短路電流及保護整定計算機電裝備處2010.8第一節短路電流計算

本節重點了解的內容：（1）有哪些參數值需要計算；（2）采用何種方法進行計算1.1計算內容∑Z——網絡阻抗（電力系統短路后的各種參數變化，主要決定于網絡阻抗；與電力系統運行負荷電流不同，其主要決定因素是負荷的大小，阻抗影響占到全局的15%左右。）——三相穩態電流有效值（用于保護整定和校驗電氣設備和導體的熱穩定）Ish——三相短路最大沖擊電流瞬時值（用于校驗電氣設備及母線的動穩定）Ish——三相短路最大沖擊電流有效值（用于校驗電氣設備及導體的動穩定）Sk——三相短路容量（用于校驗斷路器斷流容量）——兩相短路電流（用于保護整定）兩相短路屬于非對稱短路；它和三相短路均屬于中性點不接地系統短路類型。1.2無限大容量電源網絡遠端三相短路電力系統的電源距短路點較遠（一般配電系統多屬于這種情況）預期短路電流是由不衰減的交流分量和以初始值衰減到零的非周期分量組成無限大容量遠端三相短路電流波形1.3計算條件短路電流計算是電力系統規劃、設計、運行中必須進行的計算分析工作。如果短路電流計算結果偏于保守，有可能造成不必要的投資浪費；若偏于樂觀，則將給系統的安全穩定運行埋下災難性的隱患。供電系統是由電源、電纜、變壓器、開關、電機等等組成的一個復雜網絡，影響短路電流的因素很多。短路電流計算，中國采用的是IEC標準，計算中主要簡化原則如下：1、電源為無限大容量電源（端電壓保持恒定，沒有內部阻抗以及容量無限大的系統）；2、在短路持續時間內，短路相數不變，如三相短路保持三相短路；3、具有分接開關的變壓器，其開關位置均視為在主分接位置；4、不計短路回路的接觸電阻和電弧電阻；開關內部元件的各種阻抗、分布電容；5、一般不計電網內連接的異步電動機將向短路點反饋短路電流；1.4計算方法常用的兩種方法：標幺法和有名制法。選擇何種方法，沒有什么標準規定，主要看哪種方法在特定的供電網絡下計算更簡便；更重要的是，看哪種方法更適合你理解和應用。而國家短路電流計算標準，則規定在什么條件下，考慮什么參數進行計算更接近實際結果。1、有名單位制法（也稱歐姆法，計算公式意義明確，計算過程簡單）

《煤礦井下低壓電網短路保護裝置的整定細則》短路電流的計算方法，采用的就是有名制法。計算過程如下：(1)計算阻抗：式中：——短路回路總阻抗，Ω；——短路回路的總電抗，Ω；——短路回路總電阻，Ω；

總電抗（總電阻）為短路回路中，各供電元件的電抗值（電阻值）的總和。注意不要遺漏任一個需要考慮的元件阻抗。1.4計算方法線纜電抗：線纜電阻：

式中：X0、R0——線纜的單位電阻、單位電抗，Ω/Km；L——線纜的長度，Km；(2)計算短路電流三相短路電流：兩相短路電流：

式中：Uav——各級線路始末兩端的平均電壓（線電壓），1.05倍線路額定電壓。這樣做是為了簡化計算。各標準電壓等級的平均電壓值如下表：標準電壓（KV）0.1270.220.380.663平均電壓（KV）0.1330.230.40.693.15標準電壓（KV）61035110220平均電壓（KV）6.310.5371152311.4計算方法2、標幺法（相對單位制法）(1)計算過程：選擇基準值，計算基準電流值—計算阻抗標幺值—計算短路電流(2)注意：一般高壓系統采用標幺法。看起來計算確實簡單；原因是，忽略了系統電阻、變壓器電阻等等，整個系統是純電抗，給人一種錯覺。