短路電流計算及保護整定

關(guān)于短路電流計算及保護整定第1頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五第一節(jié)短路電流計算本節(jié)重點了解的內(nèi)容：（1）有哪些參數(shù)值需要計算；（2）采用何種方法進行計算第2頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五1.1計算內(nèi)容∑Z——網(wǎng)絡(luò)阻抗（電力系統(tǒng)短路后的各種參數(shù)變化，主要決定于網(wǎng)絡(luò)阻抗；與電力系統(tǒng)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(wěn)態(tài)電流有效值（用于保護整定和校驗電氣設(shè)備和導(dǎo)體的熱穩(wěn)定）Ish——三相短路最大沖擊電流瞬時值（用于校驗電氣設(shè)備及母線的動穩(wěn)定）Ish——三相短路最大沖擊電流有效值（用于校驗電氣設(shè)備及導(dǎo)體的動穩(wěn)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(tǒng)短路類型。第3頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五1.2無限大容量電源網(wǎng)絡(luò)遠端三相短路電力系統(tǒng)的電源距短路點較遠（一般配電系統(tǒng)多屬于這種情況）預(yù)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第4頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五1.3計算條件短路電流計算是電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計、運行中必須進行的計算分析工作。如果短路電流計算結(jié)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(tǒng)的安全穩(wěn)定運行埋下災(zāi)難性的隱患。供電系統(tǒng)是由電源、電纜、變壓器、開關(guān)、電機等等組成的一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，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(nèi)部阻抗以及容量無限大的系統(tǒng)）；2、在短路持續(xù)時間內(nèi)，短路相數(shù)不變，如三相短路保持三相短路；3、具有分接開關(guān)的變壓器，其開關(guān)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(guān)內(nèi)部元件的各種阻抗、分布電容；5、一般不計電網(wǎng)內(nèi)連接的異步電動機將向短路點反饋短路電流；第5頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五1.4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(guī)定，主要看哪種方法在特定的供電網(wǎng)絡(luò)下計算更簡便；更重要的是，看哪種方法更適合你理解和應(yīng)用。而國家短路電流計算標準，則規(guī)定在什么條件下，考慮什么參數(shù)進行計算更接近實際結(jié)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(wǎng)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。第6頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五1.4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）6.310.537115231第7頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五1.4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(tǒng)采用標幺法?？雌饋碛嬎愦_實簡單；原因是，忽略了系統(tǒng)電阻、變壓器電阻等等，整個系統(tǒng)是純電抗，給人一種錯覺。如今，礦區(qū)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(nèi)容形式上并沒有簡單的跡象；供電網(wǎng)絡(luò)電壓變化僅兩種左右，不存在更加復(fù)雜的電壓變化。和井下低壓系統(tǒng)短路計算方法不統(tǒng)一，易使人產(chǎn)生混亂感覺。