王利

摘 要：電力系統(tǒng)的設(shè)計與運行中，首要任務(wù)就是保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。然而，短路故障是各種層出不窮的電力事故中最為常見的故障，嚴(yán)重危害系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、運行，可見預(yù)防和控制短路故障至關(guān)重要。基于此，本文主要對民用建筑供配電設(shè)計中短路電流與設(shè)備校驗進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：供配電設(shè)計；短路電流；設(shè)備校驗

1 前言

近年來，我國不斷加大對電力建設(shè)的投入，用電負(fù)荷密度也隨之不斷增加，其形式也越來越多樣化， 一些發(fā)電廠及發(fā)電機單機容量的增大， 大容量低阻抗變壓器的推廣使用及全國很多地區(qū)嘗試電網(wǎng)互聯(lián)等， 都加重了電網(wǎng)的短路電流超標(biāo)問題。尤其是一些大型發(fā)達(dá)城市， 短路電流超標(biāo)問題較為嚴(yán)重，對該城市的電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定及其中的斷路器、變壓器、母線等設(shè)備，都提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)的短路電流已經(jīng)成為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行和制約我國電力工業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重隱患，而且是至關(guān)重要的技術(shù)難題。

2 建筑電氣工程設(shè)計中短路分析

2.1 短路的類型及相關(guān)物理量

可靠安全地供電是保障電網(wǎng)正常運行的重要任務(wù)，然而影響正常運行的絕大多數(shù)原因是由短路故障造成的。在供電系統(tǒng)中，根據(jù)中性點接地與否，分為供電系統(tǒng)中性點接地系統(tǒng)和中性點不接地系統(tǒng)。在供電系統(tǒng)中，相與相之間、中性點接地系統(tǒng)中相與地之間彼此都是絕緣的，在系統(tǒng)正常運行時，是通過負(fù)荷相連通的，而我們所說的短路，也就是相與相或相與地之間不通過負(fù)荷而發(fā)生的直接連通的一種電路故障。

2.2 短路發(fā)生的原因

電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障原因各種各樣，而且比較復(fù)雜，其中常見原因如下所列：

（1）電力系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備載流元件的絕緣層遭受損壞，這是發(fā)生短路故障的主要原因。引起絕緣損壞的常見原因有：設(shè)備經(jīng)過長期運行，絕緣層自然老化；設(shè)計人員設(shè)計失誤，其中包括：設(shè)計方案的不合理，導(dǎo)致設(shè)備絕緣強度不夠，以及繼電保護裝置整定不當(dāng)，未及時切斷故障電路，造成設(shè)備絕緣損壞；施工人員施工不當(dāng)，致使設(shè)備絕緣材料遭受嚴(yán)重機械損傷而使絕緣能力下降，絕緣材料陳舊；設(shè)備絕緣正常而被過電壓（包括內(nèi)過電壓和外過電壓）擊穿等都可能造成短路。

（2）自然災(zāi)害，氣象條件惡化。例如雷擊、過電壓造成的閃絡(luò)放電，風(fēng)災(zāi)引起架空線路斷線或?qū)Ь€覆冰引起電線倒塌等原因造成短路。

（3）人為操作失誤，運行人員違反操作規(guī)程。例如運行人員帶負(fù)荷誤拉隔離開關(guān)，造成弧光短路；檢修線路或設(shè)備時未及時拆除檢修接地線就合閘供電，造成金屬性短路；人為原因接錯線等原因造成短路。

2.3 限制短路電流的常用措施

為降低短路造成的危害，保證整個電網(wǎng)的正常運行，不僅要在發(fā)生短路故障時，盡快地切除短路故障部分，使電網(wǎng)在較短的時間內(nèi)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，還應(yīng)在日常運行維護中盡可能的排除防范引起短路的一切原因。因此，采取行之有效的措施來限制電網(wǎng)的短路容量，降低電網(wǎng)短路電流水平是非常關(guān)鍵的。我國電力系統(tǒng)中限制短路電流的常用方案如下：

（1）提升系統(tǒng)的電壓等級。（2）電力系統(tǒng)采用分層分區(qū)方式運行，分割系統(tǒng)，分割母線。（3）采用直流送電。（4）適當(dāng)?shù)脑龃箅娏ο到y(tǒng)的零序阻抗，能有效的限制單相短路電流。（5）在發(fā)電機電壓母線分段中，加裝電抗器。（6）采用高阻抗設(shè)備。（7）變壓器分列運行。（8）采用故障電流限流器。（9）采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器，在相同電抗和容量的情況下，低壓側(cè)短路電流可減少至普通變壓器的0.5～0.25。

3 電氣設(shè)備的短路電流校驗與選擇

3.1 高壓斷路器

高壓斷路器是所有高壓開關(guān)設(shè)備中具有最完善的滅弧裝置，其滅弧能力最強。高壓斷路器是高壓系統(tǒng)全面控制與保護各類高壓負(fù)荷，例如高壓電動機及變壓器等，并完成對各類供電單位進(jìn)行輸配電的控制和保護，有著各種完善的保護功能，適用于不同的被控對象。因此高壓斷路器的選擇與校驗對整個系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。

（1）斷流能力校驗。

（2）動穩(wěn)定校驗。

（3）熱穩(wěn)定校驗。

（4）關(guān)合校驗。

3.2 高壓負(fù)荷開關(guān)

高壓負(fù)荷開關(guān)對高壓負(fù)荷進(jìn)行控制，具有一定的保護能力和簡單的滅弧裝置，但是滅弧能力較弱，只能通斷正常負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，無法直接切斷短路電流，需要與高壓熔斷器配合使用，以借助高壓熔斷器切斷短路電流的能力。但對于有熔斷器保護的負(fù)荷開關(guān)，在選擇額定短時耐受電流和額定關(guān)合電流時，可考慮熔斷器在短路電流持續(xù)時間和數(shù)值的限流效應(yīng)，以最高額定電流的相應(yīng)熔斷器做為下限額定值。

3.3 高壓熔斷器

高壓熔斷器是最簡單的一次性保護器件，它用來保護電氣設(shè)備免受過載和短路電流的損害，常用于保護高壓輸電線路和變壓器。一些滅弧能力很強的高壓熔斷器還具有限制短路電流的作用，能在短路電流未到達(dá)沖擊值之前，就能完全熄滅電弧。

3.4 高壓隔離開關(guān)

高壓隔離開關(guān)主要用于隔離電源，以保證檢修人員或調(diào)試人員安全，隔離檢修時需將上下隔離都拉開，有明顯可見斷口。高壓隔離開關(guān)無滅弧能力，除只能用于控制電流不超過2A的空載變壓器，其他場所均嚴(yán)禁帶負(fù)荷操作。高壓隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定校驗及動穩(wěn)定校驗公式與高壓斷路器計算公式一致。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備及導(dǎo)線的選擇與設(shè)計、合理配置繼電保護和參數(shù)整定，合理的選擇系統(tǒng)的運行方式等問題的重要依據(jù)均來自短路故障計算的電流數(shù)據(jù)。全面的認(rèn)識電力系統(tǒng)的短路故障，透徹的理解校驗原則，對一個電氣設(shè)計專業(yè)人員來說尤為重要。隨著我國各種模擬仿真軟件的應(yīng)用和對電力系統(tǒng)的深入研究，短路電流計算程序不僅操作方便簡單，而且計算數(shù)據(jù)精確，能最大程度的提供滿足實際工程的預(yù)期短路電流故障數(shù)據(jù)需求，使得整個供配電系統(tǒng)更合理、安全和可靠。

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