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变压器短路电流的实用计算方法.doc

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变压器短路电流的实用计算方法.doc
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变压器短路电流的实用计算方法胡浩,杨斌文,李晓峰(湖南文理学院,湖南常德 415000)基金项目:湖南省科技厅计划项目(2007FJ3046)1 前言在电力系统中,对于电气设备的选用、电气接线方案的选择、继电保护装置的设计与整定以及有关设备热稳定与动稳定的校验等工作,都需要对变压器的短路电流进行计算。短路电流的计算,一般采用有名制或标幺值算法,再者是应用曲线法。然而,无论哪种方法应用起来都比较繁琐,尤其是对于企业的技术人员与农村的电工,因缺乏相应的技术资料,又不能从变压器铭牌上查到所有计算短路电流的数据,所以想快速算出短路电流值是相当困难的。笔者在多年的实际工作中,依据变压器的基本原理与基本关系式,总结出快速计算短路电流值的实用方法,以满足现场与工程上的需要。2 变压器低压三相短路时高压侧短路电流的计算变压器的阻抗电压是在额定频率下,变压器低压绕组短接,高压绕组施加逐步增大的电压,当高压绕组中的电流达到额定电流时,所施加的电压为阻抗电压 Ud,一般以高压侧额定电压 U1N 为基础来表示:Ud%=Ud/U1N×100% (1)由变压器的等值电路可知,低压侧短路后的阻抗折算到高压侧,与高压侧阻抗相加后得总的阻抗 Zd,在阻抗电压 Ud 时,高压绕组电流为额定值 I1N,即:I1N=Ud/Zd (2)如果高压绕组的电压为 U1,则此时高压绕组的电流 I1 为:I1=U1/Zd (3)由式(2)和式(3)可得:I1=U1/Ud*I1N (4)对于单个变压器,其容量远小于电力系统的容量,故可以认为当变压器低压侧出现短路时,高压侧电压不变,即为 U1N,代入式(4)就可得到变压器低压侧短路时,高压侧的短路电流 I1d:I1d=U1N/Ud*I1N (5)将式(1)中的 Ud 代入式( 5)得:I1d=I1N/Ud%×100 (6)而变压器高压绕组的额定电流 I1N 可表示为:I1N=SN/√3U1N (7)式中 SN———变压器的额定容量将式(7)代入式(6)可得:I1d=100SN/√3U1NUd% (8)由式(6)或式(8)可计算出变压器低压三相短路时,高压侧的短路电流值。3 变压器低压三相短路时低压侧短路电流的计算由于变压器的励磁电流仅为 I1N 的 1%~3%,忽略励磁电流,则高、低压绕组的电流 I1、I2与电压 U1、U2 的关系为:I1/I2=U2/U1=U2N/U1N式中U2N—低压绕组的额定电压当低压侧出现短路时,高、低压绕组的短路电流I1d 与 I2d 同样有:I1d/I2d=U2N/U1N (9)将式(8)代入式(9)可得:I2d=100SN/√3U2NUd% (10)第 47 卷√U2N,代入式(10) ,则:I2d=I2N/Ud%×100 (11)由式(10)或式(11)可以计算出变压器低压三相短路时低压侧的短路电流值。4 应用举例及结果分析一台变压器的容量 SN=180kVA,U1N/U2N=10kV/0.4kV,I1N/I2N=10.4A/260A,Ud%=4.5,当低压侧三相短路时求低压侧的短路电流。将 SN=180kVA,U2N=0.4kV,Ud%=4.5 代入式(10) ,或者把 I2N=260A,Ud%=4.5 代入式(11) ,均可求得低压侧短路电流 I2d=5.77kA。应用曲线法,查《建筑电气设计手册》 (中国建筑工业出版社,1991) ,当变压器高压侧短路容量分别为 50MVA、100MVA 和 200MVA 时,低压侧短路电流 I2d 分别为5.24kA、5.50kA 和 5.63kA。对两种不同方法的计算结果进行比较,用本文中提出的实用方法所计算的结果比用曲线法所计算的值要大。这是因为该实用方法是建立在低压侧出现三相短路时,高压侧电压不变(即为 U1N)的基础上。实际上电力系统的容量再大,低压侧出现三相短路时,高压侧电流也将大幅度增加,使得电力系统的电压损失增大,即高压侧电压 U1U1N,所以用式(10)或式(11)计算出的结果偏大。从应用曲线法计算的结果还可以看出,电力系统的短路容量越大(如 200MVA) ,其短路电流值
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