火力发电厂电气部分设计(7)

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（3）并联电源支路的合并

在实际电力系统中，发电机数目众多，如果每台发电机都单独计算，工作量非常大。因此，工程计算中常采用合并电源的方法来化简网络。合并的主要原则是：

a. 距短路点电气距离（即相应的电抗值）大致相等的同类型发电机可以合并； b. 远离短路点的不同类型发电机可以合并； c. 直接与短路点相连的发电机应单独考虑；

d. 无限大功率系统因提供的短路电流周期分量不衰减而不必查曲线，应单独计算。

一个等值若网络中有两个或两个以上的电源支路向同一节点供电，可用电源支路代替，在短路电流计算中，最常遇到的是两个有源支路的合并，如不计电阻和电源电势间的相位差，其等值电势

dz和电抗

Xdz可用下式求出：

dz = ( E1X2 + E2X1 ) / ( X1 + X2 )

Xdz = X1X2 / ( X1 + X2 )

（4）分裂电源和分裂短路点

在网络化简中，可将连在一个电源 上的各支路拆开。拆开后的各支路电抗，

分别接于与原来电势相等的电源点上，其支路电抗值不变。同样，也可将接于短路点的各支路拆开，拆开后各支路仍带有原来的短路点。

（5）分布系数法

对于具有几个支路并联，又经一公共支路连到短路点的网络，欲求各电源与

短路点之间的转移电抗，则使用分布系数法较为简便。即将各电源供出的短路电流Im与短路点总短路电流Id之比值，分别称为各电压支路的分布系数，用下式表示：

Cm = Im / Id（m=1，2，3，… , n）

由于所有电源支路分布系数之和等于1，所以分布系数又可以用电抗表示为

Cm = XnΣ / Xm

式中 XnΣ——为n个电源支路的并联电抗（不包括公共支路电抗）；

Xm——为各电源支路电抗；

对于任一电源m与短路点d之点的转移电抗则可用下式求出：

Xmd = XΣ / Cm

式中 XΣ——各电源到短路点之间的总电抗（包括公共支路）。 （6）单位电流法

这种方法也是工程设计中较长使用的方法。因为在线性网络中，转移电抗是

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恒定的，它仅与每个元件电抗值及网络结构有关，而与加在各电源支路的电势值无关，所以在计算转移电抗时，可以假设各电源电势相等。

（7）等值电源的归并

在工程计算中，为了进一步简化网络，减少计算工作量，常将短路电流变化

规律相同或相近的电源，归并为一个等值电源，归并的原则是：距短路点电气距离大致相等的同类型发电机可以合并；至短路点的电气距离较远，Xjs > 1的同一类型或不同类型的发电机也可以合并；直接接于短路点的发电机一般予以单独计算；无限大功率的电源应单独计算。

3.4.3 三相短路电流周期分量的计算

（1）求计算电抗Xjs

Xjs是将各电源与短路点之间的转移电抗Xnd归算到以各供电源（等值发电机）

容量为基值的电抗标幺值。可以用下式归算：

Xjs.m = Xmd Sn.m / Sb ( m = 1 , 2 , … , n )

式中 Sn.m——为第m个电源等值发电机的额定容量（MVA）

Xmd——为第m个电源与短路点之间的转移电抗（ 标幺值）； Xjs.m——为第m个电源与短路点之间的计算电抗。 （2）无限大容量的电源的短路电流计算

由无限大容量电源供给的短路电流，或计算电抗Xjs ≥ 3时的短路电流，可以认为其周期分量不衰减。短路电流标幺值由下式计算：

I\z* = I\* = I∞* = 1 / X∑*

式中 X∑* ——为无限大容量电源到短路点之间的总电抗（标幺值）；

I\z ——0秒钟短路电流周期分量（kA）； I\——0秒钟短路电流（kA）； I∞ ——无穷大时间的短路电流（kA）。 （3）有限功率电源的短路电流计算

通常使用实用运算曲线法。运算曲线是一组短路电流周期分量与计算电抗Xjs、短路时间t的变化关系曲线，所以根据各电源的计算电抗Xjs，查相应的运算曲线，可分别查出对应于任何时间t的短路电流周期分量标幺值，并由下式求出有名值

Izt.m = It.m* Sn.m / √3 Ub ( kA ) (m= 1,2,…,n)

式中 Izt.m ——第m个电源，短路后第t秒钟短路电流周期分量有名值；

Sn.m ——第m个电源等值发电机额定容量（MVA）。

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（4） 短路点短路电流周期分量有名值

Izt. = ∑Izt.m* Sn.m / √3 Ub + I* Sb / √3 Ub ( kA )

式中 Izt.m* ——有限功率电源供给的短路电流周期分量标幺值； I* ——无限大功率电源供给的短路电流标幺值； Izt. ——短路点t秒短路电流周期分量有效值（kA）。

