[电力标准]-DLT 5163-2002水电工程三相交流系统短路电流计算导则.pdf
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1、DL/ T 51 6 3一 2 0 0 2 前言 电力系统短路电流计算是发电厂、变电所设计的重要内容之 一。正确的短路电流计算对于工程设计的安全和经济合理性有十 分重要的意义。 国家标准G B / T 1 5 5 4 4 -1 9 9 5 三相交流系统短路电流计算 ( 以下简称 G B / r 1 5 5 4 4 )等效采用 I E C 9 0 9 1 9 8 8 三相交流系统 短路电流计算 ,但在 “ 适用范围”一节中规定:“ 本标准主要作 为进出口 设备及对外工程投标使用, 在国内 工程计算中 逐步推广 采用。 ” 事实上, G B / I 1 5 5 4 4 采用的等值电压源计算法与 我
2、国目 前 普遍采用的运算曲线法有相当大的差别。前者采用衰减系数的概 念计算短路电流,且规定衰减系数仅与初始短路电流的标么值有 关 ,对于汽轮发电机和水轮发电机、不同励磁方式的发电机均未 作区别。经分析,G B / T 1 5 5 4 4中规定的衰减系数与我国发电机 组的实际情况不尽相符,用于汽轮发电机偏小,用于水轮发电机 则 偏大。由于“ B / I 1 5 5 4 4 是等效采用I E C 标准, 不便于对其中 的曲线进行修改。但若将这一曲线用于我国的工程计算则不十分 恰当,正因为如此,G B / T 1 5 5 4 4对其适用范围作 了如上的说 明。 我国目前采用的运算曲线也有不足之处。这
3、些曲线是按照配 备直流励磁机的发电机做出的, 而自2 0 世纪8 0 年代以 来, 我国 投产的大中型水轮发电机组绝大多数为自并励机组,这类机组的 短路电流与以往的电机励磁机组有明显的区别。本标准列出了自 并励水轮发电机的运算曲线,以便设计人员使用。 此外,由西安交通大学和北京勘测设计研究院联合开发、采 用暂态解析法的短路电流计算软件包已于 1 9 9 3年通过由水电规 DL / T 51 6 3一 2 0 0 2 划设计总院组织的专家鉴定,在需要精确计算时,可以采用暂态 解析法进行计算。本标准介绍了暂态解析法的使用方法。 本标准按暂态解析法和运算曲线法编写,推荐采用暂态解析 法。 本标准有一
4、个算例作为标准的附录,为了便于比较,算例的 接线与 水电站机电 设计手册电气一次 ( 水利电力出版社, 1 9 8 2 年1 1 月第一版)中 所举的 算例大致相同。 本标准为推荐性标准。 本标准由国家电力公司水电规划设计标准化技术委员会提出 并归口。 本标准的起草单位是国家电力公司北京勘测设计研究院、西 安交通大学。 本标准的主要起草人:姜树德、肖惕、梁见诚。 DL/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 范围 本标准规定了水电工程三相交流系统的短路电流计算方法 本标准适用于水力发电厂和变电所的三相交流系统的短路电 流计算,其他型式的发电厂可参照执行。 DL/ T 5 1 6 3一 2 0
5、0 2 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。 凡是注日 期的引用文件, 其随后所有的修改单 ( 不包括勘误的内 容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协 议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。 凡是不注日 期的 引用文件,其最新版本适用于本标准。 G B 1 4 2 8 5 -1 9 9 3 继电保护和安全自 动装置技术规程 G B / T 1 5 5 4 4 -1 9 9 5 三相交流系统短路电流 计算 G B 5 0 2 1 7 -1 9 9 4 电力工程电 缆设计规范 DL/-r 5 5 9 -1 9 9 4 ( 2 2 0 -5
6、0 0 ) k V电网 继电保护装置运行 整定规程 D l _ / f 5 8 4 -1 9 9 5 ( 3 -1 1 0 ) k V电网继电保护装置运行整 定规程 D L / r 6 1 5 -1 9 9 7 交流高 压断路器参数选 用导则 D L / T 6 2 1 -1 9 9 7 交流电 气装置的 接地 D L / r 6 8 4 -1 9 9 9 大型发电机变压器继电保护整定计算导 则 S L 2 6 -1 9 9 2 水利水电工 程技术术语标准 S D G J 1 4 -1 9 8 6 导体和电 器选择设计 技术规定 I E C 9 0 9 -1 9 8 8 三相交流系统短路电流计
