劉其賓

摘 要：在電力系統(tǒng)中，短路是一種常見(jiàn)的故障，其帶來(lái)的危害性非常大，甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰瓦解。在運(yùn)行過(guò)程中，由于種種原因，短路成為不可避免的重大事故。本文就短路電流計(jì)算進(jìn)行探討，通過(guò)短路電流計(jì)算，為繼電保護(hù)整定提供技術(shù)數(shù)據(jù)支撐。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，保護(hù)裝置快速、準(zhǔn)確、可靠地將故障線(xiàn)路及設(shè)備從系統(tǒng)中切除，從而確保系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng); ?短路電流計(jì)算

一、短路的概念及類(lèi)型

所謂“短路”，是指三相系統(tǒng)中相與相導(dǎo)體之間通過(guò)電弧和其他小阻抗形成的非正常連接。對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)或三相四線(xiàn)制系統(tǒng)，是指單相或多相接地或接中線(xiàn)。對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，主要是指各種相間短路，包括不同相的多點(diǎn)接地。短路過(guò)程中，短路回路各相的阻抗相等，三相電流僅較正常時(shí)增大，電壓較正常時(shí)降低，三相仍是對(duì)稱(chēng)的，故稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)短路。除三相短路外，其他幾種短路在短路時(shí)各相電流、電壓數(shù)值不相等，其相角也不相等，這些短路稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)短路。

二、短路的原因及后果

一）、短路的主要原因：

1、電氣設(shè)備載流部分的絕緣被損壞（引起絕緣損壞的原因有：各種形式的過(guò)電壓、絕緣材料的自然老化和污穢、維護(hù)不當(dāng)及機(jī)械損傷等）;2、電力系統(tǒng)的其他故障（如輸電線(xiàn)路斷線(xiàn)和倒桿塔事故、誤操作、鳥(niǎo)和小動(dòng)物等跨接裸導(dǎo)體）。

發(fā)生短路時(shí)所產(chǎn)生的基本現(xiàn)象就是短路回路的電流劇烈增加，此電流稱(chēng)其為短路電流，可能達(dá)到正常工作電流的幾倍到幾十倍。短路電流基本上是“感性”電流，對(duì)發(fā)電機(jī)而言，它將產(chǎn)生“去磁性”的電樞反應(yīng)，故端電壓下降;對(duì)輸電線(xiàn)路等設(shè)備而言，增大了電壓損失，因?yàn)樵陔娏骷眲≡龃蟮耐瑫r(shí)系統(tǒng)電壓降也大幅度增加。

二）、短路的嚴(yán)重后果：

1、短路往往會(huì)產(chǎn)生電弧，它不僅燒壞故障元件本身，還燒壞周?chē)O(shè)備及人員。2、巨大的短路電流通過(guò)導(dǎo)體，一方面造成導(dǎo)體過(guò)熱使絕緣損壞，甚至使導(dǎo)體熔化;另一方面，巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形和損壞。3、短路時(shí)系統(tǒng)電壓將大幅度下降，特別是靠近短路點(diǎn)處電壓降更大，造成用戶(hù)不能正常用電。如異步電動(dòng)機(jī)可能制動(dòng)，因其電磁轉(zhuǎn)矩與外加電壓平方成正比;發(fā)電廠母線(xiàn)電壓降低，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速變慢，可能過(guò)熱，甚至燒毀等等的惡性循環(huán)事故。4、不對(duì)稱(chēng)短路的短路電流會(huì)對(duì)通信及電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作。5、短路時(shí)，將使電力系統(tǒng)功率突然變化和電壓嚴(yán)重下降，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，若果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，將使系統(tǒng)崩潰瓦解。

三、短路電流計(jì)算的目的和基本假設(shè)條件

一）、目的

1、電氣主接線(xiàn)方案的比較和選擇，并合理確定其運(yùn)行方式及限流措施;2、電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇，并校驗(yàn)其熱穩(wěn)定和動(dòng)穩(wěn)定;3、繼電保護(hù)裝置的選擇和整定計(jì)算，使之能快速、靈敏、可靠，且有選擇性的切除短路故障;4、接地裝置的設(shè)計(jì)，以減少因雷擊造成短路故障;5、系統(tǒng)運(yùn)行和故障情況的分析。6、驗(yàn)算開(kāi)關(guān)電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開(kāi)斷電流等。

二）、基本假設(shè)條件

①、系統(tǒng)在正常工作時(shí)是對(duì)稱(chēng)的;②、系統(tǒng)中各元件磁路不飽和，即各元件的阻抗與電流大小無(wú)關(guān);③、各元件的電阻忽略不計(jì);④、輸電線(xiàn)路的電容忽略不計(jì);⑤、變壓器的勵(lì)磁電流忽略不計(jì)。

