【高壓設計】 - 高壓電網故障電流計算（二）之計算方法及假設 - Fault Level Calculation for HV System (Part 2) - Assumption & Method

計算高壓故障電流時，一般有以下假設：

• 短路前三相系統是正常運行情况下的接線方式，不考慮僅在切换過程中短時出現的接線方式；
• 若電阻值少於電抗值的三份之一在多數情況下可忽略
• 電容可忽略；
• 機械的電抗可視作常數；
• 發電電壓可假設為常數，並聯電容器可忽略；
• 滙流排的阻抗、開關掣和電流互感器可忽略；
• 短路電流波形假設是正弦波；
• 短途輸電電纜的電阻可以忽略；（遠距離不可忽略）
• 短路位置的阻抗可忽略；
• 在短路持續時間內，短路相數不變。

計算故障電流的方法：

1. 對於低壓（220/380V）:一般采用實際單位制；
2. 對於高壓（主要是針對有變壓器或者不同電壓等級的網絡）：一般采用標麽制；

高壓電網故障電流計算步驟及方法如下：

1. 用單線圖記下電纜，發電機和變壓器等設備的參數。

2. 選擇標麼制基值，轉換實際值為標麽值，100 MVA。

3. 用以下公式計算電纜，發電機和變壓器的電抗（或阻抗）的標麼值

4. 確認故障的種類，位置，及路径。

5. 把計算得的標麼值放在單線圖上。

6. 從故障位置角度計算網路的等效電抗。

7. 用以下公式計算故障點的故障MVA。

8. 用以下公式計算故障電流。

舉例説明：

計算下圖故障位置的故障電流：

根據所提供的信息計算等效電抗並簡化電路，由於ACB常開，右側電路與fault無關，可以直接省略。

選擇MVA Base = 100 MVA。

高壓電網的電抗標麽值 = MVA Base / 電網 2000 MVA = 0.05 p.u.

132kV/11KV變壓器等效電抗標麽值 = 5% x 100 / 50 = 0.10 p.u.

11kV/380V變壓器等效電抗標麽值 = 4% x 100 / 2 = 2.00 p.u.  （Tx 3并不在fault path上， 故無用）

Genset等效電抗標麽值 = 2% x 100 / 2 = 1.00 p.u.

Motor等效電抗標麽值 = 2% x 100 / 1.5 = 1.33 p.u.

Other Load 1等效電抗標麽值 = 100 / 0.5  = 200 p.u.

Other Load 2等效電抗標麽值 = 100 / 2  = 50 p.u. （Load 2并不在fault path上， 故亦都無用）

進一步簡化電路，由於Load 1 也不在fault path上，進一步刪除Load 1。

合并等效電抗，Genset和Motor的電抗為并聯計算，進一步得到：

Z2, Z3, Z4串聯直接相加計算，進一步簡化得到：

最後一步等效電阻為并聯，因此最終縂等效電抗標麽值 (Equivalent Impedance)：0.45 p.u.

該位置的故障大小為：100 MVA / 0.45 = 221.51 MVA， 故障電流為：336.55 kVA

具體計算式如下（點擊可以放大）：

上面的應用例子只涉及到了變壓器，發電機等設備的等效電抗，而沒有計算高壓電纜的電抗。在實際應用中高壓電纜的電抗往往很小，對故障的計算影響甚小。但如果涉及到精確的保護器件的故障計算，電纜的阻抗也要考慮進去。

【批圖金句】高壓配電系統 - 高壓配電系統圖 - HV Distribution System - HV Schematics Diagram Drawing

高壓輸電 (指的是1,000伏特以上) 是遠距離輸送大量電力的技術。各級變電站內的變壓器將高壓電降低至適合一般電器使用的電壓，即380伏特或220伏特。高壓制櫃是用於電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用的電器產品，其電壓等級在3.6kV~550kV。主要包括高壓斷路器、高壓隔離開關與接地開關、高壓負荷開關、高壓自動重合與分段器，高壓操作機構等幾類。

高壓配電系統圖審查時尤其要留意的是高壓系統的保護，不僅有過流、接地等基本保護，亦會有電纜的差動保護，發電機的特殊差動保護等。

（本文之大部分條款也適用高壓電動配電系統圖 - Motor Control Centre / Local Motor Control Panel Schematics Diagram）

【批圖金句】賞析：

1. Subject to cable sizing calculation approval.

與低壓配電系統一樣，高壓系統圖上亦有標明cable type & size。當然，cable size會有專門的design submission來approval，因此這個金句一般都會出現在每一份HV schematics來確保cable的size 和 type。

應對策略：

呈交cable size的design calculation submission比確保已經approved。當然，對於高壓系統要確保符合最終設備的COP的電壓降要求和BEC的銅損耗要求。最重要的是，要確保cable的CCC要大於protection device的rating。

2. All installation works shall comply with relevant statutory EMSD/CLP/HEC requirements.

應對策略：

廢話來嘅，正常情況下都唔洗理。

3. To coordinate with all concerned parties for their equipment selection and so the power rating for the sizing of respective protective devices/interfacing.

