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發電機短路試驗時的短路電流怎麼計算?謝謝

我們是做中性點接地電阻櫃的,客戶有個柴油發電機組項目,要求我們提供接地電阻箱和電纜連接箱,設計電纜連接箱時,要考慮到發電機組短路試驗時的短路電流,這個短路電流大小影響到內部銅排規格,同時也影響到電纜連接箱的散熱問題,可是我們之前沒計算過發電機組短路試驗時的短路電流,求各位大俠能幫助一下,非常感謝。


在許多工廠、樓宇、船舶和石油鑽井平台、移動機站、機場等項目中,平時由市電電源通過變壓器向負荷提供電能,當市電電源故障時則轉由發電機向負荷提供電能。

不管是市電供電(變壓器供電)或者發電機供電,低壓電網中發生了短路都屬於很嚴重的事故,但是變壓器產生的短路電流與發電機產生的短路電流有著顯著不同。

由發電機供電的低壓配電網短路故障電流屬於有限容量配電網的短路電流。

我們來看下圖:

當發電機的外部線路在接近定子埠處發生短路時,發電機會產生接近純感性的短路電流ik,同時在定子迴路中產生磁通φk,其方向與正常時勵磁磁通φcx正好相反,由此形成去磁作用。

根據楞次定律(磁鏈守恆定律),我們知道穿過繞組的磁通不能突變,於是發電子轉子的勵磁繞組和阻尼繞組中都出現感應電流ifk和idk,產生了與φcx方向相同的磁通φfk和φdk,且有φk=φfk+φdk,使得發電機氣隙中的總磁通不變。

雖然短路瞬間發電機的電動勢不變,但ifk和idk迅速衰減,短路電流ik的去磁作用顯著增加,使得發電機總磁通減少,進而使發電機的感應電勢和短路電流周期分量ip逐漸減小。經過3到5秒的時間後,發電機進入短路後的穩定狀態。

發電機都裝有自動調節勵磁裝置,它能實現電壓自動調節。當發電機外部出現短路時,發電機的端電壓急劇下降,自動調節勵磁裝置產生動作,使得勵磁電流加大,發電機端電壓回升。由於自動調節勵磁裝置反應時間的滯後作用,以及發電機勵磁繞組的電感效應,勵磁電流需要經過一段時間後才能起作用。於是,發電機短路電流周期分量ip先衰減後上升,最終進入穩定狀態,其變化曲線見下圖:

此圖是我用MATLAB繪製的。

階段一:次瞬態階段

在次瞬態階段,短路電流會達到發電機額定電流的6~12倍,時間是數十毫秒。在這階段,短路電流的非周期分量ig從最大逐漸衰減到零。短路電流周期分量ip與非周期分量ig共同迭加產生了衝擊短路電流峰值ipk。

階段二:瞬態階段

在瞬態階段,短路電流會迅速地降低到最低值ipmt,ipmt約為1.5倍~2倍In,時間是20~500毫秒。

階段三:穩態階段

在穩態階段可分為兩種不同的情況:

情況1:

短路過程中發電機的勵磁不增加,發電機定子線圈產生的磁場也不增加,不會出現過勵磁現象。此時短路電流值由發電機同步電抗Xd決定,由於短路時Xd不大於兩倍典型值,因此短路電流通常維持在0.5In左右。

情況2:

發電機處於最大勵磁狀態或者複合勵磁狀態,勵磁衝擊電壓會使得短路電流持續存在10秒左右,同時短路電流值維持在2~4In。

對於發電機來說,瞬態階段和穩態階段的短路電流分析是發電機短路電流估算的關鍵。

現在,我們來看看發電機短路電流的計算式:

例子:計算容量為2000kVA發電機的短路參數

解:對於2000kVA的發電機,其額定電流為:

注意:短路電流IK與發電機額定電流In之比就是Xd的倒數,也即1/Xd≈3.3。

從上例中我們看到,發電機的短路電流IK不超過發電機額定電流In的4倍,即:

I_{K} leq 4I_{n}

上式為我們計算髮電機短路電流提供了方便。

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作為對照,我們看看變壓器的短路電流曲線:

我們會發現,兩者相差很大,計算方法也不一樣。

變壓器短路電流計算方法是:

重要說明:以上文檔摘自我的書稿《低壓成套開關設備的原理及其控制技術》。

為了我的知識產權,本帖不允許轉載。

謝謝大家的理解!


IEC 363 可以去看看。。需要上游和下游信息,比如 data of machine,impedances of machine,impedances of cable, impedances of short circuit and so on.


不知道發問者所提的短路電流試驗,是不是按照GB50150(電氣設備交接試驗驗收規範)裡面發電機部分的短路電流試驗。如果是的話,對於發電廠來說,在發電機整套啟動的時候會做短路電流試驗,而這個試驗的短路電流大小通常只會升至發電機的額定電流。

有的發電機廠家,會在發電機機端處專門設置短路試驗所需要的位置,並提供相應的短路銅排或電纜等等。


如果你說的短路試驗是大機組的短路特性測試的話,等於額定電流。我理解為電機繞組中性點沒有短接,需要你短接並提供接地電阻櫃,如果這樣的話短接部分是要考慮,接地部分則不用


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