作是相位相同, 内电势相等的, 并且负荷也被当做恒阻抗进行处理或者被忽略, 造成系统中的电源性质相同。在使用计算机进行短路电流的求解时, 星角变换与线性代数求解中的高嘶消去过程是相对应的, 如果把电源间的支路忽略掉, 可以使运算过程中的存储量减少, 从而加快运算速度。但是如果系统中电源的性质不同, 采用忽略电源支路的方法会产生一定误差。

结语

短路电流的计算对于一个电力系统来说是必要的, 可以帮助我们选择一些电气设备以及排除电气故障。我们应该掌握短路电流的计算方法, 尽量减小计算过程中的误差。让短路电流更加精确, 从而帮助我们做出做正确的判断。

参考文献

[1]杜明, 王军亭, 刘森.城市配网安装距离保护的构想[J].电工技术, 2010 (02) :3.

5.小电流接地系统单相接地故障分析 篇五

关键词:小电流接地系统 故障选线

1 小电流接地系统简介

1.1 小接地电流系统的概念

中性点非直接接地方式即中性点不接地系统,包括中性点经消弧线圈接地方式系统,接地故障电流往往比负荷电流小得多,故亦称其为小接地电流系统。标准规定X0/X1>4～5的系统属于小接地电流系统。供电可靠性高,对绝缘要求较高。而在电压等级较高的系统中,绝缘费用在设备总价格中占相当大比重,降低绝缘水平带来的经济效益非常显著,一般就采用中性点直接接地方式,以其它措施提高供电可靠性。在电压等级较低的系统中,一般就采用中性点不接地方式以提高供电可靠性,笔者所在地区没有60kV电压等级,因此35kV及以下系统采用小接地电流系统。

1.2 小接地电流系统的供电可靠性和优点

小接地电流系统供电可靠性高。单相接地故障时,因暂不构成短路回路,接地相电流不大,往往比负荷电流小得多,而且三相之间的线电压仍然保持对称,对负荷的供电暂没有影响,系统仍可继续运行1～2小时,不必立即切除接地相,断路器不必立即跳闸,并不立即对设备造成损坏,从而保证了对用户的不间断连续供电,提高了供电可靠性。

1.3 小接地电流系统的缺点

它的主要缺点是在发生单相接地故障时无法迅速确认问题出在那一条线路上。由于这种故障引起的相电压升高对系统性能构成很大威胁,必须迅速查出故障线路并加以排除。复杂局域网尤其是经消弧线圈接地的电网,在接地情况下,如何准确及时选出故障线路对于配电自动化的实现有着重要的意义。

1.4 阳煤矿区35kV电网简介

阳煤集团阳泉矿区电网始建于1984年。25年来随着煤矿生产能力的不断提高,供电网络逐年拓展,已形成了一个规模庞大、结构复杂的电力系统。目前阳煤矿区电网已经形成一个以矿区110kV变电站为唯一电源,接带局域内24个35/6kV用户变电站,两个自备热电厂和三个煤层气发电站。当局部区域因接地造成系统隐患时,如果不能及时排除故障接地线路,将严重威胁到矿井的安全生产。

2 小电流接地系统故障选线

2.1 故障选线的不同原理及其应用

2.1.1 80年代后期研制出的全国第一代选线装置。由于理论和技术上的局限,灵敏度和准确率都不高,90年代后都相继退出了运行。

2.1.2 20世纪初涌现出了以KA2003型小电流接地电网单相接地故障选线装置为代表的新一代选线装置。克服了第一代小电流选线产品存在的诸多影响选线准确率的问题,将各种选线判据有机地集成充分的判据,并与多种数据处理算法和各种选线方法融为一体。构成了各种判据有效域优势互补,能适应变化多端的单项接地故障形态的多层次的全方位的智能化选线系统。KA2003系列89选线装置实时采集系统故障信号,应用多种选线方法进行综合选线,具体包括:智能群体比幅比相法。谐波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法、零序电流突变法。装置通过确定各种选线方法的有效域,根据故障信号特征自动对每一种选线方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估,应用证据理论将多种选线方法融合到一起,最大限度的保证各种选线方法之间实现优势互补。我想重点介绍一下比幅比相法和谐波法:

智能型比幅比相方法的基本原理是:对于中性点不接地系统,比较母线的零序电压的幅值和相位,故障线路零序电流相位应滞后零序电压90°并与正常线路零序电流反相,若所有线路零序电流同相,则为母线故障。

谐波方法的基本原理是:对于中性点经消弧线圈接地系统,对谐波分量来说消弧线圈处于欠补偿状态,如果线路零序电流中含有丰富的谐波成分,则比较所有线路零序电流分量的幅值与相位,故障线路零序电流幅值较大且相位应与正常线路零序电流反相,若所有线路零序电流电流同相,则为母线故障。

2.1.3 90%以上的小电流接地系统仅安装有两相CT。对这种仅装两相CT小电流接地系统, 至今尚没有理想的接地选线和故障定位方法,仍不得不沿用原始落后的拉路法进行接地选线。两相CT接线的小电流接地系统的单相接地选线与故障定位问题,成为技术难题。山东山大桑教授关于“S 注入法”的提出,是继零序电流法之后,在小电流接地系统单相接地选线及定位方面又一突破,它解决了困扰电力系统几十年的两相CT架空馈线的单相接地选线问题;进一步完善了小电流接地系统两相CT接线体制,避免了为单相接地选线加装B相CT和拉传输零序电流的电缆,从而简化了变电所的一、二次设备,起到了很好的经济效益和社会效益。