對於高壓制櫃，一般情況用於直接供電與高壓設備，例如高壓MCC，或者高壓chiller，motor。對於承建商，合約一般會要求電氣判要與其他專業，operator或者end-user來協調相關設備實際的負荷大小（一般與設計時都有差別），以進一步確定保護開關及電纜的大小。電氣判頭正常也有責任要跟相關專業確認負荷大小，更新之後，反映在圖紙上面。

應對策略：

與各專業協調並確認相關負荷大小（例如冷氣chiller，pump loading/rating，水/渠相關loading(如有)）。對於高壓供電，高壓設備往往有要求的保護開關的大小。應與各專業協調並確認上下級保護開關大小，例如，對於高壓櫃供電至下一級高壓MCC，亦要與MCC中的保護開關協調，確保做到discrimination。

4. Installation in HV Switch room/plant room of other services subject to the approval of respective plant room detail.

高壓配電系統各個開關大小影響了高壓制房的排佈，因此，高壓制房的最終的排佈反過來有可能影響配電系統圖。用這句作為提醒，主要是需要承建商提前對電房的排佈有初步檢查過。

應對策略：

承建商應提前對電房的排佈有初步檢查過。在設計階段，一般會設計系統時，會對櫃和箱的大小進行初步判斷，可以大致知道電房夠不夠排。若高壓系統圖的改動不大，高壓制房不應不夠排佈。

5. Subject to CLP/HEC's approval of the schematic.

一般正常來講，HV Schematics在設計階段就已經要通過CLP和HEC的審批，到了建造階段，只要基本的進線策略和電錶安裝位置沒有改變，CLP和HEC都不會對HV Schematics再提出異議。但需要強調的是，承建商需要配合業主和顧問在CLP和HEC收牛房之前，向CLP和HEC呈交一份最新的HV Schematics。這份HV Schematics在正常情況下都會通過電力公司的審批。

另外，CLP/HEC在審批HV Schematics圖紙時應在圖紙上明確進綫開關保護裝置的上下級協調設置，以確保高壓櫃進綫開關已與電力公司上游保護開關做到協調。 

應對策略：

確保HV Schematics的進線策略和電錶的安裝位置及要求符合之前CLP和HEC所批核的圖紙的要求。如果較設計階段的變動較大，請及時再次呈交CLP和HEC進行審批。在收牛房之前，呈交CLP和HEC最新的HV Schematics圖紙，確保跟已經做好的高壓制櫃相一致。

承建商應復查CLP和HEC的高壓批復圖紙上有無標明要求的進綫保護開關設定。如果不明確，須要求顧問公司或自行與供電公司索取相關信息。

6. Subject to approval of the design submission for HV discrimination calculation.

HV系統上下級協調設置非常重要，design submission for HV discrimination calculation的批復不僅要確保高壓櫃進綫開關與電力公司上游保護開關做到協調，而且高壓櫃之間，高壓櫃與下游設備的協調，電纜的差動保護（Pilot wire differential protection）計算也必須囊括其中。 

應對策略：

提交design submission for HV discrimination calculation進行審批。（關於 HV fault level和discrimination的計算，之後的blog會跟大家介紹有哪些重點需要注意）

7. Please be reminded that the Contractor shall ensure all the latest drawings （DIS/DAN/PMI/AI）have been fully incorporated.

應對策略：

確保所有發出的修改圖紙已經落實在HV Schematics。

8. Please state the Employer's Drawing on each submission drawing for reference. 

應對策略：

在note裏著名所對應的contract drawing的reference no，方便對應。

 

【職業發展】創新科技署【機電工程師】的招聘工作現正進行（2023年11月17日截至）（ITC Recruitment of Electrical and Mechanical Engineer ）

 香港政府創新科技署 (Innovation and Technology Commission) 招聘最新動向，【機電工程師 Electrical and Mechanical Engineer 】的招聘工作現正進行（2023年11月17日申請截至）：

相關薪酬、入職條件、申請手續如下：

詳情亦可查閲公務員 【政府職位空缺查詢系統】