短路电流计算的研究

摘 要：从电力系统短路的定义及类型入手，提出短路电流计算条件和原则，并从短路电流计算步骤，短路电流的计算方法，限制短路电流的措施三方面论述了短路电流的相关情况。

关键词：电力系统；短路电流计算；措施

Abstract: This paper starting from the definition and types of short circuit power system, raised short circuit current calculation conditions and principles, and from short circuit currents calculation step, calculation method of short circuit current, measures to limit short circuit current focuses on three aspects of the short circuit current related situation.

Key Words:electric power system; calculation of short circuit current; measures

中图分类号：TM152

1 引言

短路电流是选择电气设备（断路器、隔离开关、绝缘子、母线、电缆等）的依据，也是继电保护的设计和整定，电气主接线方案的确定，进行电力系统暂态稳定计算的前提，同时，短路电流的产生往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员，巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏，另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏，因此准确计算短路电流，并且加以限制是至关重要的。

2 短路的定义及类型

所谓“短路”是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的接通。在三相系统中短路的基本形式有：三相短路，两相短路，单相接地短路，两相接地短路。

3 短路电流计算条件和原则

3.1 短路电流计算条件

（1）正常工作时，三相系统对称运行。

（2）所有电源的电动势相位角相同。

（3）系统中同步异步电动机均为理想电机，不考虑电机磁饱和磁滞涡流及导体集肤效应等影响，转子结构完全对称，定子三相绕组空间位置差120度电气角。

（4）电气系统中的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化。

（5）电气系统中所有电源都在额定负荷下运行，其中50%负荷在高压母线上，50%负荷在系统侧。

（6）同步发电机具有自动调整励磁装置。

（7）短路发电在电流为最大值瞬间。

（8）不考虑短路点电弧阻抗和变压器的励磁电流。

（9）除计算短路电流衰减时间和低压网络的短路电流外，元件的阻抗略去不计。

（10）元件的计算参数都取其额定值。

（11）输电线路的电容略去。

（12）用概率统计法制定短路电流运算曲线。

3.2 短路电流计算的一般规定

（1）在验算导体和电气设备的动稳定，热稳定以及设备开断电流时所用的短路电流，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。

（2）选择导体和电气设备用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响。

（3）选择导体和电气设备时，对不带电抗器回路的网络，计算短路点应选择在正常方式时的短路电流为最大的地点。

（4）导体和电容的动稳定，热稳定以及电气设备的开断电流一般按三相短路计算。

4 短路电流计算步骤

4.1 短路电流计算的假设条件

在短路的实际计算中，为了能在准确范围内迅速地计算短路电流，通常采取以下简化假设。

（1）不考虑发电机的摇摆现象。

（2）不考虑磁路饱和，认为短路回路各元件的电抗为常数。

（3）不考虑线路对地电容，变压器的磁支路和高压电网中的电阻，认为等值电路只有元件电抗。

4.2 短路电流计算步骤

在进行短路电流计算以前，应根据计算的目的收集有关资料，确定计算等值条件，然后根据运算条件作出计算电路图，再根据它对各故障点的情况作出等值电路图，然后利用网络化简规则，将等值电路化简，求出回路总电抗。

4.3 网络化简时等值电源合并的原则

（1）与短路点的电气距离相差不大的的同类型发电机可以合并。

（2）远离短路点的同类型发电厂可以合并。

（3）直接连接于短路点上的发电机（或发电厂）应予以单独考虑。

（4）网络中功率为无限大的电源应该单独计算，因为它提供的短路电流周期分量是不衰减的。

5 短路电流的计算方法

电力系统短路电流的计算方法通常有三种，即标么值法，短路容量法（又称MVA法）和有名单位制法（又称欧姆法），高压系统中，一般采用标么值法。

网络变换：如图5.1。

图5.1网络变换

/Y变换

(5.1)

Y/变换

(5.2)

5.1 电抗标么值和有名值的计算公式

(1)假设，(5.3)

(5.4)

式中―基准容量（MVA）

―基准电压（kV）

―各电压级的平均额定电压（kV）

―各级额定电压(kV)

(2) 求变压器电抗标么值

(5.5)

式中―变压器电抗标么值

―变压器短路电压百分比

―变压器额定容量（MVA）

两台同型号变压器并联，总电抗标么值为单台的一半。

(3) 求线路电抗标么值

(5.6)

式中―线路电抗标么值

―线路电抗(Ω/km)

―线路长度（km）

注：两条同型号架空线并联，总电抗标么值为单条的一半。

(4) 求短路电流

(5.7)

式中―短路电流标么值（kA）

(5) 求冲击短路电流

(5.8)

式中―冲击短路电流（kA）

6 限制短路电流的措施

为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值；加装限电流电抗器；采用分裂低压绕阻变压器等。主要措施如下：

（1）做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。

（2）正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。

（3）在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器，减少雷击损害。

（4）保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。

（5）带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。

（6）加强管理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。

（7）及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。

（8）在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。

（9）电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。

7 结论

研究短路电流要清楚，短路电流计算条件是前提，计算方法是指导思想，计算步骤是重点，根据计算出的短路电流进行电气设备选择是目的。为减轻短路造成的影响，还应该对短路电流加以限制，找出限制措施才是根本。