3.4.4 短路电流非周期分量的近似计算

当电源电压和电路的阻抗恒定时，短路电流周期分量的幅值为定值，而非周

期分量则是依指数规律单向衰减的直流，因而非周期分量的初值越大，短路冲击电流也越大。短路电流非周期分量的可能最大值，不但与合闸角有关，并且和电路原先的情况有关。短路电流的一般算式很复杂，为了简化计算，假设它的两个分量在计算所取的一周期内恒定不变。即周期分量的幅值假定为常数，非周期分量的数值假定在该周期内恒定不变且等于该周期中点的瞬时值。在上述假定下，周期T内周期分量的有效值按通常正弦曲线计算，而周期T内非周期的有效值，等于它在该周期中点的瞬时值。

3.4.5 短路电流冲击值及全电流最大有效值计算

短路电流最大峰值出现在短路后约半个周期时，当f=50HZ时，发生在短路后

0.01S，该峰值称为短路电流冲击值ich

短路全电流最大有效值为值Ich：

Kch——短路电流冲击系数

阻，则

Ta = 0，Kch = 1；

所以可知

2 ≥ Kch ≥ 1。

对于冲击系数Kch，如果电路只有电抗，则Ta = ∞，Kch = 2；如果电路只有电

3.4.6 电动机对短路电流的影响

在计算三相短路电流时，还应考虑直接连接在短路电路上而总容量大于

800kW的高压电动机或单台容量在20kW以上的低压电动机的影响。

高压同步电动机所供给的短路电流，可按有限容量电源利用运算曲线求算。 由异步电动机供给的短路电流冲击值为： ich.d = √2 E″* Kch.d Ind / X″* ≈ 4.5 √2 Kch.d Ind ( kA ) 式中 E″*——电动机次暂态电势标幺值，一般约为0.9；

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X″*——电动机次暂态电抗，取平均值为0.2； Ind ——电动机额定电流（kA）；

Kch.d——短路电流冲击系数（对3 ~ 10kV电动机可取1.4 ~ 1.6，对380V电动

机则近似取1）。

计入电动机影响后的短路电流冲击值和全电流最大有效值按下式计算：

ich = ich. + ich.d ( kA )

∑

式中 ich. ——系统供给的短路冲击电流（kA）；

∑

I″——系统供给的0秒钟短路电流周期分量有效值（kA）；

∑

I″d——电动机供给的短路电流周期分量起始值, I″d = 4.5Ind ( kA)； Kch. ∑——系统短路电流冲击系数。

3.4.7 1000V以下短路电流计算

对于低压网络的短路电流计算，还应考虑以下特点： （1）可按无限大容量电源供电的计算短路电流方法进行计算。

（2）电阻值较大，感抗值较小，所以短路电路中各元件的有效电阻，包括开关和电器触头的接触电阻均应计入。

（3）多匝电流互感器的阻抗，仅当三相都装有同样互感器时，才予于考虑。 （4）低压电气元件的电阻多以mΩ计，因而短路电流一般采用有名值计算比较方便。

（5）由于电路电阻大，短路电流非周期分量远比高压系统衰减得快，因此，一般可不考虑非周期分量，在离变压器低压侧很近处，例如低压侧母线上发生短路时，才需计算非周期分量，其短路电流冲击系数约为1 ~ 1.3。

（6）异步电动机对短路冲击电流的影响，只有在短路点附近，且单台容量在20kW以上时，才予考虑。

三相阻抗相同的低压配电网络，三相短路电流周期分量起始值按下式计算： I″ = U / √3 (R2 +X2) ( kA ) 其冲击电流

ich = √2 Kch I″ （ kA ）

式中 U——低压网络平均电压一般取400V；

电源至短路点的总电阻、总电抗应计及的电阻和电抗有下列各项： a. 变压器绕组的电阻和电抗； b. 刀闸及自动开关触头电阻；

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c. 开关过电流线圈及电流互感器的阻抗； d. 长度在10 ~ 15米以上的母线及电缆的电阻；

4 电气设备的选择设计

正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

尽管电力系统中，各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验其热稳定和动稳定。

4.1 电气设备选择的一般条件

4.1.1 按正常工作条件选择导体和电器

查【发电厂变电所电气部分】 （1）允许电压大于等于最高工作电压

电器可以长期在其额定电压的110% ~ 115%下安全运行，这一电压称为最高允许工作电压。当额定电压UN在220kV及以下时，其最高允许工作电压为1.15UN，当额定电压为330 ~ 500kV时，其最高允许工作电压为1.1UN。

（2）允许电流大于等于最高持续工作电流

满足此条件的目的在于使电气设备的持续最高温度不超过长期发热的最高允许温度，各支路最大工作电流确定于支路主要设备：发电机、调相机和变压器，由于在电压降低5%时，其电流可以提高5%，保持出力不变。所以其回路的最高持续工作电流为1.05 IN；母联断路器回路应取母线上最大一台发电机或变压器的最高持续工作电流；母线分段电抗器的最高工作持续电流应为母线上最大一条支路跳闸时保证该母线负荷所需的电流；出线回路的最高持续工作电流除考虑线路正常负荷电流（包括线路损耗）外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

4.1.2 按短路状态校验

（1）短路热稳定性校验

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