此装置由主机和信号探测器两部分组成,主机通过五芯电缆接于PT二次侧(A、B、C、N、L),实时监控三相四线PT的相电压和零序电压运行情况,判断是否有接地故障发生。当发生接地故障时,主机通过PT二次侧向接地相注入一种特殊的电流信号,如图1(1),该电流信号耦合到PT的一次侧,将沿接地线路的接地相流动并经接地点入地,与大地形成电流环,如图1(2)。信号探测器为该特殊信号电流的接收装置,采用高灵敏度无线传感器,对探测到的信号电流经高精度A/D转换后进行滤波,取出注入信号电流并找出故障线路。它只反映注入信号电流而不反映工频及其他各次谐波和零序电流。用于具有配电网自动化系统中时,故障启动后,各个分段开关处的信号探测器利用通讯网络将信号传送到主机,根据故障馈线上各个分段开关传送的对特殊信号电流的探测结果,自动判别故障线路并上传调度中心。

2.2 小电流接地系统发生接地故障时如何快速定位

对于小电流接地系统,如何快速查找单相接地故障,我给大家介绍一些简单可行的方法。

2.2.1 人工查找方法 如果变电站内没有安装接地选线装置,线路上也没有安装接地故障指示器或者短路接地二合一故障指示器,也没有很好的接地故障探测仪,那就只好采用人工查找的笨办法了。查找步骤如下:

①通过人工(或调度,以下同)依次拉闸,可知道变电站哪条出线接地,通过调度知道哪相接地。

②接下来有两种方法来查找故障点:一是将线路逐级分段,或者将经常有故障的线路拉开,用2.5kV摇表测接地相对地绝缘,绝缘电阻小的那段为故障段,以此缩小查找范围(当然,在变电站出线侧一定要做好挂接地线等安全保护措施);二是将线路尽可能分段,然后逐级试合送电,与调度互动配合,有零序电压报警时该段为故障区段。

人工查找方法操作很麻烦,如果线路长、分支多、开关分段又少,那就不好操作了,再加上天色和天气不佳,那就更不好处理了。建议还是采用一些设备投资少的科技手段来配合人工查找,可取得事半功倍的效果,既提供了供电可靠性和社会效益,也创造了经济效益。

2.2.2 利用接地选线装置和故障指示器来查找

变电站一般都安装了接地选线装置,虽然有时不准,但可以为人工拉闸提供技术参考。然后在线路上安装一些接地故障指示器(或者短路接地二合一故障指示器),以此指示接地故障途径。目前比较可靠的接地故障检测方法是采用信号源法,比较灵敏的的接地故障检测方法是采用首半波法或者直流暂态分析法。建议采用两种接地故障指示器相结合的方法来查找接地故障比较好,以信号源法为主,以首半波法或者直流暂态分析法为辅。

2.2.3 改变中性点接地方式来查找

配电系统采用中性点不接地或者经过消弧线圈接地方式,有利也有弊。针对故障查找困难的“弊端”和由此带来的一些人身财产安全问题,用户自己也在做进一步的思考,思考出来的方案主要有两种:

①将中性点改为经小电阻接地。改造以后,利用出口断路器的零序两段保护功能和短路故障指示器,基本上可以解决掉70%左右的接地故障查找问题,但还有30%左右的中阻和高阻接地故障不好查找,可能还存在与线路熔断器的保护配合问题。针对这种系统,目前比较好的解决方法是利用数字化的故障指示器,将线路零序电流(电缆)、线路总电流(架空)、对地绝缘电压(架空)等指示器的测量数据通过通讯网络发送到调度系统,经综合分析变电站实时和历史信息,可判断接地点位置。

②中性点改为小电阻+断路器或者中电阻+高压接触器的模式。断路器或高压接触器平时处于分位,只有当检测到系统零序电压抬高以后才延时合闸,短时变为小电阻或者中电阻接地,然后通过以小电阻接地方式下的检测方法来查找故障。另外,由于中性点电阻的通断可以灵活控制,则可以在消弧线圈动作以后,再以一定的合分时序来控制电阻的通断,以便让保护装置动作或者让接地故障指示器识别该信号并指示出接地电流途径。

2.2.4 复杂35kV电网(以我们阳煤矿区35kV电网为例)接地下的综合查找

阳煤110kV枢纽站及其一级35kV站安装了“S注入法”及KA2003两套独立的小电流接地选线系统,且在调度安装分析软件,通过光纤网将数据传回调度,经统计约70%的接地选线比较正确(两套系统判断统一),能及时将接地线路和设备隔离。约30%的情况判断不准确(两套系统判断不统一),此时通过执行接地处置预案,将两套接地选线选出两个区域利用枢纽站母联与非选线区域分成两个相对独立的35kV子系统,经统计接地点多在小电流选线选出的两个区域,此时继续通过枢纽站将其中一个区域倒至另一区域,可确定接地区域,从而进一步通过接地区域的选线装置逐步缩小范围,最终将接地点隔离,实践证明,此种综合查找接地的方法快速、准确、效果明显,特别适合复杂35kV电网接地的查找。

参考文献:

[1]BA2008小电流选线装置说明书.

[2]TY-03微机小电流接地选线装置说明书.