如今，礦區供電出線基本上采用電纜供電，電阻、電抗均需考慮。從標幺法計算過程看，內容形式上并沒有簡單的跡象；供電網絡電壓變化僅兩種左右，不存在更加復雜的電壓變化。和井下低壓系統短路計算方法不統一，易使人產生混亂感覺。3、井下低壓網絡的查表法與公式法計算比，考慮系統和高壓電纜電抗，在系統短路容量不小于20MVA，且高壓電纜實際長度<5Km時，誤差±10%左右。若不考慮系統、高纜阻抗，誤差會更大一些。電纜長度<10m的可以在短路計算中忽略。第二節保護整定計算本節重點了解的內容：（1）負荷電流計算中的需用系數；（2）線路和設備配置的常用保護有哪些（3）保護整定的原則2.1負荷電流計算計算過程：設備分組——選擇或計算設備組的平均功率因數、需用系數——計算用電負荷——計算負荷電流計算公式：式中：——計算容量，KVA；——負荷額定電壓，KV;——需用系數；——設備額定功率之和，KW；——設備組平均功率因數。說明：1、對設備進行分組計算，是由于同一類型的電氣設備組，具有相似的負荷曲線；短時工作制負荷一般不在負荷計算中考慮；斷續周期工作制負荷需考慮負荷持續率。2、cosφpj和KX是設計部門統計和積累的資料，可直接查閱相關手冊選擇。2.1.1需用系數是電力負荷計算中引入的一個概念，指用電設備30min最大平均負荷(即為計算負荷，《煤礦電工手冊》中為15min)與設備容量的比值，表示用電設備從電網實際取用的功率占額定功率的比例有大。需用系數理論計算公式：式中：——設備組的負荷系數；——設備組的同時系數——設備組的平均效率；——配電線路的平均效率說明：1、綜采工作面需用系數：

公式的含義：工作面計算負荷，相當于工作面最大一臺電動機滿負荷運轉、其余負荷只發揮了40%。2、采區變電所的負荷計算中還應考慮采區變電所同時系數（供給二個工作面0.95，三個以上為0.9）；井下總負荷和地面變電所6-10KV母線還需考慮各變電所同時系數(0.8～0.9)。2.1.2說明需用系數，不僅與設備的效率、線路損耗、負荷的大小有關系，而且與用電設備組的工作性質、操作方式、生產組織形式等因素有關。應盡可能通過實測數據分析確定，使之接近于實際。功率因數，分為自然功率因數和人工補償功率因數，存在人工補償的情況應按補償后的功率因數進行計算。功率因數經常變化，計算加權平均值也比較困難。影響功率因數的因素：用電設備和供配電設備的固有特性，負載大小，外加電壓大小，供電頻率波動。可見，影響負荷電流大小的因素很多，要精確確定實際運行負荷和電流的大小是相當困難的，至少目前還沒有精確的科學理論。最好以實測數據分析為準。分析運行數據后可反推出需用系數為計算所使用，也為礦井下一步相似區域的供電設計作參考依據。實際統計數據分析時，應注意考慮設計負荷功率、實際選用的設備額定功率和實際運行的功率的相互作用。2.2井下供電系統保護整定計算《煤礦安全規程》對井下電氣設備保護的配置要求欠電壓保護、斷相保護和低壓開關漏電保護等出廠時已整定好，一般情況下，不必調整。設備或線路要求配置的保護類型高壓電動機、動力變壓器的高壓控制設備應具有短路、過負荷、接地、欠電壓保護裝置采區變電所、移動變電站或配電點饋出線應具有短路、過負荷、漏電保護裝置低壓電動機的控制設備應具有短路、過負荷、單相斷線、漏電閉鎖裝置井下中央變電所高壓饋電線必須裝設有選擇性的單相接地保護裝置供移動變電站的高壓饋電線必須裝設有選擇性的動作于跳閘的單相接地保護裝置低壓饋電線必須裝設檢漏保護裝置或有選擇性的漏電保護裝置煤電鉆必須使用檢漏、漏電閉鎖、短路、過負荷、斷相等功能的綜合保護裝置2.2.1幾個概念過負荷——也稱過載，是指在電力系統中發電機、變壓器及線路的電流超過額定值或規定的允許值。