短路电流十篇

短路电流篇1

[关键词]短路电流，高压厂用电短路电流，低压厂用电短路电流

中图分类号：TM713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0293-01

一.概述

短路电流 short-circuit current： 电力系统在运行中相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短 路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。

短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一。它为电力系统的规划设计和运行中选择电气设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。供电系统中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，就需要计算短路电流，以正确地选择电气设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。

二.短路电流的分类

三相系统中发生的短路有 4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相短路接地和两短路接地。三相短路时系统各相仍处于对称状态，故称为对称对路；其他类型的短路皆为不对称短路。在电力系统短路故障中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%；两相短路较少，三相短路发生的概率最小，但情况较严重。各种短路的代表符号为：单相短路f（1），两相短路f（2），两相短路接地f（1，1），三相短路f（3）。

三.计算条件

1.在对短路的计算中，为了简化计算，常采用以下假设：

（1）电力系统中各电势相角差为零，即短路时系统中各电源仍保持同步。

（2）在电力系统发生短路时，不计计算机、变压器等的磁路饱和，因此可以应用求解线性电路的方法进行网络简化和电量计算。

（3）负荷只作近似估计。异步电动机一般当做恒定电抗；当短路发生在1000KW以上电动机端点附近时应考虑负荷反馈的影响。

（4）在计算高压电器中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽略其电阻；对于架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻.

（5）所有短路为金属性短路，忽略过渡电阻的影响。

（6）三相系统对称。除了不对称故障处出现局部的不对称外，实际的电力系统通常都当做三相对称的。

2.短路电流周期分量的计算步骤

（1）选取功率基值SB，电压基值UB=Uav（Uav为电网平均额定电压）；计算各元件阻抗标么值，绘出等值电路图。

（2）化简等值电路，求出电源至短路点f的总阻抗 X∑。

（3）计算f点三相短路电流周期分量初值及其它待求量，短路电流基准值IB=SB/√3Uav。

3.不对称短路电流的计算

在短路点发生不对称短路时，根据电力系统的接线情况计算出短路点的各序电抗，将不对称短路通过正序等效定则转化为对称短路电流计算。

四.火力发电厂厂用电系统短路电流的计算

（一）火力发电厂高压厂用电系统短路电流计算

1.计算短路电流时，应按可能发生最大短路电路的正常接线方式，不考虑仅在切换过程中短时并列的运行方式。

2.高压厂用电系统短路电流计算应计及电动机的反馈电流，并考虑高压厂用变压器短路阻抗在制造上的负误差。

对于厂用电源供给的短路电流，其周期分量在整个短路过程中可认为不衰减，其非周期分量可按厂用电源的衰减时间常数计算。

对于异步电动机的反馈电流，其周期分量和非周期分量可按相同的等值衰减时间常数计算。

3.当注保护动作时间与断路器固有分闸时间之和大于0.15s时，可不考虑短路电流非周期分量对断路器开端能力的影响，但在下列条件下应计及其影响：

（1）主保护装置动作时间与断路器固有分闸时间之和小于0.1s。

（2）上述时间为0.1s～0.15s，且短路电流的周期分量为断路器额定开断电流的90%以上。

4.100MW及以下机组，应计及电动机反馈电流对电器和导体动稳定的影响，可不计及对热稳定及断路器开断电流的影响。

对于125MW及以上机组，应计及电动机反馈电流对电器和导体动、热稳定以及断路器开断电流的影响。

（二）火力发电厂低压厂用电系统短路电流计算

1.低压厂用电系统的短路电流计算应考虑以下各点

（1）计及电阻；

（2）低压厂用变压器高压侧的电压在短路时可以认为不变；

（3）在动力中心（PC）的馈线回路短路时，应计及馈线回路的阻抗，但可不计及异步电动机的反馈电流。

2.当在380V动力中心或电动机控制中心内发生短路时，应计及直接接在配电屏上的电动机反馈电流。

3.经电缆线路发生短路时，应计及电流周期分量的影响；电流非周期分量是否计及应按电缆的长度与截面的比值考虑。

五.水力发电厂厂用电系统短路电流的计算

（一）水力发电厂高压厂用电系统电路电流计算

1.高压厂用电系统短路电流计算，可不计算断路器开断时的直流分量和短路冲击电流。

2.计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流时正常接线方式，不考虑仅在切换过程中短时并列的运行方式。

3.同时运行的高压电动机总容量不大于1500KW时，高压厂用电系统的短路电流计算可不计电动机的反馈电流。

4.由发电机端或升高电压侧引接的厂用电源，电源侧系统阻抗可忽略。从地区电网取厂用电源时，应计及系统阻抗。厂用电系统的短路电流的周期分量在整个短路过程中可按不衰减计算。

（二）水力发电厂低压厂用电系统电路电流计算

1.低压厂用电系统的短路电流计算应考虑以下各点：

（1）计及电阻；

（2）采用一级电压供电的低压厂用电变压器的高压侧系统阻抗可忽略不计，对于两级电压供电的低压厂用电变压器，应计及高压侧系统阻抗。

（3）在计算主配电屏及重要分配电屏母线短路电流时，应在第一周期内计及20KW以上的异步电动机的反馈电流。配电屏以外支线短路时可不计。

（4）计算380V系统三相短路电流时，回路电压按400V计，计算单相短路电流时，回路电压按220V计。

（5）导体的电阻值应取额定温升的电阻值。

2.厂用电变压器容量在315KVA及以下，短路电流计算可不计电动机的反馈电流。

3.当由容量500KVA及以上的低压厂用变压器供电时，应计算主配电屏的短路电流非周期分量，但可不计算分配屏的短路电流非周期分量。

参考文献

[1] 张炳达.注册电气工程师执业资格考试专业基础考试复习教程.天津大学出版社.

[2] 注册电气工程师考试设计手册电气一次部分.

短路电流篇2

关键词：配电网；短路电流计算；不对称三相电力系统；补偿原理；叠加定理；互易定理；应用分割论

中图分类号：TM713　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)10-0104-04

一、概述

电力系统有两种基本的运行状态，即稳态与暂态。电力系统稳态运行时，发电厂中原动机的输入功率同输出功率相平衡，系统的频率和电压都是稳定的。然而，这种运动中的稳态，并不是绝对不变的。当系统受到某种干扰时，上述功率的平衡即被打破，运动状态也将随之而变。由于系统中包含有许多惯性元件，运动状态的变化不能瞬时完成，而必须经历一个过渡状态，这种过渡状态称为暂态。