作者简介:

6.电力系统分析短路电流 篇六

【关键词】电力系统；电弧过电压；谐振

0.引言

在35KV及以下中性点不接地系统中，当发生单相接地后，允许维持一定的时间，一般为2h不至于引起用户断电。但随着中低压电网的扩大，中低压架空导线及电缆出线回路数增多、线路增长，中低压电网对地电容电流亦大幅度增加，当发生单相接地时，接地电弧不能自动熄灭而产生电弧过电压，一般为3～5倍相电压甚至更高，致使电网中绝缘薄弱的地方放电击穿，最终发展为相间短路造成设备损坏和停电事故。最近从本地区电网发生的电压不平衡来看，电压异常波动基本发生在因天气刮风或设备原因造成的某处单相间歇或直接接地或断线时，为了使调度员在系统发生电压波动时能够明确区分故障类型，及时处理故障，保障电网安全运行，下面分别就接地、线路断线、PT熔丝熔断、谐振过电压等故障情况的不同表征详细进行归类分析，以供交流。

1.接地故障

一相金属接地时，相电压特征是一相电压为零，其他两相电压升高至线电压。结果判断为：一相金属性接地后正常的电压变化，电压为零相是接地相。一相非金属（经过渡电阻）接地时，相电压特征是一相（或两相）电压低，但不为零；另两相（或一相）电压高，近似线电压，随着过渡电阻的变化，各相电压发生较大幅度的波动，有时超过线电压。非接地的两相电压一般不相等。结果判断为：随着电阻变化，产生电压波动时带有接地过电压，这种情况往往是最高电压相的下一相（按正相序排列）为接地故障相。由断路器送电发出接地信号，相电压特征是三相电压瞬间波动，瞬间发接地信号。电压瞬间变化情况和一相断相或两相断相的电压情况相同。结果判断为：由于断路器三相接触不同期而造成的三相线路不能同时带电，使中性点产生位移。

2.线路断线

一相断相时，如一相线路断线或线路跌落断路器掉闸时，相电压特征是三相电压不平衡，有时发出接地信号。断线相电压和中性点电压升高，非断线两相电压相等且降低，供电功率减少。结果判断为：三相对地电容电流不对称，通过非断相的两相电压相等和供电功率明显减少这两个特点，来区别接地故障和线路断相故障。两相断相，如两相线路断线或线路跌落熔断器两相掉闸时，相电压特征是三相电压不平衡，有时发出接地信号。非断线相电压降低，断线两相电压升高，当两相断线较长时，中性点电压也会使交流监视装置发出接地信号。供电功率明显减少。结果判断为：由于三相对地电容电流不对称造成。这种两相断相的电压情况与金属性接地的电压情况相同。

3.单相接地与断线的区别

单相接地虽引起三相电压不平衡，但线电压值不改变。单相接地又分为金属性接地和非金属性接地两种。金属性接地接地相电压为零，其他两相电压升高1.732倍；非金属性接地接地相电压不为零，而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。断线不但引起三相电压不平衡，也引起线电压值改变。上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但接近；本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。

4.母线PT熔丝熔断

PT一相一次熔丝熔断时，电压特征为一相电压大幅度降低，其他两相电压有不同程度的降低。PT一相二次熔丝熔断时，现象为中央信号警铃响，打出“电压互感器断线”光字牌，一相电压为零，另外两相电压正常。

5.谐振过电压

谐振引起的二相电压不平衡有两种：一种是基频谐振，特征类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高；另一种是分频谐振或高频谐振，特征是三相电压同时升高。当相电压特征是一相电压低，但不为零，两相电压升高，超过线电压，表针打到头；或两相电压低但不为零，一相电压高，表针打到表头。结果判断为：有基波谐振，产生谐振过电压，电压最低相为接地相。当相电压特征是三相电压依次轮流升高，并超过线电压（不超过两倍相电压），表针打到头，三相电压表指针在相同范围内低频摆动。结果判断为：有分频谐振，产生谐振过电压。

6.结语

7.电力系统分析短路电流 篇七

关键词：电力,短路,电流,计算

0 引言

电力系统中为保证电气设备在短路情况下不致损坏, 减轻短路危害和防止故障扩大, 需事先对短路电流进行计算, 以正确选择和检验电气设备, 准确整定电力系统保护装置, 保证电力系统中出现短路时, 保护装置能可靠动作。

1 电力系统发电机短路电流计算思路

按照以往干馈式电力系统网络发电机短路电流的计算思路, 以三台型号相同的静负载发电机作为计算假设, 以便判断电路电流切断是否在保护装置能力范围内, 具体计算方法如下:

1.1 短路电流计算

短路后的第1/2个周期, 短路电流处于最大峰值状态, 其取值计算公式为:

公式中, Ip、Ia、Ib分别表示短路电流的最大峰值、周期分量、非周期分量。

另外短路电流周期分量分别在系统空载时和带负载时发生, 计算公式如下:

短路电流非周期分量是在带负载时发生, 计算方法:

而对于暂态短路电流的初始值, 或者次暂态短路电流的初始值, 需要明确额定电压的代替值, 其中额定电压为VN, 相关计算公式为:

以上公式中, r表示电枢电阻、Xd″表示直轴超瞬变电抗、Xd′表示瞬变电抗、Td″表示周期分量衰减时间常数、Ta表示非周期分量衰减时间常数, 而且这些均为已知参数。

1.2 串联阻抗后等效发电机参数

发电机的串联阻抗, 需要考虑短路电流大小的影响, 以电枢电阻、直轴超瞬变电抗、瞬变电抗等作为计算参数, 计算出短路电流交流分量衰减的时间常数, 计算公式为:

公式中, T″d0表示d轴阻尼绕组时间常数, 基本单位s。

期间在串联阻抗条件下, d轴阻尼绕组时间常数守恒, 只需根据周期分量衰减常数T″d的大小, 即可修正X″d和X′d。

1.3 并联后等效发电机参数

供电网络的发电机并联, 重点兼顾的参数有电枢电阻r_e、直轴超瞬变电抗X″d_e、瞬变电抗X′d_e, 即可进行发电机电阻值的计算, 计算公式如下:

然后结合短路电流的周期分量和非周期分量, 计算得出周期分量和非周期分量的时间常数。

2 电力系统中发电机短路电流计算实例

根据以上电力系统中发电机短路电流计算的理论推导方法, 下面对四川射洪电力系统中金华水电厂发电机短路时的短路支路电流峰值计算为例, 发电机三台型号为SF14-52/7250额定功率14000k VA、额定电压10.5 k V、额定转速115.4 r/min、额定电流962A、额定频率50Hz、直轴暂态电抗xd’0.332 p.u、直轴次暂态电抗xd”0.232 p.u、短路比1.15, 电抗标么值X*单台1.3257/3并联0.4419。计算实例内容分别如下:

2.1 两台机并联短路电流计算

在两台发电机并联的情况下, 闭合全部的开关, 其中出现一个短路点, 而且短路点的左右侧阻抗分别为1.735+j0.511mΩ和0.712+j0.298mΩ。同时借助电力系统的等值电路图, 可分别得出并联发电机单机机段的短路电流峰值。计算结果如下:首先是两台发电机机段阻抗Zc串联状态下等效发电机参数, 均为:电枢电阻2.167mΩ;直轴瞬变电抗19.268mΩ;直轴超瞬变电抗13.478mΩ;非周期分量衰减时间常数21.18ms;周期分量超瞬变衰减时间常数2.977ms;次暂态短路初始值19.287KA;短路电流周期分量12.141KA;短路电流非周期分量16.778KA。其次是两台发电机并联后, 等效发电机G10参数均为:电枢电阻1.183mΩ;直轴瞬变电抗11.573mΩ;直轴超瞬变电抗5.273mΩ;非周期分量衰减时间常数22.18ms;周期分量超瞬变衰减时间常数3.168ms;次暂态短路初始值34.685KA;短路电流周期分量25.152KA;短路电流非周期分量33.669KA。

2.2 三台机并联短路电流计算

假设三台发电机处于并联状态, 并且断开开关K1和K2, 而其他开关全部闭合, 其中短路点等值电路化简计算结果如下:首先是三台发电机与机端阻抗Ze串联后, 等效发电机的参数为:电枢电阻2.166mΩ;直轴瞬变电抗23.288mΩ;直轴超瞬变电抗13.376mΩ;非周期分量衰减时间常数22.17ms;周期分量超瞬变衰减时间常数3.168ms;次暂态短路初始值19.278KA;短路电流周期分量13.243KA;短路电流非周期分量16.778KA。计算结果与三台发电机机段阻抗Zc串联状态下等效发电机参数一致。其次是发电机并联后, 等效发电机G30的参数为:电枢电阻1.165mΩ;直轴瞬变电抗11.573mΩ;直轴超瞬变电抗7.293mΩ;非周期分量衰减时间常数21.37ms;周期分量超瞬变衰减时间常数3.168ms;次暂态短路初始值37.885KA;短路电流周期分量25.152KA;短路电流非周期分量32.889KA。再次是发电机与机端阻抗Zf串联后, 等效发电机G30′参数为:电枢电阻3.645mΩ;直轴瞬变电抗12.728mΩ;直轴超瞬变电抗7.228mΩ;非周期分量衰减时间常数7.543ms;周期分量超瞬变衰减时间常数7.894ms;次暂态短路电流初始值30.051KA;暂态短路电流初始值20.124KA;短路电流周期分量22.293KA;短路电流非周期分量10.924KA。

3 相关计算模型软件编制

基于以上电力系统短路电流计算的方法和内容, 在此基础上编制一套实用型的计算软件, 以便在选择和清除网络短路点的前提下, 计算出短路点短路电流的参数, 并判断系统发电机是否带负载。关于软件的编制, 其平台为可视化用户界面设计功能, 并使用命令按钮、文本框、菜单编辑器、标签框、卡片盒和文件列表框, 在确保平台语言特征和数据处理能力等符合要求的情况下, 调用相同的变量组, 分别定义变量和输入参数, 其中单击运行的方式是前后母排开关闭合和双/单跨接线连接, 双机运行的方式是双击异侧、前后母排开关闭合、双跨接线连接;三机运行的方式前后母排开关闭合, 双跨接线连接。最后在明确单机、二机、三机运行方式的情况下, 按照单线原理图, 选择具体的短路点, 然后对短路支路进行判断, 并计算出短路点两端支路阻抗和短路点短路电流。

4 结束语

通过研究, 我们基本明确了电力系统短路电流的计算方法, 同时可以看出电力系统短路电流的计算方法具有复杂性的特征, 因此实际电力工程中, 在利用这些计算方法进行实例分析时, 需要结合电力系统的实际情况, 对这些方法予以灵活的应用, 必要时进行调整, 使得计算方法更加完善, 并更加适用于实际电力系统工程。

参考文献

[1]侯龙龙.探讨电力系统短路电流及继电保护整定计算[J].电子技术与软件工程, 2013 (22) :163-165.

[2]姜桂林.浅谈电力系统线路短路电流计算、应用及限制措施[J].科技创新与应用, 2013 (14) :173.

[3]刘楠, 唐晓骏, 马世英, 等.负荷模型对电力系统短路电流计算的影响[J].电网技术, 2011 (8) :144-149.