3、井下低壓網(wǎng)絡(luò)的查表法與公式法計算比，考慮系統(tǒng)和高壓電纜電抗，在系統(tǒng)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(tǒng)、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8頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五第二節(jié)保護整定計算本節(jié)重點了解的內(nèi)容：（1）負荷電流計算中的需用系數(shù)；（2）線路和設(shè)備配置的常用保護有哪些（3）保護整定的原則第9頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.1負荷電流計算計算過程：設(shè)備分組——選擇或計算設(shè)備組的平均功率因數(shù)、需用系數(shù)——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(shù)；——設(shè)備額定功率之和，KW；——設(shè)備組平均功率因數(shù)。說明：1、對設(shè)備進行分組計算，是由于同一類型的電氣設(shè)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(xù)周期工作制負荷需考慮負荷持續(xù)率。2、cosφpj和KX是設(shè)計部門統(tǒng)計和積累的資料，可直接查閱相關(guān)手冊選擇。第10頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.1.1需用系數(shù)是電力負荷計算中引入的一個概念，指用電設(shè)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(shè)備容量的比值，表示用電設(shè)備從電網(wǎng)實際取用的功率占額定功率的比例有大。需用系數(shù)理論計算公式：式中：——設(shè)備組的負荷系數(shù)；——設(shè)備組的同時系數(shù)——設(shè)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(shù)：公式的含義：工作面計算負荷，相當(dāng)于工作面最大一臺電動機滿負荷運轉(zhuǎn)、其余負荷只發(fā)揮了40%。2、采區(qū)變電所的負荷計算中還應(yīng)考慮采區(qū)變電所同時系數(shù)（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(shù)(0.8～0.9)。第11頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.1.2說明需用系數(shù)，不僅與設(shè)備的效率、線路損耗、負荷的大小有關(guān)系，而且與用電設(shè)備組的工作性質(zhì)、操作方式、生產(chǎn)組織形式等因素有關(guān)。應(yīng)盡可能通過實測數(shù)據(jù)分析確定，使之接近于實際。功率因數(shù)，分為自然功率因數(shù)和人工補償功率因數(shù)，存在人工補償?shù)那闆r應(yīng)按補償后的功率因數(shù)進行計算。功率因數(shù)經(jīng)常變化，計算加權(quán)平均值也比較困難。影響功率因數(shù)的因素：用電設(shè)備和供配電設(shè)備的固有特性，負載大小，外加電壓大小，供電頻率波動?？梢姡绊懾摵呻娏鞔笮〉囊蛩睾芏啵_確定實際運行負荷和電流的大小是相當(dāng)困難的，至少目前還沒有精確的科學(xué)理論。最好以實測數(shù)據(jù)分析為準。分析運行數(shù)據(jù)后可反推出需用系數(shù)為計算所使用，也為礦井下一步相似區(qū)域的供電設(shè)計作參考依據(jù)。實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析時，應(yīng)注意考慮設(shè)計負荷功率、實際選用的設(shè)備額定功率和實際運行的功率的相互作用。第12頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2井下供電系統(tǒng)保護整定計算《煤礦安全規(guī)程》對井下電氣設(shè)備保護的配置要求欠電壓保護、斷相保護和低壓開關(guān)漏電保護等出廠時已整定好，一般情況下，不必調(diào)整。設(shè)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(shè)備應(yīng)具有短路、過負荷、接地、欠電壓保護裝置采區(qū)變電所、移動變電站或配電點饋出線應(yīng)具有短路、過負荷、漏電保護裝置低壓電動機的控制設(shè)備應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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第13頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.1幾個概念過負荷——也稱過載，是指在電力系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器及線路的電流超過額定值或規(guī)定的允許值。