四、短路電流計(jì)算相關(guān)法則及相關(guān)公式

一）、標(biāo)么制：

為了使計(jì)算方便，采用標(biāo)么制進(jìn)行計(jì)算，

（標(biāo)么值=;百分制與標(biāo)么值×100都是相對(duì)值;遇到百分值，先除以100化為標(biāo)么值）。

二）、 基準(zhǔn)值的選擇：

在計(jì)算過(guò)程中，常用的電氣量有U線(xiàn)電壓、I相電流、X一相電抗、S三相容量四個(gè)電氣量應(yīng)滿(mǎn)足歐姆定律及功率方程式：（1）、 ?U=IX、（2）、S=UI，這四個(gè)電氣量的基準(zhǔn)值可以任意選取，一旦選定，所有的計(jì)算都只能依照此基準(zhǔn)值，而且要滿(mǎn)足歐姆定律及功率方程式： （3）、 ?Uj=IjXj、（4）、Sj=UjIj 、（5）、（1）÷（3）= U*j=I*jX*j 、（6）、（2）÷（4）= S*j=U*jI*j 。通常情況，一個(gè)系統(tǒng)的電壓和容量是已知的，故一般是任意選取基準(zhǔn)容量Sj=100MVA，基準(zhǔn)電壓Uj=Up（或?qū)嶋H值）?；鶞?zhǔn)電流、基準(zhǔn)電抗由式（3）和（4）求得：（7）Ij=Sj÷Uj（8）Xj=Uj÷Ij=U2j÷Sj根據(jù)標(biāo)么值的定義及式（8）可求得電抗的標(biāo)么值：（9）或。將計(jì)算結(jié)果換算成有名值的公式如下：。在計(jì)算過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)容量為無(wú)窮大時(shí)，系統(tǒng)的電抗為：，并將電網(wǎng)看作無(wú)窮大容量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

三）、系統(tǒng)中各元件的電抗（標(biāo)么值）

1、電力變壓器：變壓器的勵(lì)磁電流較小，一般為額定電流的5%，忽略不計(jì)。雙繞組變壓器（我們使用的多數(shù)為雙繞組）在名牌上給出了短路電壓百分比Ud%，是變壓器通過(guò)額定電流時(shí)的電壓降對(duì)額定電壓的比值的百分?jǐn)?shù)，所以變壓器以額定參數(shù)為基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)么值（依式（9）為：將其換算為所選基準(zhǔn)值的標(biāo)么值為（應(yīng)為同一基準(zhǔn)）：故電力變壓器：

2、電抗器：由于電抗器不能忽略額定電壓與平均額定電壓的差別，故電抗器：—電抗器所在電壓級(jí)的平均額定電壓。

3、架空線(xiàn)和電纜：一般架空線(xiàn)和電纜給出數(shù)據(jù)為電抗的歐姆值，根據(jù)式（9），故架空線(xiàn)和電纜：—架空線(xiàn)和電纜所在電壓級(jí)的平均額定電壓。

4、發(fā)電機(jī)：

5、各級(jí)平均額定電壓

6、各線(xiàn)路每km電抗的平均值

7、短路電流標(biāo)么值：短路穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，非周期分量已經(jīng)衰減完畢，短路電流僅為周期分量穩(wěn)態(tài)短路電流的標(biāo)么值為：（即回路電抗標(biāo)么值的倒數(shù)或而穩(wěn)態(tài)短路電流為：

8、母線(xiàn)剩余電壓標(biāo)么值：。

9、在短路的后半期（0.1后）是短路電流最大的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生很大電動(dòng)力使導(dǎo)體和設(shè)備受損。在三相電路中各相電壓的相位差為120°，各相的短路電流周期分量和非周期分量的初始值不同，僅有一相會(huì)出現(xiàn)沖擊電流。

五、綜述

綜上所述，為了保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，減輕短路的影響，除了在運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)努力設(shè)法消除可能引起短路的一切原因外，還應(yīng)盡可能地切除短路故障部分，使系統(tǒng)的電壓在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至正常值。為此，系統(tǒng)的掌握短路電流計(jì)算意義非常重大，為選擇采用合理快速動(dòng)作的繼電保護(hù)裝置及根據(jù)實(shí)際情況加裝限制短路電流的電抗器提供有力的計(jì)算數(shù)據(jù)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，繼電保護(hù)裝置才能充分展示其使命，有選擇的、精準(zhǔn)、快速、靈敏、可靠的將故障線(xiàn)路或設(shè)備與系統(tǒng)隔離，避免事故擴(kuò)大，真正成為電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、可靠運(yùn)行的守護(hù)神。