8.电力系统分析短路电流 篇八

在供电系统中经常遇到短路故障问题。由于现代供电电网容量非常大, 因此一旦发生短路故障, 将产生巨大的短路电流, 对供配电系统中的电气设备及人身安全带来极大的威胁。

1 短路故障发生的原因

某市一化工研究院的供电线路在近10年的运行过程中, 曾发生过几次高压短路停电事故, 不仅损坏了一些电气设备, 而且还给正常生产带来了影响。

(1) 2002年7月15日, 氧气车间为了进行大修, 在可控硅配电室用紧急停车按钮停掉了降压站6 kV开关柜的油开关, 然后通知降压站拉掉闸刀接好接地线。站里的2位操作人员误认为油开关未停掉, 仍按操作顺序先拉油开关, 再拉闸刀。操作时又未仔细看清楚开关分合闸指示牌, 结果将本已停掉的油开关又再送上去, 拉闸刀时发生短路事故。幸而6 kV总开关35 kV主变开关的过电流保护装置及时动作切断电流, 才未造成更大损害。事后检查发现6 kV闸刀被烧得完全变形, 其支持白料烧得粉碎, 而2排开关柜之间的跨接铜排也被完全烧黑。这次事故造成全院停电近2 h。

(2) 2008年1月20日晚, 送往整流变的6 kV开关柜中C相油开关突然爆炸, 引起闸刀母排短路, 爆炸的气浪将开关室内门窗的玻璃大部分都震碎, 喷出的油烧了起来, 开关室内一片烟雾, 幸而6 kV总开关, 35 kV主变开关的过流保护继电器又及时动作切断电源, 而值班人员也及时采取措施扑灭了火, 避免了事故的扩大。此次事故烧毁1只油开关, 1套闸刀及支持白料, 造成全院停电1 h左右。

除以上2次事故外, 三厂变6 kV开关柜和机械厂变6 kV开关柜由于6 kV电缆短路故障也发生过几次跳闸事故, 影响正常生产。上述事故虽然引起的原因不同, 但最终都造成了短路而导致跳闸。这表明短路故障已给供电系统带来了很大影响, 因此有必要对它进行详细分析, 加深了解, 以减少事故的发生, 避免给生产及设备带来不必要的损失。

短路故障发生的原因主要有: (1) 由于电气设备的陈旧老化, 而使绝缘损坏继续运行就容易发生短路故障。 (2) 电气设备由于受机械损伤而使绝缘损坏。 (3) 有的电气设备长期过电压运行, 使其绝缘加速老化而引起短路故障。 (4) 电气操作人员不遵守安全操作规程, 进行误操作。 (5) 由于鸟兽等小动物跨接裸露的导电部分发生短路。 (6) 由于直接雷击造成短路故障。

2 短路故障带来的严重后果

(1) 短路电流的热效应。短路时产生的短路电流其数值通常能达到几万甚至几十万安培, 巨大的电流流过电气设备后, 会引起设备过热, 绝缘受到损伤, 甚至可能把电气设备烧毁。

(2) 短路电流的电动效应。巨大的短路电流将在电气设备中产生很大的机械力 (或称点动力) , 此机械力可能引起设备的机械变形、扭曲, 甚至损坏。

(3) 短路电流的磁效应。在供电系统正常运行时, 三相电流是对称的, 当系统发生不对称短路时, 不对称电流将产生不平衡的强磁场, 对附近的通讯线路、铁路信号集中闭塞系统、可控硅触发系统以及其他弱电控制系统可能产生干扰信号, 使这些设备产生误动作。

(4) 短路电流产生的电压降。很大的短路电流流过线路时, 在线路上产生很大的电压降, 使电网电压水平下降, 引起电动机转速下降甚至停转, 带有失压脱扣线圈的开关跳闸等。

(5) 若短路发生在近电源处, 且持续时间较长时, 则有可能导致供电系统中发电机失步、解列, 使电力系统稳定运行受到破坏。

由上所述, 短路的后果是严重的, 因此必须计算出短路电流的大小, 以作为采取对策的依据。

3 短路电流的过渡过程

在计算短路电流前, 先要分析一下供电系统短路时的动态过渡过程, 也就是分析短路电流的变化规律, 看看哪些因素对短路电流的大小起作用, 如何起作用。

(1) 图1是一个工频三相交流电源供电电网。

在正常运行时:

式中, Um为电压的副值, 对于无限大容量供电系统, Um为常数;ω为电压合闸初相角。

由于某一原因, 在该系统的d点发生了三相短路, 由于我们所讨论的供电系统是三相对称系统, 发生的短路也是三相对称短路。因此, 对这个系统的过渡过程进行分析时, 可以用单相电路进行计算, 其他各相可按照三相电路的对称性来决定。单相电路图如图2所示。

已知:Z=r+jωL (短路点前面的各相总阻抗)

Z′=r′+jωL′ (短路点后面的各相总阻抗)

当在d点发生短路时, 电路中的电流为Id, Id的变化可根据下列微分方程进行求解:

解微分方程可得:

式中, Izqm为短路电流周期分量的副值 (Izqm=Vm/Z) ;Z为短路回路阻抗[Z=r2+ (ωL) 2];ψk为短路后电路的阻抗角;A为积分常数, 即短路电流非周期分量的初始值;Ta为非周期分量衰减的时间常数。

积分常数A应根据电路的起始条件确定, 即短路前瞬间电流的瞬时值与短路后瞬间电流的瞬时值相等。

将式 (5) 代入 (2) 得:

根据以上公式, 我们就可以把无限大容量系统供电的短路电流变动过程描述出来了。结论是:短路全电流包括2个部分, 第一部分是短路电流的周期性分量izq, 由于Um的值是常数, 所以短路电流周期分量的副值Izqm也是不变的常数;第二部分是短路电流的非周期分量库, 这个量是一个随时间衰减的指数函数, 过了几个周期后, 它就衰减得很小了。因此, 短路全电流是一个变化的非周期函数, 当非周期分量衰减至0时, 过渡过程完毕, 电路中的电流进入稳态, 稳态电流就是电流的周期性分量。

(2) 下面我们分析一下影响短路电流大小的因数, 主要是分析产生最大短路电流的条件。由于输电电路中感抗占的比重比电阻大得多, 因此可以把Z的阻抗角ψk近似地看成是纯电感的阻抗角, 即ψk=90°。另外, 一般是当电路在空载时电压瞬时值恰好过零的瞬间发生最严重的短路情况, 即 (1) Im=0, (2) a=0, 此2条就是产生最大短路电流的条件, 将ψk=90°, Im=0, a=0代入式 (6) 得:

由于Izqm=Um/Z, Um是不变的常数, 因此阻抗Z就成了决定短路电流大小的主要因素。而Z的大小是由线路长短决定的, 故短路发生的地点距电源越近, 短路情况越严重。

4 短路电流的计算

计算短路电流通常有2种方法:阻抗计算法和短路功率计算法。

(1) 阻抗计算法是先求出短路回路的总等值阻抗, 然后再求短路电流。 (2) 短路功率计算法是先计算系统中各元件的短路功率, 再求出短路容量, 然后再求短路电流。下面根据我公司设计的其中一个项目实例用短路功率法计算一下当35 kV、6 kV母排或者某一路6 kV电缆发生短路时的电流, 如图3、4所示。

当在d1点发生短路时:

当在d2点发生短路时:

当在d3点发生短路时:

5 限制短路电流的措施

以上的计算可以看出短路电流值是非常大的, 因此要采取措施加以限制, 以使电气设备能在短路情况下保持稳定。

限制短路电流主要有以下几个方法: (1) 在设计时要对供电系统接线图加以认真考虑。例如变压器的二次侧不并联;双回路供电受电端不并联;环形供电时, 使环路断开等。 (2) 在线路上串联限流电阻抗器。 (3) 在线路上串联限流线。

另外, 针对短路电流产生的原因, 我们应在安全技术上采取措施, 尽量减少短路带来的损失。 (1) 根据短路电流的计算值, 正确选择有关的电气设备。 (2) 定期做好预防性绝缘试验工作, 尽早发现绝缘损坏的隐患。 (3) 及时更换陈旧老化的用电设备。 (4) 加强对值班人员的管理, 严格按照操作规程进行倒闸操作, 避免发生误操作事故。 (5) 对各变电所做好“四防一通”工作, 防止因漏水或小动物等进入而造成短路故障。

6 结语

短路产生的影响虽然是严重的, 但是只要我们正确地选择电气设备, 及早做好技术措施和安全措施是完全可以消除或减轻短路的影响的。

摘要：针对短路故障发生的原因、短路故障带来的严重后果、短路电流的过渡过程、短路电流的计算、限制短路电流的措施5个方面进行了分析, 对消除或减轻短路带来的不利影响有一定参考价值。

关键词：短路,故障分析,措施

参考文献

[1]韩佳良, 郭野.供电系统中短路问题的分析与研究[J].黑龙江科技信息, 2009 (36)

[2]方毅, 汤继动.短路电流实用计算[J].电气工程应用, 2009 (2)

9.电力系统分析短路电流 篇九

近年来,随着电网的快速发展,电网基建、电源送出、电网改造项目大量投产,继电保护定值整定计算工作不能满足其投产周期的要求。在基建、技改项目投产过程中,引起的母线陪停、线路陪停、电网断环情况越来越复杂,电网非正常运行方式明显增多,运行时间延长,给当前的继电保护定值整定计算工作带来了巨大的挑战。

传统的继电保护定值计算方法是在电网正常运行方式基础上,按照N-1电网检修方式进行离线计算,而对于基建或电网改造项目引起的N-2等特殊运行方式,来不及校核周围继电保护装置的定值。因此,越来越多的学者开始研究继电保护定值的在线校核[1,2,3,4,5]、在线整定[6]。上述研究中采用的短路电流计算方法忽略了许多复杂因素对短路电流的影响,例如:机组出力、负荷电流、负荷模型、各类控制器等。然而,实际的短路故障发生后,系统各处的短路电流都有一个动态变化过程,而传统的计算方法只关注故障时刻的短路电流。因此,这种静态计算方法使得目标电网与真实电网的差别较大,短路电流计算结果误差较大且提供的信息有限,无法满足继电保护整定计算工作对短路电流计算提出的更高要求。

如果充分研究当前继电保护定值整定计算工作实践中存在的问题,结合先进的网络通信和分布式计算技术,研制出一套适用于现代电网的继电保护定值在线校核系统,获得电力系统的实时运行状态,自动实现继电保护定值的在线实时校核计算、危险情况自动预警,对提高电网运行的安全可靠性具有重大的理论意义和现实意义。

1 动态短路电流计算方法

当前,短路电流计算一般采用静态网络阻抗等值方法。为了计算的简便性,这种方法一般对系统数据进行大量近似假设(详见附录A表A1)。这样忽略了系统详细模型和潮流情况对短路电流的影响,无法反映故障过程中及故障切除后短路电流的变化情况。

基于暂态仿真的短路电流在线动态计算方法,可以从能量管理系统(EMS)中实时获得电力系统的真实运行状态,进行各类短路故障计算,从而更加全面地给出电网各处短路电流的动态变化过程信息,具有良好的工程应用前景。

动态短路电流计算方法可以定时触发、人工触发或者事件触发数据接口模块,从EMS获得最新的电网运行方式数据,结合自身数据库保存的元件参数数据,其计算步骤如下。

步骤1:利用潮流计算程序计算短路故障前的系统运行状态,即由潮流计算得到各节点的电压及注入功率;计算系统的运行参量初值Y(0),并由此计算状态变量的初始值X(0);根据各元件采用的数学模型形成相应的微分方程,并根据所用的求解方法形成相应的电力网络方程。

