配电网短路电流与保护开关设备选择「配电网短路电流与保护开关设备选择」

1. 影响短路电流水平的因素

10kV配电网的短路电流水平是由系统决定的,与系统电源容量、网架结构(合环、开环)、变电站运行方式(分裂、并列)、主变类型(是否高阻抗变压器)、电气距离等因素有关:

(1)一个分区内接入系统的电源越多,相当于并联的发电机组多,发生短路故障时注入的短路电流越大。

(2)220kV及以上的电网一般合环运行、变电站的主变并列运行,这样的好处是安全可靠性高,发生故障可以靠保护切除故障、靠备自投恢复供电。但这也导致并联设备多,短路电流大。像深圳有220kV变电站分裂运行的情况,目的就是限制短路电流水平。

(3)有些地方为了控制短路电流110kV变电站采用高阻抗主变,高阻抗变压器就是电阻、电抗大,可以限制短路电流。比如新加坡66kV变电站由于并列运行,要采用高阻抗变压器来限制短路电流。

(4)负荷密度越高的区域,各电压等级线路的长度都越小、导线截面也越大,线路电抗值就越小,也就是电气距离小,这就导致短路电流越大。

2. 变电站10kV母线短路电流值

从供电公司收集到5座110kV变电站的10kV侧母线的三相短路电流水平,该短路电流值为现状值,如下表所示:

变电站名称

10kV母线短路电流(kA)

变电站1

28.18

变电站2

22.73

变电站3

21.58

变电站4

20.01

变电站5

19.97

变电站10kV母线短路电流基本都超过20kA,最高的达到28kA。这个短路电流决定了站内10kV开关柜的设备选型,开关柜的额定短路电流要大于10kV母线短路电流。28kA的短路电流应该使用的是开断电流31.5kA的中压开关柜,其他变电站要选用25kA以上的中压开关柜,保险起见也都采用31.5kA的中压开关柜。

3. 10kV电网短路电流计算

对于中压配电网来说,变电站10kV母线的短路电流是系统短路电流。计算中压线路某处的短路电流的计算公式如下:

式中:为基准电压,取平均电压10.5kV;为系统短路阻抗,由变电站10kV母线短路电流值计算;为中压线路的阻抗,配电网短路计算要考虑电阻。

以上表变电站1为例,说明中压线路的短路电流计算。变电站110kV侧短路电流为28.18kA。亚峰变位于高负荷密度区域,中压主干导线采用YJV22-400电缆,主干长度1.5km。YJV22-400电缆的单位长度电阻r=0.05Ω,单位长度电抗x=0.09Ω。在距离变电站路径长度0.5km处发生三相短路故障时,计算短路电流的过程如下:

首先,计算系统短路阻抗,

然后,计算中压线路阻抗,

带入公式,得到短路电流,

按照上面的方法,可以计算不同的主干长度处的三相短路电流,可以得到短路电流与主干长度的关系曲线图,如下所示:

可以看出:短路电流随着短路点线路长度增加而下降,在线路长度0.8km处短路电流下降到20.4kA。在线路长度大于0.8km时,短路电流小于20kA。在线路末端1.5km处短路电流下降到16.4kA。

4. 配电网保护与开关设备选择

(1)电流保护

现阶段国内配电网保护基本为三段式电流保护,变电站出口开关配置延时速断、过流保护,分支线开关配置速断保护。当主干线发生故障时,跳变电站开关切除故障,造成全线停电。虽然中压线路一般分3-5段,线路上是有分段开关的,但由于中压线路短,短路电流的大小差距很小,不满足保护的选择性,无法通过配置分段开关保护来切除故障。

也正是因为主干开关不需要切除故障电流,架空主干线的分段开关可以采用负荷开关,分支开关采用断路器。电缆系统的主干网环网箱(室)的进线开关可采用负荷开关,出线开关采用断路器。近年来随着断路器的价格下降,主干线上的开关也使用断路器,但其去不切除故障电流。柱上开关选用额定短路电流20kA的断路器,环网箱(室)采用额定短路电流20kA的环网柜。

(2)差动保护

在经济发达城市的中心区,供电可靠性要求高,全年户均停电时间要求低于5分钟,甚至1分钟。采用光纤电流差动保护,可以有效提高可靠性。当主干线发生故障时,比较线路计算两端开关的电流差值(正常运行线路两端电流大小相同),低于整定值差动保护动作,跳开故障线路两端开关,仅停故障段负荷,而不像电流保护那样全线停电。

主干线采用差动保护,主干开关设备需要切除故障电流,所以开关的额定短路电流要大于故障点的短路电流。经济发达城市的中心区的电网紧密且采用大截面电缆线路,短路电流水平高,开关设备的开断能力要求高。像上海中压网架采用钻石网,配置差动保护,主干开关设备采用额定短路电流为25(31.5)kA的开关站。

具体地看上节变电站10kV母线短路电流水平表中变电站1,其10kV母线短路电流为28.18kA。若变电站电缆出线的主干网配置差动保护,当开关位于路径距离0.3km之前的时,开关额定短路电流要选择31.5kA;当开关位于路径距离在0.3-0.8km时,开关额定短路电流至少要达到25kA;当开关位于路径距离0.9km之后时,开关额定短路电流至少要达到20kA。

电缆网的开关设备可以选择开关站或环网箱(室)。由于环网箱(室)仅使用额定短路电流20kA的环网柜,25(31.5)kA环网柜不是国网标准物料,所以对于上述情况,应该这样选择开关设备:路径距离0.3km之前的开关设备,选择额定短路电流为31.5kA的开关站;路径距离在0.3-0.8km的开关设备,选择选择额定短路电流为25kA的开关站;路径距离0.9km之后的开关设备,选择额定短路电流为20kA的环网箱(室)。当然,考虑到随着负荷发展,电网将更加紧密,短路电流也会有所增长,保险起见可以统一选择额定短路电流为31.5kA的开关站。

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如何选择短路开关

根据负载电线直径大小进行选择,负载能通过多大的电流,就使用多大的短路开关,以前茄芹保护负载电线。选择过小,负载功率低,选择过大,不起保护作用,一纳乱旦过流,电线会发热甚至起火烧毁。
2.5平方铜线可通过电流约25A,负载电压220V的情况,功率为5500W,那么短路开关选择30A即可,大于25A以上一点点。4平方可通过32A,7000W,6平方可通过45A,9900W。另外还慧毕要考虑线是否埋墙或者装线槽,考虑散热因素。

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配电系统中 如何根据设备功率来选择开关、电缆

简单一点:开肢凯关和电缆的选择一看电压二看电流,工作电压你应该知道常用220V和380V;电流一般要按满载电流来选220V的用功率乘以3.8,380V的用功率乘以2.5。当然这里还有电阻性电路和电感性电路之分。估计你指的应该是感历世唤性电路返丛。

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