由于实际的干扰总是有大有小，因此电力系统在经受干扰以后，其过渡的结局便有两种可能性：一种情况是，系统从原来的稳态过渡到另一种新的稳态，其运行参数(电压和频率)相对于正常值的偏差能够保持在一定的允许范围内，系统仍能正常工作，正常运行中的电力系统，实际上就是经常处于这种较小的变动的过程中。另一种情况是，当电力系统发生各种故障的时候，系统的运行将经历剧烈的变化，所趋于的状态，或者使其运行参数大大偏离正常值，以致电能质量严重变坏；或者更为严重，导致电力系统对用户的正常供电局部地甚至全部地遭到破坏，如不采取特别措施，系统就很难恢复正常运行，这就是电力系统运行的事故状态。这种状态的出现，将给工农业生产、国防建设以及人们的生活带来严重的恶果。电力系统可能发生的故障类型比较多，常见的、对电力系统危害比较严重的有：短路、断相以及各种复杂故障等。而短路故障则是电力系统中危害最严重的故障。所以说，短路故障分析是电力系统分析的重要组成部分，是电力系统三种基本计算之一，在电力系统设计和运行的许多工作中都必须有短路电流计算的结果作为依据。因此，短路电流计算在电力系统分析中占有重要的地位。

短路是指电力系统正常运行情况以外的一切相与相之间或相与地之间的“短接”。在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，我们就称电力系统发生了短路故障。

电力系统短路的类型主要有：三相短路、两相短路、在接地系统中还有一相接地短路和两相接地短路。由于三相短路时各相阻抗相同，三相对称，所以又称为对称故障，其余属于不对称故障。除不对称短路外，电力系统的不对称故障还有一相或两相断开的情况，称为非全相运行。

在同一时刻，电力系统内仅有一处发生上述某一种类型的故障，称为简单故障。同时有两处或两处以上发生故障，或在同一处同时发生两种或两种以上类型故障，称为复故障(复杂故障)或多重故障。

二、短路产生的原因及后果

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘破坏，引起绝缘破坏的主要原因有：

第一，各种形式的过电压(例如遭受雷击)，绝缘的自然老化、脏污，直接的机械损伤等。绝缘的破坏在大多数情况下是由于没有及时发现和消除设备中的缺陷以及设计、安装和运行维护不良所致。

第二，人为事故，例如运行人员带负荷拉刀闸或者线路检修后未拆除地线就加上电压等误操作。

第三，恶劣的气象条件，例如雷击造成的闪络放电；架空线路由于大风或者导线覆冰过厚引起的倒杆断线等。

第四，其他，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在的载流部分等。

短路的后果具有破坏性，具体表现在以下几个方面[3]：首先，设备遭到破坏，在短路处常常发生电弧烧毁电气设备；其次，电压严重降低，对用户生产生活影响极大。短路也同时引起电网的电压降低，特别是靠近短路点处电压降得更多，结果可能导致部分或全部用户的供电遭到破坏。再次，使电力系统稳定性遭到破坏。当短路发生后并列运行的发电机组有可能解列、失去同步、稳定遭到破坏，甚至造成整个电力系统崩溃和瓦解，这是短路最严重的后果。此外，不对称短路所产生的零序电流，会严重影响通信线路工作，并且损坏设备及造成人身危险。

实际上，短路问题已经成为电力技术方面的基本问题之一，在发电厂以及电力系统设计和运行的许多工作中都必须有短路电流计算的结果作为依据。

三、短路电流计算的主要目的

短路电流计算的结果可以用于电力系统的设计和运行，包括：

第一，电气主接线方案的比较和选择，或确定是否需要采取限制短路电流的措施。

第二，电气设备及载流导体的动、热稳定校验和开关电器、避雷器等的开断能力的校验。 第三，接地装置的设计。 第四，继电保护装置的设计与整定。 第五，输电线对通信线路的影响。 第六，故障分析。 短路电流计算的结果也可以用于实时应用，如在配电网网络重构时进行保护自动整定和设置以及故障定位等。在保护自动整定和设置中，由短路计算得到的最大、最小故障电流用于确保保护设备能够保护整个保护区域并且在指定时间内切除故障。这些数据还可以用于确保保护设备能够相互协调以及校验过载设备，为了确定故障部分的位置，短路分析的结果可以用于比较在变电站记录的切除时间内所有可能故障部分的保护动作的次数。

四、短路电流计算的新问题

严格地讲，电力系统短路故障或其他复杂故障都伴随着复杂的电磁和机电暂态过程。在整个故障期间电力系统各部分的电流和电压是随时间变化的，其中不仅包括幅值随时间变化的工频周期分量，同时还包括幅值随时间衰减的非周期分量以及其他频率的周期分量，所以完整的短路电流计算及复杂故障分析要求解微分方程和代数方程组。因此要精确地计算出短路电流是很困难的，同时在实际工程中也是不必要的。在一般解决电气设备的选择、继电保护的整定及运行方式分析等问题时，往往只需要计算短路或故障后一瞬间(例如故障后t＝0秒时)电流和电压的周期分量。

短路计算的基本方法是对称分量法。应用对称分量法分析三相电网不对称故障电流始于1918年，通过求解网络的正序、负序和零序分量，并对各序网进行变换即可求得网络每相的故障后电压和故障电流。对称分量法最大的优点在于对三个序网分别处理，因而具有简单、直观的特点，基于这种方法的短路分析在过去几十年中一直得到普遍应用。近二十年来，基于对称分量原理的故障分析方法已经有了很大发展。

以往人们比较注重发输电的管理和研究，目前已经具备了一套成熟的输电网短路电流计算方法。80年代以来， 随着人们对配电网分析的日益重视，配电网短路电流计算也得到了很大发展，由于配电网与输电网的一些不同点，如：一般具有环形结构设计，开环方式运行的特点，正常运行时是辐射型树状结构；由于单相负荷、主干馈线上的单相和两相“辐射状支线”以及不相等的三相负荷，系统通常是不对称的；网络极其庞大，一个大的二级网络可以包含超过12000个单相母线，而主干馈线可有6000多条母线；少环的网络结构；主干馈线和二级网络都可能有热电联产发电机(Co generator)；支路参数r／x的比值较大，典型值在1～3之间。针对配电网的这些特殊性，国内外发展了专门用于配电网短路电流计算的新方法，即根据配电网实际相数，应用故障相域(Phase Coordinate)以及补偿技术进行配电网短路计算的新方法。

我国的配电网还有一个显著的特征，就是中性点不接地，在发生单相接地时，仍允许供电一段时间。这一特点也使得我国的配电网短路电流计算不能照搬国外的计算方法，因此，借鉴国外的先进思想和技术，结合中国的实际情况，开发出适合我国电网实际的配电网短路电流计算程序是当前短路电流计算研究的任务之一。

五、短路电流计算方法综述

短路计算的基本方法是对称分量法。应用对称分量法分析三相电网不对称故障电流始于1918年，通过求解网络的正序、负序和零序分量，对各序网进行变换即可求得网络每相的故障后电压和故障电流。对称分量法最大的优点在于对三个序网分别处理，因而具有简单、直观的特点，基于这种方法的短路分析在过去几十年中一直得到普遍应用。在基于对称分量的分析方法中，又逐渐对原有的以节点阻抗矩阵为基础的分析方法进行改进，提出了基于节点导纳矩阵的分析方法，并综合应用了节点优化、压缩存储、稀疏技术等先进技术，大大提高了计算速度，有效地减少了对计算机资源的需要量。在复杂故障的分析方面，进行了多种方法的尝试，如解边界条件方程式的方法、模拟复合序网的方法及采用多端口网络理论的方法等。