導致設備電流過大，設備發熱，長期過載會降低設備絕緣水平，甚至燒毀設備或線路。過流——通過設備的電流超過額定值。大于回路導體額定載流量的回路電流都是過電流。過流保護包括過載、斷相和短路保護。短路——電力系統在運行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發生非正常連接稱為短路。主保護——滿足系統穩定性及設備安全要求，有選擇性地切除被保護設備和全線路故障的保護。后備保護：應在主保護或斷路器拒絕動作時切除故障。后備保護可分為遠后備和近后備兩種形式。遠后備——當主保護或斷路器拒絕動作時，由相鄰設備或線路的保護實現后備。近后備——當主保護拒絕動作時，有本設備或線路的另一套保護實現后備；當斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現后備。2.2.1幾個概念反時限保護——裝置啟動后其動作時限隨著作用量增大反而減小的一種保護。如應用于電動機過載保護的反時限過流保護。定時限保護——裝置啟動后其動作時限與作用量大小無關的一種保護。三段式過流保護——由電流速斷保護（I段，也叫無時限速斷保護）、限時限速斷保護（II段）、定時限過流保護（III段）相配合構成的一整套保護。最大運行方式——在被保護線路末端發生短路時，系統阻抗最小，而通過保護裝置的短路電流為最大的運行方式。最小運行方式——在被保護線路末端發生短路時，系統阻抗最大，而通過保護裝置的短路電流為最小的運行方式。利用電力系統正常運行和故障時參數的差別，可以構成哪些不同原理的繼電保護：(1)反應電流增大而動作的過電流保護；(2)反應電壓降低而動作的低電壓保護；(3)反應故障點到保護安裝處距離的距離保護；(4)線路內部故障時，線路兩端電流相位發生變化的差動保護。2.餃2.畢2電磁鈔啟動爆器1、整湊定值妥：（取捉電動刊機額乳定電毫流的翠近似驅值）2、靈多敏度陡：式中癥：——電動常機額潮定電授流——被保束護干允線或旺支線唐距變器壓器船最遠鐮點的奧兩相呀短路包電流賀值——電子筍保護介器短玻路動豬作值1.泡2覺——保護揀裝置味的可投靠動附作系厘數一般馳電磁絨啟動廈器只騾需整怖定出膝過載幫即可鐮；短貓路整榮定值搭，通毫常設韻置在抽過負宜荷整扯定值匪的8倍（敵不可晚調）聽，以牙躲過閉電機抗啟動參電流藥。《煤礦推井下伏低壓雅電網遮短路陣保護坐裝置鞠的整定闖細則》給出杰的就榴是一汗個整洋定值狂，嚴宰格來償講應芹該是2個值軋。也有賢可以倡調整鄉豐短路退倍數也的保證護，早則應富根據軟啟動取電流輔進行興調整淚。對于積采煤逼機開注關這伸樣帶勤有多偵種負毒荷的股磁力怪啟動腐器，最應根搭據實際森起動制方式，適劫當選攻擇整悔定值從。最棟好選慎用可光以調丈整短成路倍醒數的有開關化（就坊像饋凱電開決關）哲。2.捐2.患3饋電森開關1、過丑載整輕定值六：按僻實際敬負載堆電流塊值整由定；2、短負路整嘉定值篇：逐（按屠躲過冊控制鞋線路憐上尖鋒峰電主流值泄整定戀）3、靈蹤蝶敏度薪：式中芳：——其余誘電動括機的垃額定借電流受之和凳；——被保因護干您線或買支線度距變識壓器逝最遠倍點的從兩相害短路廣電流過值——需用藝系數參，取0.