大容量电动机反馈电流对10kV配电网的影响

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电工电气 (2010 No.11)
大容量电动机反馈电流对10kV配电网的影响
作者简介：许慧一(1981- )，女，助教，硕士，研究方向为电力系统及故障分析、电力市场。

摘 要：介绍了异步电动机反馈电流及决定反馈电流的因素，经过实例分析表明，通过计算短路时不同容量电动机对系统提供反馈电流的大小以及该电流所占短路电流总值的比重，得出小容量电动机其对短路点提供的反馈电流相对于短路点总电流过小，可以忽略不计。

但随着高压大用户电动机容量的不断增大，电动机对短路点提供的反馈电流所占比重也越来越大，应增强大容量异步电动机对系统短路故障影响的意识。

关键词：系统故障；异步电动机；反馈电流；三相短路中图分类号：TM343+.2 文献标识码：B 文章编号：1007-3175(2010)11-0049-03
许慧一1，王道刚2
(1 福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000；
2 启东市供电公司，江苏 启东 226200)
Abstract: Introduction was made to asynchronous motor feedback current and factors determining feedback current. Actual example analysis shows that when short circuit took place, according to the volume of feedback current to the system provided by different ca-pacity motors and the current in the proportion of total short-circuit current value, the feedback current from small capacity motors to their short-circuit points was too small to calculate, relatively compared with total current of short-circuit points. With the high-voltage big user’s motor capacity increasing, the feedback portion current provided by motor to short-circuit points is getting larger and larger, so the attention should be paid to the impacts of large capacity motor on short-circuit system faults. Key words: system fault; asynchronous motor; feedback current; three-phase short circuit
XU Hui-yi 1, WANG Dao-gang 2
（1 Fujian College of Water Conservancy and Electric Power, Yong’an 366000, China ;
2 Qidong Power Supply Company, Qidong 226200, China ）
Impacts of Large Capacity Motor Feedback Current on 10kV Distribution Network
0 引言
电力系统配电网在电力网中起到分配电能的重要作用，是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源的通道[1]。

电力系统发展至今，电力用户种类繁多，随着当前国民经济的持续发展，电力用户不仅对电能可靠性的要求越来越高，同时也对自身所投入的生产设备有了更高的追求。

电力负荷中异步电动机是各类电动机中应用最广、需求量最大的一种。

在我国电力系统的总负荷中占有相当大的比重。

电动机同发电机在工作原理上都是应用电磁感应原理来实现，因此不排除电动机也能作为发电设备向其他用户供电，但是绝大多数情况下电动机仍然是作为负荷来使用。

由于电
动机的这一特性，因此在电力系统发生故障时，就应考虑在实际情况下电动机是否仍然作为负荷来使用，还是由于短路的影响，电动机此时不再是作为负荷，而是作为一个电源向短路点提供短路电流的问题[2]。

本文将讨论不同容量的电动机在系统发生故障时对短路点提供反馈电流的大小。

举例说明对于大用户所使用的大容量电动机，当系统发生短路故障时，其对短路点提供的短路电流有可能过大，会影响到电力系统的稳定运行。

1 异步电动机反馈电流
异步电动机在正常运行时可看作同步转速运行，当系统发生短路故障时，如异步电动机定子绕
大容量电动机反馈电流对10kV配电网的影响
电工电气 (2010 No.11)3.2 不考虑电动机反馈电流
若图1所示系统A、B两点分别发生三相短路故障时，在不考虑配电网所有用户异步电动机反馈电流的影响下，短路点电流值可见表1。

3.3 考虑电动机反馈电流
当图1所示系统A、B两点分别发生三相短路故障时，考虑电动机反馈电流的影响，对于T 0侧175kW小容量电动机用户，可得该用户对短路点提组端点突然三相短路，由于短路后机端电压降为零，而电动机电势仍具有相当大的数值，因此电动机此时可看作一个电源点，并向短路点提供短路电流，通常称为异步电动机的短路反馈电流[3]。

计算公式如下：
公式(1)中：E M 为电动机的次暂态电势；X M 为电动机的次暂态电抗；X st 为电动机的起动电抗。

异步电动机是否向短路点提供反馈电流，直接关系到电力系统是否能够稳定、安全运行以及相关电力设备是否能够正确投切，例如备用电源装置是否能够正确的投入运行[4-5]。

2 决定反馈电流因素
异步电动机初始反馈电流的大小取决于以下几点：(1)异步电动机的容量。

异步电动机根据使用的空间地点可大体分为发电厂厂用电动机和电力用户生产需求而使用的电动机两种。

以火电厂为例，厂用高压电动机有磨煤机、排粉机、引风机、送风
(1)
I M = =
E M X M E M
X st
机、给水泵、循环水泵、灰浆泵等，厂用电动的容量与发电厂机组容量密切相关，发电厂机组容量越大，所需要的高压厂用电动机容量越大。