近年来，短路电流计算大致沿着三个方向发展：

第一个发展方向：这个方向是在传统的基于对称分量和序网概念的基础上继续前进，结合近年来出现的新技术，为了解决电力系统发展中出现的一些新问题而对原有的分析方法作进一步的研究和改进。近二十年来，基于对称分量原理的故障分析方法已经有了很大发展。在这方面国内学者做了大量的研究工作，对变结构电力系统、有互感的电力系统、不对称电力系统，以及对跨线故障、断相加短路等复杂故障的短路电流计算进行了深入研究。

文[9]应用补偿法原理编制出电力系统故障计算的程序，可以分析简单故障(四种横向故障、两种纵向故障、相继动作)和复杂故障(由简单故障组合的复杂故障和跨线故障)，可用于继电保护整定计算和事故分析及保护校验。

文[10]提出了不对称三相电力系统潮流、短路故障的统一分析法，其短路计算部分直接利用三相潮流计算所形成的节点导纳因子表，充分利用了近年来发展的稀疏补偿法和稀疏向量法，进一步提高了计算速度。

文[11]论述了三相参数不对称电力系统的数学模型，导出了其短路故障的计算机算法，其核心思想仍然是对节点导纳矩阵进行修正。

文[12，13]根据线性网络特性，综合应用修正节点电流源与修正故障点列阻抗元素的方法，提出了变结构电力系统短路故障计算的新方法，既完全避免了对原有各序网节点阻抗矩阵的增广或修正计算，又算法统一，计算过程简洁快速，可进行互感线路及无互感线路上任意位置的各种类型短路故障计算，适用于大型变结构电力系统继电保护整定计算及其工况分析。

文[14，15]在常规的故障分析方法中引入补偿原理、叠加定理和互易定理，建立起变结构与参数电力系统中故障的各序网通用计算模型，提出了一种无须修改原网各序节点阻抗(或导纳)矩阵，快速计算互感或无互感线路短路故障的新方法，文[20，22]则应用补偿原理将电力系统拓扑结构的变化，用在原网相应点注入的补偿电流来模拟，根据叠加原理和互易定理，推导出可适应电力系统拓扑结构变化，无须修改原网各序节点阻抗矩阵，快速计算变结构电力系统中线路故障，可计算线路断相加短路故障及任意复杂故障。

文[16]提出了利用导纳矩阵修正方法计算电力系统跨线故障的方法。

文[17]应用多端口网络方程和故障边界方程联立求解的方法，计算电力系统各种多重故障及任意不对称运行的电压和电流。成功地运用一种通用的数学模型解算繁多的故障组合，优于根据故障类型、相别应用理想转角变压器构成串、并联序网的方法。并且推导出追加支路组法的理论，把互感支路与无互感支路的计算统一起来，很方便地处理互感支路的开断、挂检及互感线路中故障。适应于互感线路中多重故障，端口电压、电流应用联立方程求解的方法，通用性强，计算速度快，精度高。

第二个发展方向：这个方向是在现代新思想、新技术蓬勃发展的背景下，将这些新思想、新技术应用到电力系统中，提出新的短路电流计算的分析方法。最具有代表性的是近几年，随着人工智能技术的兴起，出现了应用专家系统[16]、人工神经网络[13]计算短路电流的新方法。

文[18]提出了一种电力系统三相短路电流计算的新方法一人工神经网络方法，该方法使用了自适应模型识别概念和基于广义逆学习算法(GI)的函数链网络(FLN)技术来估计短路电流的基本特征，能够对电力系统三相短路电流快速、直接的估计，目前只能处理三相短路，对于非对称短路还无能为力，此外，这种方法只能对短路电流的基本特征(如冲击系数、热效应、最大冲击电流和网络中各支路的短路电流交流分量)进行估计，无法进行精确的计算。

文[19]提出了应用专家系统计算电力系统短路故障的新方法，不使用传统的节点矩阵法，而是利用了逻辑推理与代数运算相结合的方法来进行短路计算，具有原理简单，方法直观，无须解矩阵等特点，扩充了专家系统在电力系统应用的领域。它的缺点是只能对电力系统简单短路故障进行计算，还无法处理非特殊相故障及多重故障。

文[20]提出了应用分割论(Diakoptics)与稀疏技术对电力系统短路电流计算的方法，该方法综合了阻抗分块法与稀疏技术的导纳法的优点，进一步提高了计算机解题能力，文中提出了处理切割线回路阻抗阵的方法――分块切割线回路阻抗法。而文[21]又将网络的分块射影法应用于大规模电力系统不对称短路的分析计算，一旦求出了射影张量，即可重复用于后续的计算，只需改变故障所在的那一个子网络的射影张量。分块射影解法是一种简单、方便、快速、直观的非对称短路电流的求解方法，为电力系统的分析计算提供了一条崭新的途径。

由于现代计算机技术的高速发展，计算机的内存、硬盘容量等资源已经不再成为制约分析方法的瓶颈，在这样 的背景下，应用相域对故障进行分析的方法重新显示出其生命力，其在形成网络模型时不需引入相序转换、可以灵活模拟各种网络结构的优点逐渐显露出来。

文[22]应用相域上的三相网络模型提出了故障分析的新方法。这种方法在相域上考虑系统的特性，从而比传统的基于对称分量的方法效率更高。除此之外，还能够研究多相传输线上的多相故障等复杂的故障情况。由于这种分析方法与被研究的故障无关，所以其计算程序容易编制且容易维护。

文[23]提出了一种在相域(Phase Coordinate)基础上，只利用三相网络的相电压和相电流来计算不对称故障电流的直接法。这种方法用相域方法来表示电网的系统方程，各种类型的故障可以根据故障的类型对系统导纳矩阵进行一个简单的修正来模拟，而故障后电压可以通过求解具有n个未知量的n阶系统方程来得到，不需要根据故障类型确定三序网，因此是一种简便易行且更为清楚和精确的方法。它的不足是只能计算简单故障，对多重故障还无法处理。

文[24]在故障计算中引入了分层分块的网络节点导纳矩阵模型，提出了一个新型的电力系统通用故障分析数值算法体系，即故障局部相域等值模型，有效地解决了通用的任意故障模拟与计算机负担之间的矛盾。

第三个发展方向：这个方向是适应配电自动化技术的飞速发展，研究适合配电网特点的配电网短路电流计算方法。在这方面国外的研究工作开展得较早，已经取得了一些成果，而国内则尚处于探索起步阶段。

文[25]提出了一种66kV及以下电网短路计算的新方-法。这种方法利用电网少环的特点，采用多端口补偿法把环网解环，直接由支路阻抗参数进行短路计算，避免了形成电网节点复数导纳矩阵等运算，具有计算速度快，能自动适应网络拓扑结构变化等特点。其不足之处是只能进行简单故障的计算。

文[5]提出了计算配电网短路电流的一种新方法，也应用了相域分析方法，并提出了一种混合补偿技术来模拟配电系统，即考虑到故障电流、PV节点和解环点的电流，将三种补偿(故障补偿、PV节点补偿和解环点补偿)结合为一个混合补偿，应用这种补偿技术不需要迭代即可求出故障后电压和电流，这种方法高效、可靠，可以计算任意多重的短路故障，适用于大规模配电系统。