7、算 ( S h o r t - c ir c u i t c u r r e n t c a l c u la t io n i n t h r e e - p h a s e a . c . s y s t e m s ) D L/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 3 总则 3 . 0 . 1 本标准规定了水电工程三相交流系统短路电流计算的一 般原则、步骤和方法。 3 . 0 . 2 本 标准推荐采用暂态解析法和运算曲线法计算短路电 流,优先采用暂态解析法。 3 . 0 . 3 计算短路电流时 应按发电厂或变电 所 ( 远景规划容量除 外)全部建成投产后 5 -1 0 年的电力系统发展
8、规划和设备参数进 行,特大工程根据具体情况确定。 3 . 0 . 4 采 用暂态 解析法 计算短 路电流的 基本假设条 件如下: 1 电力系统在正常工作时三相对称; 2 电力系统的所有电机均为理想电机,不计其参数的非线 性; 3 电力系统中各元件的阻抗值不随电流大小的变化而变化, 元件参数均取其额定值,不计误差; 4 短路发生在短路电流为最大值的瞬间; 5 除计算接地短路电流外,不计变压器的励磁阻抗; 6 不计短路点阻抗,即假定短路为金属性的 3 . 0 . 5采用运算曲线法计算短路电流时,除采用3 . 0 . 4的全部 假设条件外,还需补充以下假设条件: 1 电力系统中所有电源的电动势相位均
9、相同; 2 电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行; 3 除计算短路电流的非周期分量衰减时间常数和计算低压 网络的短路电流外,不计各元件的电阻; 4 不计输电线路的由容 DL/ T 51 63一 20 02 4 术语和主要符号 4. 1 术语 下列术语适用于本标准: 4. 1. 1 短路s h o r t c i r c u i t 电路中正常情况下电压不同的两点或多点间经低电阻或低电 抗意外或有意的连接。 4. 1. 2 短路电流s h o r t - c ir c u i t c u r r e n t 电路中由于故障或不正确连接造成短路时产生的电流。 4. 1. 3 对称短路电流 ( 周
10、期分量)s y m m e t r i c a l s h o r t - c ir c u i t c u r r e n t ( p e r i o d ic a l c o m p o n e n t ) 不计非周期分量时的短路电流交流对称分量有效值。 4. 1. 4 初始对称短路 电流 I 0 k i n i t ia l s y m m e t r i c a l s h o rt - c ir c u i t c u r r e n t I k 短路发生瞬间的短路电流交流对称分量有效值。 4. 1. 5 初始对称短路视在功率 S k in i t ia l s y m m e t
11、r i c a l s h o rt - c ir c u i t p o w e r S k 初始对称短路电流 厂 k 与系统标称电压 u 。 及系数招的乘 积。 4. 1. 6 短 路电流直流分量 ( 非周期分量)i D C D . C . c o m p o n e n t o f s h o r t - c ir c u i t c u r r e n t ( a p e r i o d i c a l c o m p o n e n t ) i - D L/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 短路电 流上下包络线间的平均值,该值从其初始值衰减到 零。 4. 1. 7 短 路电 流
12、 峰 值 。p e a k s h o rt - c i r c u i t c u r r e n t i p 短路电流可能出现的最大瞬时值。 4.1. 8 短路电流全电流 I k - t o t a l s h o rt - c i r c u i t c u r r e n t I k r. 计及周期分量和非周期分量的短路电流总有效值,通常指其 最大值。 4. 1. 9 时间为t 时的短路电流I k , s h o r t - c ir c u i t c u r r e n t a t t im e t 1 k 短路持续至 ts 时的短路电流周期分量有效值。 4. 1. 1 0 等效电
