中南大学工厂供电课程设计报告11 - 图文(6)

小型冶金实验工厂工厂供电系统设计

所的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电，因此供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。

图4.8 高压侧无母线、低压单母线分段的变电所主接线图

图4.9 高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图 26

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图4.10 高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图

综上比较之后，可分析由于该厂有一路电源进线，同时可采用高压联络路线由邻近的单位获得备用电源，同时采用了两台变压器，故可以采用如图4.9所示的高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图。同时，为提高供电的可靠性，可在图4.9上高压侧变为内桥式，保证部分二级负荷的连续供电。

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第五章 短路电流的计算

5.1 短路的基本概念

5.1.1 短路的原因

工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，总难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，就是供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“短接”。

造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行，绝缘自然老化，或由于设备本身不合格，绝缘强度不够而被正常电压击穿， 或设备绝缘正常而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。

工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。

鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者设备和导线的绝缘被鸟兽咬坏，也是导致短路的一个原因。 5.1.2 短路的危害

短路后，短路电流比正常电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：

(1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏。

(2)短路时短路电路中的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 (3)短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近电源，停电的范围越大，造成的损失也越大。

(4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

(5)不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。

由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确地选择电气设备，使设备有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件如电抗器等，也必须计算短路电流。

5.1.3 短路的形式

在三相供电系统中，短路的种类主要有4种：

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(1) 三相短路，是指供电系统中三相导线间发生对称性的短路，用k(3)表示。 (2) 两相短路，是指三相供电系统中任意两相间发生的短路，用k(2)表示。 (3) 单相短路，是指供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路，用

k(1)表示。

(4) 两相接地短路，两相接地短路是指中性点不接地的电力系统中两不同相的单相接地所形成的相间短路，用k(1.1)表示，也指两相短路又接地的情况。

上述的三相短路，属对称性短路；其他形式的短路，都属不对称短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。从短路电流大小来看，一般三相短路的短路电流值最大，造成的危害也最严重；而两相短路的短路电流值最小。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择校验电气设备用的短路电流采用系统最大运行方式下的三相短路电流。而在继电保护(如过电流保护)的灵敏度计算中，则采用系统最小运行方式下的两相短路电流。 5.1.4 短路电流计算的目的

为确保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，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：

(1) 选择和校验电气设备。

(2) 进行继电保护装置的选型与整定计算。

(3) 分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。 (4) 确定电力线路对通信线路的影响等。

5.2 标幺制法计算短路电流

5.2.1 标幺制法的介绍

短路电流的计算方法有欧姆法、标幺制法等。考虑到标幺制法在工程设计中较为简便，故在本次设计中，计算短路电流采用标幺制法。标幺制法，即相对单位制算法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值（相对单位）而得名。

按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量S d和基准电压Ud。基准容量，工程设计中通常取Sd=100MV·A。基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。

供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算（取Sd=100MV·A,Ud=Uc）。 （1）电力系统的电抗标幺值

X?Xs*s

Uc2Xd?ScUc2S?dSdSoc （5-1）

（2）电力变压器的电抗标幺值

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X?XT*TUk%Uc2Xd?100SNUc2Uk%Sd? （5-2） Sd100SN（3）电力线路的电抗标幺值

X*WL?XWLUc2SXd?X0l?X0ld2 （5-3）

SdUc 短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图

?进行电路化简，计算其总电抗标幺值X?。由于各元件电抗均采用相对值，与

短路计算点的电压无关，因此无须进行电压换算，这也是标幺值法较之欧姆法优越之处。

三相短路电流周期分量有效值

* Ik(3)?Ik(3)?Id?IdX? (5-4)

三相短路容量的计算公式为 Sk(3)?3Ik(3)?UC?其他三相短路电流

(3)?Ik(3) I??(3)?I?（5-6）

3IdUC*?SdX? (5-5) ?X?对于高压供电系统时，其短路冲击电流及有效值为

ish?2.55Ik （5-7） Ish?1.51Ik （5-8） 对于低压供电系统时，其短路冲击电流及有效值为

ish?1.84Ik （5-9）

Ish?1.09Ik （5-10）

5.2.2 标幺制法计算短路电流

以下就供电系统发生最严重的短路情况，及三相短路的情况时的短路电流进行计算分析。供电系统的简略图如图5.1所示。采用先前介绍的标幺制法进行短路的计算，并且由该图可计算出其等效的电路图，如图5.2所示。

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