文[26]提出了应用迭代补偿法计算配电网短路电流的方法，它用经过优化顺序分解的导纳矩阵来模拟系统，用补偿原理确定故障引起的系统扰动，从而避免了对系统导纳矩阵的修正，此外还利用了系统导纳矩阵的稀疏性。这种方法可以处理对称和不对称网络的串联、并联以及两者混合的各种故障，可以处理多重故障，并且能够集成在基于导纳方法的潮流程序中。

文[27]提出了一个快速且直接的方法以计算弱质网目工业配电系统三相短路电流的方法，其计算母线驱动点阻抗主要包括转换弱质网目的系统为辐射型系统、组成一棵解三相短路故障电流的树、计算辐射型系统母线的驱动点阻抗三步，然后对各次网路分别组成母线阻抗矩阵，并找出各次网路内部母线的驱动点阻抗。本方法的优点为记忆容量少、运算时间短，尤其对大系统更能显示此特性。

短路电流篇3

关键词：电力系统；短路电流；危害

中图分类号：F470.6 文献标识码：A

电气设备等正常运行时，电力系统处于正常的稳定状态，但出现相应故障后，可能会发生短路现象，电力系统可用仅仅3～5秒的时间过渡到短路的稳定状态。这一瞬间，系统内电流可发生复杂的变化，这些变化可能使电器设备产生过大的热量而被损坏，会降低网络内的电压影响电设备的正常运行。

1．短路电流发生后果

1.1短路电流的定义

短路电流是指在电路中由于短路而在电气元件上产生的不同于正常运行值的电流。短路电流是指电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接（短路）时流过的电流。

1.2短路电流的发生原因

短路电流的发生很大程度上取决于电力系统不够完善。电力系统不够完善可能表现为电气设备失常，电气设备在运行过程中由于长期使用不当，慢慢积累可导致电气设备存在缺陷，再加上缺乏系统维护更是增加了短路电流发生的危险性。另外，系统规划建设的不完善也对短路电流的发生有很大的危害，例如缺少避雷针，建设过程中由于种种原因而使用的劣质电线、电气设备等都可能加大短路电流的发生。此外，电力系统中的工作人员的操作失误也有可能导致短路电流的发生。因此，在电力系统中的每一个电气设备、每一段电线都需要是最严谨选择的对象，工作人员更是需要保持严谨的工作态度，保证电气设备等的正常运行，随时检查电气设备、电线等的情况，做到早发现、早维护，减轻短路电流发生的可能性。

1.3短路电流的发生后果

电力系统发生短路电流时，由于短路电流可产生瞬间的破坏性，对整个电力系统都会造成很大的伤害。供电网络发生短路时，由于瞬间发生性可能产生瞬间电流，产生巨大热量，对电气设备、电线等都会有所伤害。轻者损坏电气设备，若是采用的电气设备、电线等不符合标准，重者有可能造成火灾等现象。对于投资来说，这也是增加额外费用的原因。此外，由于瞬间电流的产生，加上地球本身就是个磁体，由于磁感效应，可增加铁塔附近的电压，对附近的生物的生命造成威胁。对于架空导线来说，瞬间电流产生的热量对架空线也造成了损伤，可能熔断导线，可使高压电线连接塔的为了增加爬电距离的绝缘子破损。由于瞬间电流的产生，可能引发足够的磁通，可对周围的其他线路系统造成影响，例如可对通讯系统产生信号干扰。

2．减轻短路电流发生的措施

电力系统中短路电流的发生不仅对系统会造成损伤，增加维护修建费用，同时对于生物的生命安全也存在巨大的威胁。由于对通讯系统信号的干扰，对人类的生活也可产生影响。短路电流的发生，对发电厂的稳定性产生巨大的威胁，发电厂为了解决威胁，需要切除用户数量，更是为人类的生活造成不便，不符合以人为本的原则，对于社会效应也有一定的影响。为了减轻这种效应，加强短路电流的保护，增加短路电流的限制措施，保证电力系统的安全性、可靠性是非常有必要的。

2.1做好短路电流的计算，基础预防

在规划设计电路系统时，除了对电网的结构要进行合理的布局，电气设备、电线等的应用选择做好充分准备，同时还要做好短路电流的计算。要想的得到精确的短路电流，在计算过程中就需要满足短路电流计算的原则。针对不同的用途的短路电流计算采用不同的标准计算，用于验算电器和导体开关电流，以及系统稳定性的短路电流，要按照工程的计划内容计算。短路电流计算时，为得到最大的短路电流，应该采用正常的接线方式进行计算。对于高压电器中的短路电流的计算，只考虑电抗，忽略发电机、变压器等的电阻。按照短路电流计算公式准确无误的进行计算。

短路电流的计算的准确无误对于整个电力系统来说具有重要的意义。可以准确的掌握电力系统的电抗，为供电部门给出准确系统容量提供理论依据。对于变压器来说，电流计算可提供变压器容量，为合理的应用提供理论依据。

2.2提高变压器的耐受能力

由于自然因素雷击等可能对电力系统中电流造成强烈冲击，使得电网发生短路。短路电流可对变压器造成严重的损害，提高变压器的耐受能力对于减轻电力系统发生短路电流的危害具有重要的作用。变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心。短路电流的巨大冲击首先关顾的是变压器的额绕阻，对于绕阻的损害有轻有重，轻的不损坏，也会发生变形，对于后来的使用，有很大的危险性。绕阻发生的改变可能发生在固体绝缘上，可能发生局部放电的现象。出现自然雷击等状况时很容易引起短路电流的发生。同时绕阻的机械性能对于变压器的抗击能力至关重要。性能强则变压器的耐受能力就强，发生短路电流的可能性就小。现实作业中，变压器的绕阻电容变化就是判断绕阻是否变形的依据。通过检查电容器受损害的程度，判断电容器的可应运的时间，做到早发现早更换，保证变压器的安全可靠性。

同时，在变压器中性点加装小电抗接地可以防止单相短路电流超标，增加了电容器的耐受能力。对于加装的小电阻的大小要根据实际情况中的多方面因素来考虑。

2.3保证继电保护系统正常运行

继电保护系统是指当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。保证继电保护系统的正常运行对于预防短路电流的发生至关重要。保证继电保护系统的正常运行，需要工作人员对继电装置进行正确的安装，还要对继电装置进行定期维护，保证其正常运行。其中变压器的正常运行是至关重要的。对于变压器，一定保证其使用的安全可靠性，避免变压器内部原因而造成短路电流发生。对于未建成的电力系统来说，一定要选择容量最大、性能最好的变压器，应用最合格的电气设备，排除可能发生短路电流的客观因素。同时为减少自然灾害雷击带来的危害，各电力系统中因安装避雷针的设施。