步骤2:进入暂态过程计算阶段。假定暂态过程的计算已进行到t时刻,这时的X(t)和Y(t)为已知量,在计算X(t+Δt)和Y(t+Δt)时,应首先检查在t时刻系统有无故障或操作(参照故障定义)。如果有故障或操作,则需对微分方程和代数方程进行修改,而且当故障或操作发生在电力网络内时,系统的运行参量Y(t)可能发生突变,因此必须重新求解网络方程,以得到故障或操作后的运行参量Y(t+0)。由于状态变量不会发生突变(由微分方程解对初值的连续依赖性决定),因此,故障或操作前后的X(t)与X(t+0)相同。

步骤3:进行微分—代数方程组的第1步计算,根据X(t)和Y(t),采用交替求解法或联立求解法得到X(t+Δt)和Y(t+Δt)的值;时间向前推进Δt,进行下一步的计算,直至到达预定的时刻tmax[7]。这样,就得到了从0至tmax时间段内的短路电流数据。

动态短路电流的计算流程如图1所示。

通过在IEEE 9节点系统、华北电网220kV等值系统算例,对静态和动态短路电流计算结果进行比较,可以得出如下结论。

1)动态和静态短路电流计算方法针对相同的数据模型,如果对相应的参数采用同样的处理方法,由动态计算方法得出的短路时刻的短路电流结果与静态短路电流结果基本一致。

2)动态短路电流计算方法可以考虑系统运行方式、潮流分布、负荷模型、发电机各类调节控制器等因素对短路电流的影响,其比静态方法提供更丰富的信息,且可以给出短路电流的变化趋势。

3)发电机参数、负荷数据对动态短路电流计算结果具有明显的影响,应该开展更加深入的研究,使在线动态短路电流计算结果更加真实。

2 保护定值在线校核系统的实现方案

EMS通过输出符合IEC 61970标准的公共信息模型/可扩展标记语言(CIM/XML)文件来导出电网模型,按照可缩放矢量图形(SVG)格式导出厂站图和潮流图,按照E语言规范输出数据采集与监控(SCADA)系统数据以及状态估计结果数据。保护定值在线校核系统通过导入最新的CIM/XML文件,建立目标电网模型。保护定值在线校核系统实时运行时,从EMS周期性获取全网量测数据,主要包括直调电厂的开、停机方式和线路运行情况等。

保护定值在线校核系统从EMS获得继电保护定值计算需要的电网运行信息,从定值单整定系统或保护信息系统调取保护装置中的定值,结合日检修计划及电网变化方式,快速校核电网内运行设备保护定值的灵敏度,实时监测保护定值能否满足实际运行要求。根据校核结果,对电网方式、切改方案、检修计划提出合理化建议;对不满足选择性、灵敏性、速动性、可靠性的保护定值提出整改方案,向EMS发送计算结果和告警信息并进行展示。保护定值在线校核系统的信息流程如图2所示。

保护定值在线校核系统的典型配置方案如图3所示。实际运行时,系统各种计算功能由分布式计算平台自动管理。

保护定值在线校核系统可以在线校核一些与系统潮流有关的定值,如距离Ⅲ段保护的定值、振荡闭锁过电流定值、过负荷保护等,判断这些定值在当前潮流方式下是否可能误动,如果可能误动,则可根据需要发出告警信息给调度员进行处理。保护定值在线校核系统也可以利用在线动态短路电流的计算结果,校核保护装置中常用定值项的灵敏度及相关参数(如所有保护装置的启动值、纵联保护定值、电流差动保护定值、零序过流保护定值、过电流保护定值等)的正确性,并自动给出报警提示。

3 保护定值在线校核系统的功能

3.1 短路电流计算

短路电流计算是继电保护定值整定的基础,用于模拟、研究各种故障条件下的电力系统行为。通过短路电流计算,可以确定由电网故障引起的各支路电流和母线电压的变化情况,以检查设备忍受故障的能力及校核运行装置的保护定值,同时进一步计算出系统各点的短路容量。故障电流可用于计算断路器的额定容量,可以通过计算故障电流确定保护的动作定值,用来进一步分析保护方案的合理性、协调性等。

短路电流计算考虑的故障类型包括:单相接地、两相接地、两相相间故障不接地、三相故障。短路电流计算可考虑过渡电阻;故障点的设置除了考虑母线,还可以在线路上的任意点设置故障,用距离线路首端百分比来表示。

保护定值在线校核系统提供的短路电流分析计算程序采用暂态计算方法,便于充分考虑电网的实际接线、潮流、发电和负荷水平,以及发电机和负荷模型对短路电流的影响,使计算结果更加准确可信,适用于对运行继电保护装置定值的实时在线校核。

3.2 保护定值校核

保护定值的校核主要考虑以下7项内容:(1)线路保护启动电流定值的启动系数;(2)线路纵联保护定值的灵敏度;(3)母线差动保护定值的灵敏度;(4)变压器差动保护定值的灵敏度;(5)后备距离保护测量阻抗幅值的校核;(6)保护选择性校核;(7)检修方式下的保护定值灵敏度校核。

1)后备距离保护测量阻抗幅值校核

系统对重载长线路的三段式后备距离保护定值进行校核,既要保障对线路末端故障有灵敏度,又要躲过负荷阻抗,保证线路重载阻抗元件不发生误动,同时通过暂态数据模型的分析给出计算结果,提供阻抗圆、测量阻抗曲线等可视化表达方式。

2)保护选择性校核

校核上下级保护的选择性,主要检查保护是否会越级动作。主保护失灵后的后备保护配合关系校核根据各段保护的定值,校核线路上各处发生故障后,当前定值能否保证在不同安装地点处的保护装置的配合下正确切除故障。