醉5～1——容量苦最大窗的電昏動機乘的額涉定起白動電討流，皮對于鐵有數乓臺電銅動機考同時距起動安的工額作機剃械，拔若其承總功伯率大箱于單燃臺起顯動的劍容量墳最大成的電叫動機隙功率時轎，則未為這瞧幾臺照同時惹起動袋的電博動機御的額肯定起戲動電筐流之嚴和。對于凈存在擦兩回續斷路伯器的剛移動島變壓爸器，厲應據剝每回濱路所餡接負甜荷情蘆況分敵別對噸兩回暖路的格保護壤器根紀進行姥整定團。2.販2.墾4移動房誠變壓渡器高厘壓配屢電裝拒置1、過上負荷撥：一番般使舉用反律時限黨過流偉保護,按變惰壓器博額定及電流荒整定。2、短吳路：式中怨：——變壓桂器變盜比，布為一涉、二如次側功額定躺電壓姻的比轉值。類同蟻低壓活饋電款的短窮路整壤定原少則，罷只是托要將斯線路皆尖峰川電流允折算美到高價壓側駝。由胸于保鵝護是媽根據攏一次芳側電襲流互豪感器坡變比性的一寨定倍份數進屠行分蜜級整勒定的元，所屆以應去選擇團接近問于計骨算值開的分晉級整鑼定值屑。3、靈澆敏度滋校驗比：K愉——變壓餓器二龍次側塵短路致電流態折算麻到一緊次側懲時的廢系數萌，Y/桃Y接線物為1，Y/席△接線專為√3；——為變速壓器忌低壓評側兩蔽相短良路電妄流。對于撕控制旅干式潛變壓遭器的約高開礦，可資采取玩同樣伐的整午定原惡則。丹與地貍面變暴壓器臟整定舊不同懲（過最流按悠一次港側額繞定電除流，載速斷紋按二槍次側奪三相花短路般電流們）2.稀2.鈴5高壓搜電動留機用貪高壓竹配電史裝置1、過饞負荷堅：2、短靜路：3、靈撥敏度窗校驗捧：——可靠周系數單，取1.光3；——電動煉機額疲定電潛流，A；——電動址機額之定起北動電巾流，A；——電動迫機起挺動時繳間，S；——高壓杯電動蓬機端恒子上訓的最介小兩逼相短岸路電花流，A。與地靠面異怕步電補動機拜整定體原則迫相同紋。起動天電流要在反李時限旁曲線王上對困應的國時間奸值應晨躲過匯起動頂過程舟，根進據實劈燕際情毅況設鞋定時拾間常唱數。2.餐2.秘6控制騰線路禾的高擺壓配已電裝正置普通院型高工壓配桌電裝鉤置一般粉使用撒反時原限過惜負荷抱保護害和電合流速獲斷的冒短路涂保護療，基喉本上車是靠閣整定曲電流識值的眠大小權實現筒上下研級配碎合，濱線路困發生抵短路紅后易故越級點跳閘殊。1、過宏負荷蓬：按盒實際飲線路木運行繼最大牢負荷旅電流琴值整貿定。2、短菠路：按躲付過線氏路尖引峰電日流值危（最站大工蠟作電沒流）故整定減：靈敏瘡度校識驗同噸變壓軌器高認壓配再電裝翻置。一般終還應坡考慮狠反時吊限時讀間常轉數，廣以躲無過線周路中女最大哲電動引機啟巴動過忌程。(2壁)由于遣所帶鼓下一能級負如荷一父般都掠是變劍壓器巨，若槳考慮喪與移裕動變禿壓器比高壓鋤配電義裝置邁的配日合，勒可按辰變壓俯器二阻次側滋三相瞎短路須電流卸整定芒，按晌一次汪側即咱變壓箱器高局壓線記路末政端三欣相短魯路電床流校緞驗靈圣敏度床。2.幸2.綢6控制奪線路細的高斜壓配贈電裝清置鑒于煤礦決井下看現場躲設備防管理明的程犧度，彎第一為種整托定方攏法較貼安全阻，以豎防止傍因工湯作面拋變壓記器整電定有備誤、恩或甩渾保護軌等造栽成事喜故，虹但整陷定值改與工息作面棍變壓掌器相死同且跟沒有由時限慈配合暑，可告能導勵致越勇級跳跪閘。完第二巡壽種整臭定方診法較撓科學勝。3、母侄聯和驕總開(1憤)過負晌荷總開攪按最撫惡劣和情況丑，即鞏單回菜路供吩電，贏帶全楊部下眉級負舉荷時住的最辱大電槽流整學定。荒母聯獎，按坡最大飽負荷妨的一糧次母輔線電位流整辦定。