短路电流计算在电气设备选型中的运用

短路电流计算在电气设备选型中的运用

刘晓亮

唐山盾石电气有限责任公司063000

摘要：短路电流计算是变电站电力系统运行和维护的基础工作，本文通过对国内目前采用的短路电流的计算方法以及存在问题进行了初步探讨，以其为变电站的运行和维护等相关工作提供一些指导。

关键字：变电站；短路电流；计算；电力系统

1变电站电力系统短路的分类

电气设备和载流导体的选择、继电保护、自动装置的整定、限制短路电流措施的确定都需进行短路电流计算。电力系统短路分为对称短路和不对称短路两种类型。运行经验表明，上述各种类型的短路中，最常见的是单相短路，约占短路总故障的65%-70%，两相短路约占10%-15%，两相接地短路约占10%-20%，三相短路约占5%。三相短路发生的概率虽然较低，但它却是各种短路故障中最严重的一种。之所以称其为最严重故障，并不是短路电流最大，而是对系统的危害最大。

2三相短路电流计算方法的探讨

三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。在进行计算时,各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同,这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异,以及短路电流限制措施的不同。如果短路电流计算结果偏于保守,有可能造成不必要的投资浪费;若偏于乐观,则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。

经典的变电站短路电流计算方法为：取变比为1.0不考虑线路充电电容和并联补偿，不考虑负荷电流和负荷的影响，节点电压取1.0发电机空载。短路电流计算的标准主要有IEC标准和ANSI标准,中国采用的是IEC标准。

国标规定了短路电流的计算方法、计算条件。国标推荐的三相短路电流计算方法是等值电压源法,其计算条件为：①不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式；②忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳；③具有分接开关的变压器,其开关位置均视为在主分接位置；④不计弧电阻；⑤35kV及以上系统的最大短路电流计算时，等值电压源取标称电压的1.1(计算中额定电压的1.05pu)，但不超过设备的最高运行电压。

不同的计算方法,其短路电流计算结果将有明显的区别。为此,建议采取以下的方法进行电网三相短路电流计算：

①以全接线潮流文件为基础,在潮流计算中应包括所有发电机,未运行的机组以零出力机组表示。②计算此方式下的短路电流,更确切地说,是计算此方式下,系统各节点的等值阻抗,这一等值阻抗是系统各节点最小等值阻抗的真实反映。③根据系统每一节点可能的最高运行电压水平,计算各节点的最大短路电流。根据等值电压源法,短路电流值为节点电压除以等值阻抗。

3短路电流计算曲线法

为了方便分析,通常将电力系统的短路电流看成是若干个分量的叠加,如周期分量和非周期分量的叠加.我国对短路电流的实用计算是围绕短路电流的周期分量展开的,而在计算短路电流周期分量时一般推荐使用短路电流计算曲线法。

计算曲线法是一种工程近似计算方法,与精确求解微分方程的短路电流计算方法相比,计算曲线法极大地减少了计算量,所以国内有些自行开发的短路计算软件也采用查计算曲线的方法.但是,现在国内使用的计算曲线法中的计算曲线是20世纪80年代初制作和发表的,使用的样机容量最大为2.25×105kW,而系统中大容量机组的比例正逐年增加,对于大容量机组,我们提出了以下改进方法：

(1)忽略变压器和输电线路的电阻、输电线的电容、变压器的励磁支路.负荷用恒定电抗表示,作电力系统的等值电路。(2)保留发电机机端节点和短路节点,作节点电压方程。(3)对节点电压方程(节点导纳矩阵)进行变换,保留发电机机端节点和短路节点,消去其他节点。(4)对变换后的节点导纳矩阵求逆,得出节点阻抗矩阵。(5)将各发电机提供的短路电流周期分量求和,得出短路点总的短路电流周期分量。

4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。

5结语

短路电流计算是选择电气设备和继电保护设计和整定的依据；准确地进行短路电流计算就能根据变电站电力系统的实际情况合理地确定限制短路电流的方案，或者限制某种运行方式的出现，得到既可靠又经济的主接线方案。总之，在评价和比较各种主接线方案选出最佳方案时，短路电流计算是一项很重要的基础性工作。

参考文献

[1]供配电系统短路电流及其计算[J].田万春.建材世界.2014(06)

[2]分析电力系统中变压器抗短路能力提高的办法[J].郑大星.黑龙江科技信息.2014(35)

[3]发电厂和变电站中短路电流的限制措施[J].孔祥志.科技与企业.2014(23)