3)检修方式下保护定值灵敏度校核

在同一变电站自动轮断元件,形成N-1乃至N-2的电网运行方式,校核站内及周围系统的保护定值,校核在这些方式下的灵敏度是否满足要求。

3.3 高级分析功能

1)在线电网方式校核功能

为保证电网稳定运行,对于电网运行方式提出的各种短期或阶段式的方式变化,在线校核系统可实现继电保护定值实时的在线安全校核,网络拓扑结构完全可以适应实际一次电网结构的预期变化。例如:220kV双母线接线的环网变电站,由于短路容量超标等问题导致母线联络开关短期断开运行,离线计算出的定值已不满足此方式,需要重新进行线路、母线差动等相关保护定值的整定。

2)在线预警校核功能

在线校核系统能够自动实现在同一变电站内轮断元件,形成N-2乃至N-3的电网运行方式,校核站内及周围系统的保护定值,保证此方式下保护装置不会误动作,必要时发出告警信息,完成在线监测的预警校核功能。

针对供热机组的开机方式,在线校核系统可实现按照电厂开机最小方式的设置原则,完成全网定值的在线核查,根据校核结果,对调度运行部门提出可行性建议。

3)预期方式校核功能

对于日常计划检修安排,以及电网基建引起的陪停方式、电网发生的各种预期运行方式变化,在线校核系统能够提前进行继电保护定值核查。预留人工修改界面,可以设置预期计划检修方式,根据校核结果,针对计划的检修安排提出制约条件和合理的建议。

预期方式校核功能可以弥补离线定值计算实时性不足的缺陷,完全满足电网安全稳定运行对于继电保护提出的速动性、灵敏性、选择性、可靠性的要求。

4)在线故障校核功能

对已经发生的各种故障,在线校核系统可模拟分析故障电流、故障位置。

用户可以输入故障设备各侧的故障电流(稳态电流有效值),程序自动分析确定故障可能的位置及过渡电阻的大小,给出用户可能的故障类型提示。自动保存计算得到的结果,以便日后的统计分析;也可以输入故障点位置,程序自动分析故障设备各侧的故障电流(稳态电流有效值)大小。

3.4 历史数据分析

保护定值在线校核系统可以利用在线数据或者保存的历史算例,方便快捷地进行短路电流计算和参数校核功能分析。用户也可以在已有算例基础上修改电网的接线、发电机出力以及负荷大小等数据,然后分析参数变化后系统的短路电流变化情况。

1)保护定值在线校核系统可选取任意时段的数据进行计算分析,可以通过改变开关、刀闸的状态,实现线路的临时检修/投运或母线分列运行情况下的计算分析工作。

2)历史数据包括:复制的当前的系统状态、用户保存过的系统典型运行工况、保护定值在线校核系统自动保存的一定时间内的系统运行数据和参数。

4 保护定值在线校核系统的工程应用

华北电网保护定值在线校核系统实现了对华北电网全部直调线路和厂站(主变压器和母线)保护定值的实时在线校核,分别对正常方式和N-1方式下的保护定值灵敏度合格率进行日统计和月统计,显示当前灵敏度不满足规程要求的保护装置信息,如附录A图A1所示。

在地理图上显示正常方式和N-1方式下的厂站保护定值灵敏度着色和定值灵敏度不足挂牌告警:厂站内保护定值灵敏度越低,着色越深;对线路、变压器、母线等不同类型的保护装置的定值告警信息在地理接线图上分别进行展示,按灵敏度高低的程度分浅色和深色两级进行告警。当鼠标移至某一厂站时,系统自动显示本厂站内保护定值校核计算的详细结果;当鼠标移至某一告警牌时,系统自动显示告警的详细信息,包括计算时间、故障形式、定值类型、灵敏度计算值等信息,如附录A图A2所示。

5 结语

基于动态短路电流计算方法的继电保护定值在线校核系统的应用,可适应电网发展对继电保护提出的更高要求,提高继电保护整定计算工作人员的工作效率,减少整定计算工作中的人为失误,全面跟踪电网检修、运行情况;可对电网方式、切改方案、检修计划提出合理化建议,对不满足电网方式的保护定值快速地提出整改方案,对电网的安全稳定运行具有重要的意义,具有广阔的工程应用前景。

参考文献

[1]曾耿晖,李银红,段献忠.电力系统继电保护定值的在线校核[J].继电器,2002,30(1):22-24.ZENG Genghui,LI Yinhong,DUAN Xianzhong.A discussion about on-line verifying of relay setting in power system[J].Relay,2002,30(1):22-24.

[2]朱永利,宋少群,朱国强,等.地区电网保护定值在线校验智能系统[J].电力系统自动化,2005,29(6):87-92.ZHU Yongli,SONG Shaoqun,ZHU Guoqiang,et al.An intelligent system for on-line verification of relay settings in sub-transmission networks[J].Automation of Electric Power Systems,2005,29(6):87-92.

[3]吕颖,孙宏斌,张伯明,等.在线继电保护智能预警系统的开发[J].电力系统自动化,2006,30(4):1-5.LYing,SUN Hongbin,ZHANG Boming,et al.Research and development of an online intelligent early warning system of protective relaying[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(4):1-5.

[4]谢俊,石东源,杨增力,等.基于多代理系统的继电保护定值在线校核预警系统[J].电力系统自动化,2007,31(13):77-82.XIE Jun,SHI Dongyuan,YANG Zengli,et al.An on-line verification of relay settings and early warning system of protective relaying based on MAS[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(13):77-82.

[5]吕颖,张伯明.基于集群计算机的保护定值在线校核[J].电力系统自动化,2007,31(14):12-16.LYing,ZHANG Boming.Online relay setting check based on computer cluster[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(14):12-16.

[6]吕颖,吴文传,张伯明,等.电网保护定值在线整定系统的开发与实践[J].电网技术,2008,32(8):15-20.LYing,WU Wenchuan,ZHANG Boming,et al.Development and application of an on-line relay setting coordination system[J].Power System Technology,2008,32(8):15-20.