2.4对电气设备运行状态做定期检查

电器设备的正常运行对于短路电流的发生也有很大的影响，对电器设备的运行状态进行定期检查对减少短路电流的发生具有重要的作用。一旦发现电气设备发生异常状态，就要对其进行处理，停电检修。电气设备的正常运行对于电力系统的操作人员也具有高标准的要求，既要做到有严谨的工作态度，又要有专业的技术水平。对于工作人员上岗前，需要进行专业的培训，培养工作素质和工作技能。只有这样的工作人员才能够被应用到电力系统的维护工作中，只有自身具有安全意识的工作人员，才能够保证自身、他人安全，才能够维护电力系统的整体安全。保证电力系统中的电力设备正常运行，尽最大可能减少短路电流发生的可能性。

3．结语

电力系统发生短路电流现象的可能性很大，原因也多种。为了安全、高效的用电，只有加大力度、增加措施减少短路电流发生的可能。既要做好电力系统建设的基础工作，为避免短路电流的发生提供基础保障。又要从建设后的各方面入手，最大限度的减轻短路电流发生的可能性。对于电力系统中的工作者，更是要提高操作水平，时刻保持意识，只有这样才能够保证自身安全，保证电气设备正常运行，减少短路电流的发生。

参考文献：

[1]王耀.浅析电力系统短路电流的危害和防范措施[J]. 科技天地.2009:61.

短路电流篇4

一个典型的+12V、6A的热插拔控制电路（图1）包括门限分别为50mV和200mV的慢速和快速比较器。选用6mW的检流电阻，则慢速比较器在8.3A产生故障触发，进行过流保护；而快速比较器的触发点为33.3A，主要进行短路保护。

发生短路故障时，快速比较器自身延迟和完成对M1栅极电容放电，完全切断短路负载需要30ms的时间，在此期间，短路尖峰电流仅仅受电路阻抗的限制 。 在图1所示的短路测试波形中，记录下来的短路尖峰电流为400A（加在Rs上的峰值电压达到2.4V），在28ms后短路电流降至100A。 

通过增加一个pnp达林顿晶体管可加速栅极放电，从而使短路瞬态过程缩短到0.5ms以内(图 2)。在MOSFET开启阶段，D1保证了正常的栅极充电驱动过程。关断时，热插拔控制器的3mA栅极放电电流改为直接驱动Q1的基极。Q1快速响应，在￡100ns的时间里完成对MOSFET栅极的放电。这样，发生短路时的瞬态大电流过程就被大大缩短，略大于快速比较器350ns的延迟时间。

图2和图3中明显的反向过冲和快速电流爬升是由检流电阻的寄生电感引起的。图3中的三角波振荡是由示波器的接地引线认为引入的干扰成份。

图3所示电路可以将短路尖峰电流控制在大约100A以下，瞬态过程限制在<200ns。当Rs上的电压降达到大约600mV时，pnp晶体管Q1a就会被触发，驱动npn晶体管Q1b加快M1栅极电容的放电，从而关断M1。检流电阻的寄生电感引起的陡峭的电压波形对pnp晶体管的快速触发也有一定帮助。

短路电流篇5

关键词：短路电流基本概念；短路保护措施；限制短路电流的措施

电力系统中出现短路故障时，会破坏整个电力系统的稳定运行，造成对电力用户的影响，发生严重情况时，还会危及人身和设备的安全。熟悉掌握短路故障的基本概念，合理有效地控制短路电流，十分必要。在运行维护中首先应当做好短路故障发生的预防工作，如果已发生短路故障，应尽快将故障部分切除，使系统电压在有限的时间内恢复正常值，以保证系统的安全性、可靠性。

1短路电流基本知识

1.1短路电流基本概念

短路故障是带电导体之间非正常的金属性接触，通常故障电流很大，危害主要有以下两个方面：（1）大电流在电气装置、配电线路以及开关电器等带电导体间产生很大的机械应力，使得带电导体及其固定件变形、扭曲、松动甚至断裂，严重破坏配电系统的正常运行。（2）大电流导致带电导体及连接件温度急剧上升，使得电线、电缆的绝缘材料损坏或失效，温度过高引起可燃物燃烧，造成火灾导致严重后果。在三相交流系统中，短路故障主要有四类：（1）三相短路；（2）两相间短路；（3）两相接地短路；（4）单相短路。以上几种短路中，仅三相短路为对称短路，且通常三相短路电流最大。在短路发生的过程中，电流变化的情况主要与以下两点相关：（1）系统容量大小；（2）短路点距离电源的远近。在平时的计算过程中，如果计算出的电抗标幺值X·c≥3时（供电电源容量为基准），我们可近似认为电源母线电压维持不变，不考虑短路电流交流分量的衰减，即无限大容量的系统，我们又称为远端短路。若计算出来的电抗标幺值X·c＜3（供电电源容量为基准），应考虑短路电流交流分量的衰减进来，即有限容量系统，我们又称为近端短路。短路电流计算方法有两种：IEC法，目前在国际上广泛应用；实用法，在国内电力行业广泛应用；本文主要对实用法进行简单介绍。在短路电流计算中，我们应求出最大短路电流值，用于电气设备的动热稳定效验以及整定继电保护装置。同时，最小短路电流值也应当求出，用于效验继电保护装置的灵敏系数。

1.2高压系统短路电流计算

在知道短路电路的各项参数，如电源容量、系统电压、系统阻抗等，再经过网络变换化为最简电路，计算求得短路点与电源之间的等值总阻抗，利用公式即可求出短路电流。短路电流的计算可以采用标幺制或有名单位制。标幺制主要应用于高压网络，有名单位制主要应用于1KV以下的低压网络。（1）标幺制。标幺制是一种相对单位制，为有名值与基准值之比。在计算过程中，首先，应当确定基准容量Sb和基准电压Ub的值，后利用公式对应求出基准电流Ib=Sb/√3Ub、基准电抗Xb=Ub/√3Ib，电路元件电抗的标幺值X*=X/Xb=√3IbX/Ub=SbX/Ub²，最终可求得三相短路电流初始值Ik’=Ib/X*。在计算过程中，基准容量虽然可以任意选定，但通常为了计算简便，基准容量Sb一般选定为100MVA；若为近端短路，一般选取发电机（馈送短路电流者）额定容量SrG作为基准容量。基准电压Ub通常取各电压级的平均电压Uav，即Ub=Uav=1.05Un（Un为系统的标称电压）。采用标幺制计算时，元件阻抗的有名值和相对值都应按基准容量换算为标幺值，且基准电压应采用平均电压。电路元件阻抗标幺值和有名值的换算公式可参见《工业与民用供配电设计手册》（第四版）表4.6-3。（2）有名单位制。采用有名单位制计算时，虽元件分属不同电压级，但各元件阻抗的相对值和欧姆值，都应当归算到短路点所在级的平均电压。三相短路电流初始值Ik’=Uav/√3Xc，如果Rc＞Xc/3，则应计入有效电阻Rc，则Ik’计算式变化为Ik’=Uav/√3Zc（其中Zc为短路电路总阻抗，RC为短路电路总电阻，Xc为短路电路总电抗）。电路元件阻抗标幺值和有名值的换算公式可参见《工业与民用供配电设计手册》（第四版）表4.6-3。