導(dǎo)致設(shè)備電流過大，設(shè)備發(fā)熱，長期過載會降低設(shè)備絕緣水平，甚至燒毀設(shè)備或線路。過流——通過設(shè)備的電流超過額定值。大于回路導(dǎo)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(tǒng)在運行中，相與相之間或相與地（或中性線）之間發(fā)生非正常連接稱為短路。主保護——滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性及設(shè)備安全要求，有選擇性地切除被保護設(shè)備和全線路故障的保護。后備保護：應(yīng)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(dāng)主保護或斷路器拒絕動作時，由相鄰設(shè)備或線路的保護實現(xiàn)后備。近后備——當(dāng)主保護拒絕動作時，有本設(shè)備或線路的另一套保護實現(xiàn)后備；當(dāng)斷路器拒絕動作時，由斷路器失靈保護實現(xiàn)后備。第14頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.1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(yīng)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(guān)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(gòu)成的一整套保護。最大運行方式——在被保護線路末端發(fā)生短路時，系統(tǒng)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(fā)生短路時，系統(tǒng)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(tǒng)正常運行和故障時參數(shù)的差別，可以構(gòu)成哪些不同原理的繼電保護：(1)反應(yīng)電流增大而動作的過電流保護；(2)反應(yīng)電壓降低而動作的低電壓保護；(3)反應(yīng)故障點到保護安裝處距離的距離保護；(4)線路內(nèi)部故障時，線路兩端電流相位發(fā)生變化的差動保護。第15頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.2電磁啟動器1、整定值：（取電動機額定電流的近似值）2、靈敏度：式中：——電動機額定電流——被保護干線或支線距變壓器最遠點的兩相短路電流值——電子保護器短路動作值1.2——保護裝置的可靠動作系數(shù)一般電磁啟動器只需整定出過載即可；短路整定值，通常設(shè)置在過負荷整定值的8倍（不可調(diào)），以躲過電機啟動電流?！睹旱V井下低壓電網(wǎng)短路保護裝置的整定細則》給出的就是一個整定值，嚴格來講應(yīng)該是2個值。也有可以調(diào)整短路倍數(shù)的保護，則應(yīng)根據(jù)啟動電流進行調(diào)整。對于采煤機開關(guān)這樣帶有多種負荷的磁力啟動器，應(yīng)根據(jù)實際起動方式，適當(dāng)選擇整定值。最好選用可以調(diào)整短路倍數(shù)的開關(guān)（就像饋電開關(guān)）。第16頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.3饋電開關(guān)1、過載整定值：按實際負載電流值整定；2、短路整定值：（按躲過控制線路上尖峰電流值整定）3、靈敏度：式中：——其余電動機的額定電流之和；——被保護干線或支線距變壓器最遠點的兩相短路電流值——需用系數(shù)，取0.5～1——容量最大的電動機的額定起動電流，對于有數(shù)臺電動機同時起動的工作機械，若其總功率大于單臺起動的容量最大的電動機功率時，則為這幾臺同時起動的電動機的額定起動電流之和。對于存在兩回斷路器的移動變壓器，應(yīng)據(jù)每回路所接負荷情況分別對兩回路的保護器根進行整定。第17頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.4移動變壓器高壓配電裝置1、過負荷：一般使用反時限過流保護,按變壓器額定電流整定。2、短路：式中：

——變壓器變比，為一、二次側(cè)額定電壓的比值。類同低壓饋電的短路整定原則，只是要將線路尖峰電流折算到高壓側(cè)。由于保護是根據(jù)一次側(cè)電流互感器變比的一定倍數(shù)進行分級整定的，所以應(yīng)選擇接近于計算值的分級整定值。3、靈敏度校驗：K——變壓器二次側(cè)短路電流折算到一次側(cè)時的系數(shù)，Y/Y接線為1，Y/△接線為√3；——為變壓器低壓側(cè)兩相短路電流。