(2駁)短路由于憲與下魔一級殿開關悠的速嬌斷保精護很膠難配堤合，棚從安甚全性珍、選逮擇性底角度泳考慮關，按村母線上最絨小兩送相短諒路電印流整定給。4、上稻下級變電本所總開的卸短路露保護煌配合(1邪)靈敏畜度系數露法：雕取值卵（線損路末舒端最適小兩懷相短巴路電浩流/靈敏壤度系腹數1.顫5）(2砌)配合賞系數敲法：上一級柴開關塘按下辣一級先變電側所總蹄開整仿定值繩的1.件1倍進瘋行整漸定。2.比2.莫7說明開關嫌整定關值，射應根園據整鈴定計乏算值西和開鏟關給狹出的享整定練值數拍據比貌較，摘選擇湖最接慮近于蘆計算莫的數偽值。亡（一損般開功關保紐奉護值曲不是己連續匪可調介，是堤一些逗斷續富值）煤礦蠟井下公設備赴一般鈴處于昆供電命網絡慎末端亦，因芳機組妄起動道時的拍端電窗壓比須額定妖電壓昂低很捏多，拼實際汪起動茄電流登可能升比額布定電絨流小膀很多鋪。但狂對于襖保護護整定吉時，浪仍必社須按條額定衡起動棗電流醫計算僅。對使璃用電領動機賞起動萄特殊胳控制啊的開柄關的住線路價，如捏軟啟煮動、浪變頻咐起動距開關渾，可揪按相藍應控陵制模初式下萄適當悼調整壤饋電丙開關族的整央定值尤。需宅注意矩的是防，電償子式背軟啟滾動器夢是通餓過控從制電金機的貓加速謝轉矩衫及延低長啟距動時鋤間來舌降低懼啟動虜電流楚，因利此線虹路和勤開關與本身阿的過濃負荷虎保護假時限贈必須摔能躲浪開軟戶啟動鉛時間暈。對于縣新型如的三再段式弱微機譽保護坦，變曠電所煎總開鼻、母蘇聯，權短路燭整定更可按豆網絡途最大孔尖峰脅電流小整定疏，與穗分開當同值沿，通愚過整據定時冒限配自合來境時限磚選擇閑性，猶時限黨階差勉一般富為0.鴿2s。因地昏面變叨電站害母線胞的動泉作時耐限由專供電扇局定蜓死的許，需梁考慮個從上畝向下笨的時糖限分門配。2.奴3地面冬高壓因系統侄微機草保護墻整定吉計算電力箱設備敲和線幟路應清有主心保護濾、后幣備保墊護和駱異常耽運行碎保護奪，必弓要時艷可增外設輔脅助保暢護。3～63浙KV線路理一般秋采用辨遠后凡備原僅則。繼電決保護脾和自丈動裝者置應乏滿足屢可靠書性、物選擇撇性、毫靈敏壓性和皂速動宴性的敏要求策；對派相鄰度設備脖和線褲路有慶配合屯要求已的保已護，啊前后沉兩級蓄之間鞏的靈物敏性撓和動卵作時所間應此相互宏配合受。一般撤應裝們設的窮保護名稱應裝設的保護3KV及以上電動機定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、定子繞組過負荷、定子繞組低電、同步電動機失步、同步電動機失磁、同步電動機出現非同步沖擊電流。電容器組電容器內部故障及其引出線短路、電容器組和斷路器之間連接線短路、電容器組中某一故障電容器切除后所引起的過電壓、電容器組的單相接地、電容器組過電壓、所連接的母線失壓。3～63KV線路相間短路、單相接地、過負荷。電力變壓器繞組及其引出線的相間短路、繞組的匝間短路、外部相間短路引起的過電流、過負荷、油面降低、變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統故障。2.此3.淡1線路1、無廉時限諒速斷柔（I段）惕靈電敏度2、定焦時限填速斷輕（II段）趁靈敏罪度3、定宜時限鏟過流蜓（II塌I段）賴靈繳敏度線路三段保護符號含義符號含義可靠系數≥1.3，取1.3被保護線路末端三項最大短路電流最小運行方式與最大運行方式系統計算電抗之比被保護線路末端二項最小短路電流