1.3低压系统短路电流计算方法

在低压系统的三相短路电流计算中，考虑系统为对称情况，三相短路中仅有正序分量，无须引入序阻抗的概念，各元件的相阻抗即相正序阻抗。而在单相短路（包括单相接地故障）计算中，系统发生不对称短路，且短路发生处距离发电机较远，可认为所有元件的负序阻抗与正序阻抗相等，此类计算中我们需要引入序阻抗和相保阻抗的概念。经过总结与简化，可以列出低压系统短路电流计算的通用公式：单相短路电流Ik1’=220/√Rphp²+Xphp²，三相短路电流的初始值Ik3’=230/√Rk²+Xk²（其中Rphp为短路电路的相保电阻，Xphp=短路电路的相保电抗，Rk=短路电路的总电阻，Xk=短路电路的总电抗）。

1.4短路电流计算结果的主要应用

（1）根据短路电流计算结果，比较和选择电气接线方案。（2）正确选择和效验电气设备及载流导体。（3）确定继电保护的选择和整定，以及灵敏系数的校验。（4）确定中性点接地方式。（5）对接地装置的接触电压以及跨步电压进行验算。（6）大中型电动机的起动压降计算。可以根据最大短路电流值选择电气设备容量参数以及继电保护装置，根据最小短路电流值可以效验继电保护装置灵敏系数。另可利用阻抗标幺值计算来校验电动机起动的电压降。

2短路保护措施

在发生短路故障时，我们应当采取有效的措施，避免有害后果的发生。因此，对短路保护电器的选型和参数设定尤为重要，短路电流会对导体及其连接件产生热效应和机械效应，造成线路及其绝缘损坏，以致引起电气火灾危害。合理选择保护电器，在危害前可靠切断电源是短路保护的基本要求。

2.1短路保护电器的类型

（1）gG熔断器和aM熔断器（反时限动作特性）：短路特性极佳的保护电器，具有良好的限流特性，对于被保护回路的安全十分有利，其允通能力（I²t）值很小，大大降低了短路时发热对线路导体截面积的要求。（2）断路器的瞬时过电流脱扣器：目前供配电系统中应用最广泛的短路保护电器，同样具有良好的限流特性，而且技术仍在不断发展进步。（3）选择型断路器的短延时过电流脱扣器：可实现选择性切断，缩小切断电路的范围，具有明显的优越性，但其价格昂贵，常用于电流较大、可靠性要求高的馈线回路。

2.2保护电器的装设

保护电器的装设要求如下：（1）每段配电线路都应装设短路保护电器（电源切断可能导致电气装置的运行出线危险的回路除外）。（2）每段配电线路只装设一台保护电器，一段线路不宜装设两台保护电器，更不应装设三台，必要时可装设隔离开关。过多的保护电器将增加切断电路的概率，降低配电系统的可靠性和选择性。（3）配电线路的分支处以及导体的截面减小处应装设保护电器。（4）在配电箱和控制箱的进线处不应装设保护电器，因为在该配电线路的首端已经设置了保护电器。

2.3保护电器的兼用

在配电系统中，每个配电回路都应设置保护电器，而这个保护电器通常兼作过负荷保护、接地故障保护和短路保护。断路器的脱扣器具有两种或四种功能（非选择性和选择性的区别），分别发挥不同的故障保护作用；而熔断器仅有一组熔断体，需同时满足以上三项保护的技术要求。

3限制短路电流的措施

3.1影响短路电流的因素

（1）主接线的形式及运行方式。（2）电力系统的电压等级。（3）电力系统中各元件的正、负、零序阻抗的大小。（4）系统中是否采用了限流电抗器、限流型电气设备、故障电流限制器等。

3.2限制短路电流的措施

（1）电力系统可采取的限流措施：提高电压等级；采用直流输电；增大系统的零序阻抗；在电力系统主网加强联系后，将次级电网解环运行；装设故障电流限制器。（2）发电厂和变电站中可采取的限流措施：在发电厂的发电机电压母线分段回路中安装电抗器；变压器采用分列运行方式；装设电抗器于变压器回路；出线上装设电抗器；采用低压侧为分裂绕组的变压器。（3）终端变电站中可采取的限流措施：变压器采用分列运行方式；变压器采用高阻抗型；装设电抗器于变压器回路；选用较小容量的变压器（当Uk％一定时，变压器的容量越小，变压器的阻抗越大）。

4结语

随着我国电力系统的不断进步完善，在电气设计中应有效地限制短路电流对电力系统的伤害。电气设计人员应当熟悉掌握短路电流的计算方法，根据短路电流的大小，科学地规划电力方案，合理地选择保护系统，以保证电力系统的安全性与可靠性。

参考文献：

[1]《低压配电设计规范》GB50054-2011.

[2]《工业与民用供配电设计手册》(第四版)任元会主编.

[3]《低压配电设计解析》任元会主编.

短路电流篇6

关键词：电能质量；短路电流；限制装置；前馈解耦

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0017-04

1 概述

随着技术不断发展进步，用户对供电电能质量有了新要求。

电能质量问题包括电压波动与闪变、电压暂降暂升、电压不平衡以及电力谐波等；其中电压恒定是用户的基本要求，电压暂降会导致设备发热和输出功率的增加或减少，电压暂升超过限值会导致电气绝缘击穿和设备的毁坏；在诸多电能质量问题中，电压暂降所受到的关注一直是最多的，在欧洲由电压暂降引起的用户投诉占整个电能质量问题的80%以上，而由谐波、开关误操作等引起的电能质量问题投诉不到20%。由此可见，电压暂降是电力系统中造成公害最大的电能质量问题，有必要采取积极、有效的措施对其进行治理以防止其给电力用户带来影响。

目前治理电压暂降的主要方法有：

（1）利用电压恢复器（DVR）。

图1 单相DVR结构原理图

如图1所示为DVR常用拓扑结构，此种拓扑下的DVR与UPS电源工作原理类似，当线路电压出现偏差时，其能够在5ms内实现补偿，补偿速度快，但是其容量有限、控制复杂并且价格昂贵。

（2）静止无功补偿设备（SVC）。SVC因其优越的暂态性能以及设备控制简单的特性受到广泛使用，目前用于抑制电压暂降和暂升的主要是基于TCR的SVC，但是其调节时间长，并且会带来谐波，对电压暂降和暂升的抑制能力有限。

（3）不间断电源（UPS）。UPS作为后备电源使用时，响应时间只需2～4ms，但是其不足在于容量小、价格昂贵，一般适合用于对于电能质量要求很高的重要负荷的电压波动抑制。

本文提出了一种新型补偿器，正常运行时，装置注入补偿电流，用以补偿电源电压在电抗器上产生的电压降落；电能质量不符合要求情况下，装置注入补偿电流保持负载侧电压稳定；短路情况下，接入串联电抗器起限制短路电流作用。