13、路 e q u iv a le n t e le c t r i c a l c i r c u i t 用理想元件组成的网络来描述电路性能的模型。 4. 1. 11 系统标称电压 U n o m i n a l s y s t e m v o l t a g e 标识一个电力系统并确定其某些运行特性的线电压有效值。 我国电力系统的标称 电压为 0 . 3 8 k V , 3 k V , 6 k V , I O k V , 3 5 k V, 1 1 0 k V, 2 2 0 k V, 3 3 0 k v、5 0 0 k V o 4 . 1 . 1 2 基准 值 b a s e v a l u
14、e 为 统一全系 统相 对值的基准而选定的符合电路基本关系、和 实际值 同单位的有名值, 通常取基准容量为 l 0 0 M V A或 1 0 0 0 MV A , 基准电压为系统平均电压。 4. 1 . 1 3 系 统基准电 压 b a s e s y s t e m v o l t a g e 用运算曲 线法计算短路电 流时, 取系统 平均电压, 即 线路始 端电压和末端电压的平均值,作为系统基准电压,其值为标称电 DL/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 压的1 . 0 5 倍。基准 电压 的值为 0 . 4 k V , 3 . 1 5 k V , 6 . 3 k V , 1 0 .
15、5 k V, 1 3. 8 k V, 1 5. 7 5 k V, 1 8 k V, 3 7 k V, 1 1 5 k V, DO W , 3 4 5 k V , 5 2 5 k V , 其中1 3 . 8 k V , 1 5 . 7 5 k V , 1 8 k V为常用的发电 机额定电压。 4.1 .1 4 标么 值 p e r - u n i t v a lu e 电气量 ( 如阻抗、导纳、电流、电压与功率等)的相对值, 即电气量的实际值与同单位基准值之比 。 4 . 1 . 1 5 系 统 的 正 序 电 抗二 ( , )p o s i t iv e - s e q u e n c e r
16、 e a c t a n c e o f a s y s t e m x ( U 从短路点看的正序系统电抗。 4. 1 . 1 6 系统的负序电抗x (2 ) n e g a t i v e - s e q u e n c e r e a c t a n c e o f a s y s t e m x ( 2 ) 4. 1 从短路点看的负序系统电抗。 1 7 系统的零序电抗 二 ( 。 ) z e r o - s e q u e n c e r e a c t a n c e o f a s y s t e m x( 铆 从短路点看的 零序系 统电 抗。 4. 1 . 1 8 电 气设备的正序
17、电抗 x p ) e l e c t r i c e q u i p me n t x( j ) 由平衡的正序电压系统供电时, 备相应相的短路电流之比。 4.1 .1 9 电气设备的负序电抗 x ( 2 ) e l e c t r i c e q u i p me n t x ( 2 ) 由平衡的负序电压系统供电时, p o s i t i v e - s e q u e n c e r e a c t a n c e o f 相线对中性点电压与电气设 n e g a t i v e - s e q u e n c e r e a c t a n c e o f 相线对中性点电压与电气设 DL
18、/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 备相应相的短路电流之比。 4. 1 . 2 0 电 气设备的零序电 抗x ( 0 ) z e r o- s e q u e n c e r e a c t a n c e o f e l e c t r ic e q uip me n t x( O ) 由交流系统供电时,将三条相线并联用于电流输人,第四条 线或大地用作回线,电气设备的相线对地电压与相短路电流之 t 匕 4. 1. 21 计算电 抗x ,. t c a l c u la t io n r e a c t a n c e x ,.A 经网络化简得到的电源至短路点的电抗 ,通常归算到以电源
19、额定容量为基准的标么值。 4. 1 . 2 2 极限频 率法 e x t r e m e fr e q u e n c y m e t h o d 计算短路电流非周期分量衰减时间常数的一种近似方法。具 体做法是:首先假设电源频率为零,从而使网络中所有元件的电 抗值为零,网络仅由电阻构成,对网络进行化简,求得电源至短 路点的电阻。再假设电源频率为无穷大,从而使网络中所有元件 的电阻皆可忽略,网络仅由电抗构成,对网络进行化简,求得电 源至短路点的电抗。根据此电阻与电抗求得网络的非周期分量衰 减时间常数。只有当各支路的 X / R 比较接近时方可使用此法。 4 . 2 主要符号、下角标和上角标 4.