對于控制干式變壓器的高開，可采取同樣的整定原則。與地面變壓器整定不同（過流按一次側(cè)額定電流，速斷按二次側(cè)三相短路電流）第18頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.5高壓電動機用高壓配電裝置1、過負荷：2、短路：3、靈敏度校驗：——可靠系數(shù)，取1.3；——電動機額定電流，A；——電動機額定起動電流，A；——電動機起動時間，S；——高壓電動機端子上的最小兩相短路電流，A。與地面異步電動機整定原則相同。起動電流在反時限曲線上對應(yīng)的時間值應(yīng)躲過起動過程，根據(jù)實際情況設(shè)定時間常數(shù)。第19頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.6控制線路的高壓配電裝置普通型高壓配電裝置一般使用反時限過負荷保護和電流速斷的短路保護，基本上是靠整定電流值的大小實現(xiàn)上下級配合，線路發(fā)生短路后易越級跳閘。1、過負荷：按實際線路運行最大負荷電流值整定。2、短路：按躲過線路尖峰電流值（最大工作電流）整定：

靈敏度校驗同變壓器高壓配電裝置。一般還應(yīng)考慮反時限時間常數(shù)，以躲過線路中最大電動機啟動過程。(2)由于所帶下一級負荷一般都是變壓器，若考慮與移動變壓器高壓配電裝置的配合，可按變壓器二次側(cè)三相短路電流整定，按一次側(cè)即變壓器高壓線路末端三相短路電流校驗靈敏度。第20頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.6控制線路的高壓配電裝置鑒于煤礦井下現(xiàn)場設(shè)備管理的程度，第一種整定方法較安全，以防止因工作面變壓器整定有誤、或甩保護等造成事故，但整定值與工作面變壓器相同且沒有時限配合，可能導(dǎo)致越級跳閘。第二種整定方法較科學(xué)。3、母聯(lián)和總開(1)過負荷總開按最惡劣情況，即單回路供電，帶全部下級負荷時的最大電流整定。母聯(lián)，按最大負荷的一次母線電流整定。(2)短路由于與下一級開關(guān)的速斷保護很難配合，從安全性、選擇性角度考慮，按母線上最小兩相短路電流整定。4、上下級變電所總開的短路保護配合(1)靈敏度系數(shù)法：取值（線路末端最小兩相短路電流/靈敏度系數(shù)1.5）(2)配合系數(shù)法：上一級開關(guān)按下一級變電所總開整定值的1.1倍進行整定。第21頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.2.7說明開關(guān)整定值，應(yīng)根據(jù)整定計算值和開關(guān)給出的整定值數(shù)據(jù)比較，選擇最接近于計算的數(shù)值。（一般開關(guān)保護值不是連續(xù)可調(diào)，是一些斷續(xù)值）煤礦井下設(shè)備一般處于供電網(wǎng)絡(luò)末端，因機組起動時的端電壓比額定電壓低很多，實際起動電流可能比額定電流小很多。但對于保護整定時，仍必須按額定起動電流計算。對使用電動機起動特殊控制的開關(guān)的線路，如軟啟動、變頻起動開關(guān)，可按相應(yīng)控制模式下適當(dāng)調(diào)整饋電開關(guān)的整定值。需注意的是，電子式軟啟動器是通過控制電機的加速轉(zhuǎn)矩及延長啟動時間來降低啟動電流，因此線路和開關(guān)本身的過負荷保護時限必須能躲開軟啟動時間。對于新型的三段式微機保護，變電所總開、母聯(lián)，短路整定可按網(wǎng)絡(luò)最大尖峰電流整定，與分開同值，通過整定時限配合來時限選擇性，時限階差一般為0.2s。因地面變電站母線的動作時限由供電局定死的，需考慮從上向下的時限分配。第22頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.3地面高壓系統(tǒng)微機保護整定計算電力設(shè)備和線路應(yīng)有主保護、后備保護和異常運行保護，必要時可增設(shè)輔助保護。3～63KV線路一般采用遠后備原則。繼電保護和自動裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求；對相鄰設(shè)備和線路有配合要求的保護，前后兩級之間的靈敏性和動作時間應(yīng)相互配合。一般應(yīng)裝設(shè)的保護名稱應(yīng)裝設(shè)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(xiàn)非同步?jīng)_擊電流。電容器組電容器內(nèi)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(tǒng)故障。第23頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.3.1線路

1、無時限速斷（I段）靈敏度2、定時限速斷（II段）靈敏度3、定時限過流（III段）靈敏度

線路三段保護符號含義符號含義可靠系數(shù)≥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(tǒng)計算電抗之比被保護線路末端二項最小短路電流α保護裝置安裝處最大三相短路計算電抗標幺值被保護線路最大計算負荷電流β最小保護范圍取15%下一級相鄰母線I段保護整定電流被保護線路每公里阻抗標幺值下一級相鄰母線III段保護整定電流配合系數(shù)≥1.1，取1.1下一級相鄰母線I段保護整定時間時間階差，對于微機保護取0.3下一級相鄰保護的最大延時第24頁，共27頁，2022年，5月20日，13點54分，星期五2.3.2電力變壓器、電容器組及高壓電動機1、變壓器：速斷