2 主电路拓扑设计

图2 新型短路电流限制器拓扑

如图2所示为新型短路电流限制器拓扑，设备包括电抗器、逆变器、滤波器、电容器、保护系统和控制器。系统正常运行时，逆变器对系统负荷侧进行无功、谐波等补偿使得负荷侧电能质量符合国家标准要求，同时，向电网注入相应无功功率，用以补偿串联在线路上电抗器产生的电压降落；当系统出现短路故障时，换流器迅速从电网中切除，短路电流流过限流电抗器，而不经过换流器，保护了装置。对于补偿器，本文采用了背靠背换流器的形式，此方法省去了常见DVR设备中的储能设备，一方面减少了储能设备的投资，另一方面整流器侧采用PWM整流能够很好地保持电压，取能来自电网自身，所以能够长期运行，不需要考虑储能设备的充电或者放电等保养问题。

3 电路工作原理以及控制策略

3.1 补偿控制策略

图3 系统等效电路

如图3所示为补偿系统等效结构图，通过向系统注入补偿电流，从而实现对系统电压的稳定。

对于电压暂降电能质量问题时，系统控制目标的确定，按照不同的情况有以下三种控制目标：

3.1.1 完全补偿法：其目标是保持负荷侧电压与电源侧电压一致，即有效值相等。严格时要求相位也相同。系统发生暂降后，不考虑相位跳变补偿器功率可表示为：

（1）

其中，Usag为暂降后电压标幺值，Z=R+jX为电源侧等效阻抗和负载侧等效阻抗并联值。

3.1.2 零有功功率注入法：其要求换流器系统不需要注入有功功率。如果单一进行无功补偿，此种办法可以，但是对于本文中多目标电能质量补偿来说其包含谐波补偿，其必定会带来有功的注入，所以不合理。

3.1.3 最小视在功率注入法：其本质上是要求注入电流最小，但是采用此种办法会导致负载侧功率因数偏低，达不到本文相应要求。

综上本文选用完全补偿法实现补偿。

3.2 PWM换流器控制策略

对于背靠背换流器，整流器的控制策略的稳定关系到整个补偿系统运行的稳定。如图4所示为基于前馈补偿解耦输入电流与直流侧电压的双闭环控制策略框图，通过引入前馈量实现dq轴分量的解耦控制，解耦过程见图5所示，通过引入ω0Liq与ω0Lid两个前馈量将耦合量抵消从而实现dq轴解耦控制。控制系统中电压外环的主要作用是维持直流侧电压恒定，其PI参数的设定目标主要是提高抗干扰性，电流内环的主要作用是增加控制器响应速度，由于都采用了PI调节器，所以能够很好地消除静差。基于前馈补偿解耦控制策略的PWM换流器通过电流环的调节自动改变、可以实现功率的双向流动。

图4 PWM整流器控制策略

图5 前馈解耦过程

4 仿真验证

4.1 复合补偿仿真

本文设计PWM整流器控制框图如图6所示。包括电压外环、电流内环，电流大小指令由电压外环PI调节器输出给定，乘上一个与电源同相的单位正弦波形便得到电流控制信号，再经过PI调节器与三角波进行比较得到IGBT开关的控制信号。

图6 PWM直流侧控制框图

图7 三相不平衡暂降补偿前后波形

本文此处考虑发生三相电压不平衡暂降扰动情况下的复合补偿，设定A相暂升35%，B相保持不变，C相暂降30%，补偿前后负荷侧电压波形分别如图7（a）、图7（b）所示。

可以知道补偿效果明显，响应速度很快，在5ms以内，取得了很好的效果，证实了控制策略的有效性。

4.2 短路电流限制仿真

短路电流计算过程中，线路阻抗很小所以忽略，设m为短路电流比，其计算式：

（2）

其中，I1为限制前短路电流，I2为限制后短路电流，XL为串入电路电抗，Xs0为发生短路故障时，短路电流回路电抗值，设定m=9。

在PSCAD/EMTDC仿真环境下，规定1.0～1.3s系统发生接地故障，如图8所示为加入电抗器前后短路电流，显然接入限流电抗器后，故障电流明显减小，峰值从7kA减小到0.7kA。

5 物理实验验证

物理实验电路拓扑如图2所示，控制策略见图4与图6所示；如图9所示为控制系统框图，DSP芯片负责人机接口控制算法以及故障检测的实现，数据的开入开出由FPGA实现，下层单元的控制由CPLD完成。物理平台搭建线路以及保护整定相关参数如表1、表2所示。

如图10所示为装置补偿无功电流和谐波复合电能质量问题时的效果。

如图11所示为装置补偿谐波电流、无功电流以及不平衡电流效果图。

由图10与图11补偿前后的效果，可以明显看出装置多目标补偿效果明显，证实了控制策略的有效性。

6 结语

本文提出了将对故障电流的抑制融入了无功补偿设备中，此处的优势在于无功补偿设备补偿了其产生的无功电流，同时由于设置了保护措施，所以在故障时刻能够及时地切除补偿设备而限流器同时发挥故障电流限制作用。通过对控制器设计，补偿设备可以进行多目标补偿，物理实验考查了该装置对于复合电能质量问题的补偿效果，结果证明控制策略有效，补偿效果很好。

参考文献

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[2]肖湘宁，等.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2010.

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[4]M.Kowsalya，K.Garg，N.Gupta.Series compensation for static and dynamic voltage stability enhancement

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[6]高效，彭建春.电压暂降的定量评价与失电损失分摊[J].电网技术，2005，29（12）：22-26.

[7]Yi Tang，Poh Chiang Loh， Peng Wang etc.Generalized design of high performance shunt active power filiter with output LCL filter[J].IEEE transactions on industrial electronics，2012，59（3）：

短路电流篇7

【关键词】500kV；自耦变压器；小电抗；短路电流

1 内蒙古电网短路电流水平

目前，内蒙古电网已形成“两横四纵”的500kV主干网架结构。各盟市供电区域均形成220kV主供电的网架结构。其中，呼和浩特、包头、乌海地区已形成220kV城市环网。随着内蒙古电网范围内负荷的不断增长，现有网架结构不断加强，根据电网规划，“十三五”内蒙古电网将进一步加强，到2020年内蒙古电网将形成“三横五纵”的500kV电网网架结构。目前内蒙古网内部分变电站的220kV侧的单相短路电流已经超出现有设备的遮断容量。

从表1可以看出，变电站A、变电站B、变电站C的220kV侧的三相短路电流在47kA以内，220kV侧单相短路电流均已超出现有设备的遮断容量（50kA）。

2 限制短路电流的措施

2.1 减少接地点

减少附近供电区内接地点，经计算可以降低220kV侧单相短路电流水平，但作用不明显。

2.2 主变分裂运行

主变分裂运行，主变分裂运行后可以明显降低220kV侧单相短路电流水平，但是该限制措施的实施受现有变电站主变规模的限制，部分变电站不具备分裂运行的条件，部分变电站现有2台或3台主变，主变分裂运行会降低供电可靠性。由于地区负荷增长情况，新建变电站投产初期四台主变同时投产没有必要，且造价太高投产周期较长；旧站扩建主变也受场地、造价及建设周期的限制，具体实施的难度相对较大。