例如国电湖北汉川电厂三期工程，机组容量百万千瓦，三期6kV厂用电机总容量可高达1.6MW [6]。

电力用户生产需要所使用的电动机，也要根据用户的生产用途，配置不同容量的异步电动机。

(2)异步电动机的起动电抗。

由公式(1)可以看出系统故障时异步电动机对短路点提供的反馈电流与起动电抗成反比，即异步电动机起动电抗越大其提供的反馈电流越小。

3 实例分析
3.1 系统故障网络中各参量值
本文采用如图1所示简单电力系统，图1中某纺织工厂Ⅰ期建设经变压器T 3接于10kV配电网，Ⅱ期建设经变压器T 4接于10kV配电网。

该厂厂用电动机Ⅰ期初期容量为400kW，Ⅱ期增加容量为1000kW。

降压变压器T 0低压侧接175kW小容量电动机用户。

取基准值S B =100MVA、U B =U av 。

图1 简单电力系统
供的反馈电流如表2所示。

由表2可以看出对于小容量电动机，由于电动机容量较小，起动电抗较大，根据公式(1)中反馈电流与起动电抗的比例关系势必知道反馈电流不会太大，而且该电流相对于短路点总短路电流来说数值较小，因此小容量电动机在系统发生短路故障时，向系统提供的短路反馈电流可以忽略不计。

对于图1中某纺织工厂大容量电动机组，在Ⅰ期
表1 不考虑电动机A、B点短路电流
三相短路点
短路电流标幺值
A点0.357B点
0.217
表2 小容量电动机反馈电流
三相短路点
反馈电流标幺值
短路电流标幺值
反馈电流所占比重/%A点0.00850.3655 2.3
B点
0.0045
0.2170
2.1
500kV A
某纺织工厂Ⅱ期M 21000kW
Ⅰ期M 1400kW
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建设中，电动机容量较小，仅为400kW，但是随着纺织工厂规模的不断增大，在Ⅱ期建设中，电动机容量增加1MW，此时得到的用户对短路点提供的反馈电流如表3所示。

由表3可以看出，纺织厂在Ⅰ期建设时，由于电动机容量小，所得结论与表2结论相同，而且通过对比表2和表3中Ⅰ期数据可以看出电动机容量越大对短路点提供的反馈电流所占比重越大，反之越小。

在该厂Ⅱ期建设中，由于机组容量增大，反馈电流随之增大，此时反馈电流占总电流的比重随之增大，无论是远离纺织厂的A点还是纺织厂附近的B 点发生三相短路，都应该考虑大容量电动机组反馈电流的影响。

由上述分析中可知，系统发生短路故障时电动机的容量大小关系其提供反馈电流的大小。

对于小容量用户的电动机，相比较下这类电动机提供的反馈电流较小，而且在实际中，电机离系统短路点越远，反馈电流越小，再由于反馈电流衰减速度也较快，因此小容量电机向短路点提供的反馈电流可忽略不计。

对于大容量的电动机组，如图1中某纺织工厂Ⅱ期建设，即使是短路故障发生在该纺织工厂的近距离范围内，由计算可得其提供的反馈电流仍然很大，因此故障发生后仍应该考虑电动机反馈电流的影响，且应作为电力系统网络保护设置的考虑范畴。

4 高压配电网用户
配电网的发展伴随着电力用户的需求，随着更
多高压电力用户的出现，对配电网的电压等级提出了更高的要求。

我国曹妃甸工业区及滨海新城建设探讨20kV电压等级的配电网；韶钢35kV两种配电网也已经投入运行[7-8]。

随着配电网电压等级的提高，为了满足经济利益需求，用户可选择的用电设备容量也随之增大，高压配电网用户电动机在系统故障时对系统网络的影响将不可忽视。

5 结语
异步电动机在电力系统配电网中使用广泛，电力系统配电网用户种类繁多，其对配电网的影响也各不相同。

本文出发点在于分析讨论当配电网系统发生短路故障时，异步电动机何时作为电源向短路点供电。

虽然目前有些配电网络整定计算中对异步电动机所提供的反馈电流近似忽略不计，但是随着高压大用户电机容量的不断增大，应增强电动机对短路故障影响的意识。

参考文献
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新产品，2009(23)：158.
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及对策[J].南方金属，2009(5)：41-42.
收稿日期：2010-07-15
表3 某工厂大容量电动机反馈电流
三相短路点反馈电流标幺值
短路电流标幺值
反馈电流所占比重/%A点Ⅰ期0.0170.374 4.5
A点Ⅱ期0.0420.39910.5B点Ⅰ期0.0180.2357.6B点Ⅱ期
0.046
0.263
17.5
大容量电动机反馈电流对10
kV配电网的影响
电工电气 电工技术行业的良师益友。