20、 2.1 B r . 主要符号 线路每千米容纳 ( S ) ; 并联容性补偿装置周期分量助增校正系数; 并联容性补偿装置峰值电流助增校正系数; 并联容性补偿装置热效应助增校正系 数; 交流电流有效值一般符号; 几几九1 DL/ T 51 6 3一 2 00 2 厂 k 初始对称短路电流; I “ k C 计及并联容性补偿装置影响的 短路电 流周期分量; I k t m 短路电流全电流; I k ,短路持续至 L s 时的 短路电流有效值; I k I 异步电动机的反馈电流; D C短 路 电 流 非 周 期 分 量; 2 。峰 值 短 路电 流; I P C计 及 并 联 容 性 补 偿 装
21、置 影响 的 峰 值电 流 ; A K 。励磁顶值校正系 数; K M 异步电动机反馈电流衰减系数; K 。峰 值 电 流 系 数; K 。同 步 电 机 励 磁 顶 值 电 压 倍 数; m I k t 与短路电 流正序分量的比 值; Q补偿装置容量; Q k 短路电 流的 热效应; Q k 计及 并联容性补偿装置影响的短路电流热效应; 电阻标么值的一般符号 ( 在不会引起歧义时,下角标 的星号通常省略) ; R电阻有名值的一般符号; R L 线路每千米电 阻 ( n ) ; T k ,异步电动机 反馈电流衰减时间常数; T , 同 步电 机定子短路时间常数,电力系统短路电流直流 分量衰减时
22、间常数; 丁 。 非 周 期 分 量 热 效 应等 效时 间 ; T, 同步电机直轴超瞬态开路时间常 数; T , j. 同步电机直轴瞬态开路时间 常数; T。 同步电机交轴超瞬态开路时间常 数; DL/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 z 短路持续时间; t 电机参数与标准参数不同时,经修正的等效短路持续时 间 ( t 0 . 0 6 s ) ; t 电 机参数与标准 参数不同时, 经修正的等效短路持续时 间 ( t 毛0 . 0 6 s ) ; U 。系统标称电压; x 与 同步电机直轴超瞬态电抗; x l d 同步电机直轴瞬态电抗; x d 同 步电 机直 轴同步电 抗; x 。同
23、 步 电 机 交 轴 超 瞬 态 电 抗; 二 。 同 步电 机交轴同 步电 抗; X 1 . 1计算电 抗; x , 二外接电 抗; x ( i )系统或电 气设备的 正序电 抗; 二 ( 2 )系统或电 气设备的 负序电 抗; 二 (c u )系统或电 气设备的 零序电 抗; x 计算不平衡短路时的附 加电 抗; X 电抗有名值的一 般符号; X ,_线路每千米电抗 ( W. ; 二二 电抗标么值的一般符号 ( 在不会引起歧义时,下角标 的星号通常省略) 。 4 . 2 . 2 下角标 b s 基准值; B 标准参数; C 电容; k 短路; k l 单相短路; k 2 两相短路; DL/
24、 T 51 63一 2 00 2 k 2 E 两相接地短路; k 3 三相短路; M电动机; n 标称值; r 额定值; ( 1 ) 正序; ( 2 )负序; ( 0 ) 零序; 标么值。 4 . 2 . 3 上角标 ” 初始值。 DL/ T 5 1 6 3一 2 0 0 2 5 短路电流计算的项目 5. 1 选择 导体 和电气设备时短路电流计算的项 目 5 . 1 . 1 校 验导 体 和电气设备的动、 热稳定时, 应计算 正常 接线方式 下的最大短路电流。出侧 录大 w 各 电流的t 路h 式按图5 . 1 . 1 确定。 例如:x (2 ) / X ( 1 ) 0 0 . 5 , 二 (
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