2.3 改变地区电网网架结构

随着500kV电网的不断加强和完善，内蒙古电网各分供电区之间功率交换主要由500kV电网承担，220kV电网逐步向地区供电网转化，分区之间的220kV线路的功能由目前起主网作用逐步转变成互为备用的性质，内蒙古电网内部各分供电区之间的220kV联络线将逐步解开运行。解开运行后会明显降低地区的短路水平。但是该方案的实施也需要完备的网架结构才能实施，需要网架结构逐步完善后才能实现，无法在短时间内解决短路电流超标问题。

2.4 装设中性点小电抗

近年来国内各地区电网均随着装机容量和电网规模的不断增加，出现了不同程度的500kV变电站220kV母线侧单相短路电流超标问题，在主变中性点装设小电抗，站内改造工程量较少，占地较小，工期短，投资少，见效快，是目前国内较为通用的降低500kV变电站220kV侧单相短路电流超标的有效措施。目前该方法在全国应用的较为普遍，且运行状况良好。

3 500kV自耦变压器中性点小电抗对短路电流的影响

3.1 小电抗阻值对短路电流的影响

中性点小电抗主要参数是小电抗的阻值，小电抗阻值的选取直接影响变电站的短路电流。下面以变电站A为例，对小电抗阻值对短路电流的影响做一详细的说明，见表2。

从表2的计算结果可以看出，在主变中性点装设小电抗，可以有效的降低500kV变电站220kV侧的单相短路电流。随着阻值的增大，上述各变电站220kV侧的单相短路电流降幅明显；500kV侧单相短路电流变化较小；小电抗的装设对500kV及220kV侧三相短路电流基本没有影响。

中性点加装小电抗的阻值对变电站220kV侧单相短路电流的影响程度，以变电站A、变电站B、变电站C为例，计算结果见表3。

从表3的计算结果可以看出，小电抗阻值从0增长至20Ω时，220kV侧单相短路电流降幅较大，变电站A的降幅从50.20kA降低至43.57kA，变电站B的降幅从53.18kA降低至42.42kA，降幅最大为10.76kA，最小也达到6.63kA；阻值选取大于20Ω，单相短路电流降幅减小，趋于平缓，小电抗的作用趋于饱和，效果不明显；由于主变参数、系统运行方式等因素的影响短路电流的降幅不尽相同。详见图1所示。

3.2 小电抗装设台数对单相短路电流的影响

为更为详细的分析小电抗装设方案，对装设15Ω中性点小电抗情况下，主变中性点小电抗台数进行了分析计算。计算结果见表4。

从计算结果可以看出，随着主变中性点加装小电抗数量的增多，变电站220kV侧单相短路电流降幅明显。

4 结论

通过前述分析，在主变中性点装设小电抗，是目前国内较为通用的降低单相自耦变压器220kV侧单相短路电流的措施，该方法适用于单相短路电流大于三相短路电流的情况。采用该方法后，220kV侧单相短路电流水平降低明显。由于主变参数、系统运行方式等因素的影响短路电流的降幅不尽相同。该措施投资少、工期短，不会对地区负荷供电可靠性和安全性产生不利影响，能够较快的解决变电站220kV侧单相短路电流水平超标问题。

【参考文献】

[1]傅中，王刘芳，王庆军，等.500kV自耦变压器中性点经小电抗接地的过电压与绝缘配合分析[J].高压电器，2009，8：126-128.

短路电流篇8

关键词：锌包铜、接地计算、短路电流

1、锌包铜产品介绍

1.1产品介绍

（1）它是综合性的接地材料。

（2）锌纯度为0#高纯锌，锌覆盖层纯度高，电流效率高，不易钝化。且电化学性能稳定。锌且为防爆材料。

（3）它不是一全新性能的新材料产品,其基本原理是将传统的镀锌层,采用特殊工艺将锌层加厚,增强自身抗腐蚀性能和对钢质构筑物有保护作用或无腐蚀干扰。

（4）锌的导电性能是钢的2.5倍，锌包铜材料的选用也大大增强了地网的泄流能力，满足雷电流的泄放以及故障电流的需求。

（5）根据DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》附录C校验中明确：S表示为接地线截面积；即S80为截面积为80mm2的接地线，S120为截面积为120mm2的接地线。

1.2 腐蚀方面介绍

国外优秀科技著作出版专项基金资助的著名文献、《尤利格腐蚀手册》（（加）R.温斯顿.里维 主编，杨武等译）中第四十八章中：锌在大气中的腐蚀速度至少比钢的腐蚀速度低10倍（P664）。

文献《电力系统接地技术》（曾嵘 何金良 著）中P543记载：锌在土壤中的腐蚀数据是0.015mm/a,而钢是0.021mm/a。

2 锌包铜截面积校验计算

2.1计算思路

（1）在110kV变电站户外均压网格的接地装置，也就是最大入地短路电流发生地所采用的是截面积为120mm2的锌包铜；但为计算保守起见，本计算采用工程用最小截面接地材料S80锌包铜接地线进行验证。

（2）本计算采用预先将锌包铜接地线腐蚀30年后的截面进行计算。

（3）根据DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》附录B计算经接地网的最大入地短路电流：

2.2最大接地短路电流计算

该站最大短路电流=40KA（设计院提供的最大短路电流计算值为33.8KA，40KA则为断路器开断最大电流值，选择断路器用,为安全起见本计算仍取40KA）

考虑返回变压器中性点的短路电流=15%=6KA。（该值由继电部门提供，一般取最大短路电流的15%）

发电厂和变电站内、外发生接地短路时，经接地网入地的电流可分别按下二式计算：

式中：I ――入地短路电流，即通过地网进行散流的电流，A

――接地短路时的最大接地短路电流，即为单相短路接地时最大运行方式下的最大短路电流，A；

――发生最大接地短路电流时，流经发电厂变电所接地中性点的最大接地短路电流，A；

Kc1、Kc2――分别为厂或所内和厂或所外短路时，避雷线的工频分流系数。Kc=1-Sf

计算用入地短路电流取两式中较大的 I 值。

结合IEEE Std 80-2000中计算得知，取0.4、取0.15得站内外短路的入地电流分别为：

=13.6KA

=0.9KA

根据DL/T 621-1997要求，入地电流取两者较大值13.6KA。

2.3S80锌包铜腐蚀后截面积校验

2.3.1 截面积计算

（1）S80锌包钢直径是10.2mm，其中铜径为5mm。

（2）根据以上文献记载，锌的腐蚀率为0.015mm/a（毫米/年），30年的腐蚀厚度为0.45mm。那么30年后锌包铜的直径为9.75mm，截面积为74.62mm2。

2.3.2 截面积校验计算

（1）根据DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》热稳定系数附录C

接地线的最小截面积应符合下式要求：

式中：-接地线的最小截面，mm2

-流过接地线的短路电流稳定值

-短路的等效持续时间，0.5s（发生短路故障时根据开关柜保护断路时间为0.1S（设计院计算书中校验取值），本计算校验采用的0.5S是为了更加安全考虑）;

-接地线材料的热稳定系数；（铜为210；锌为150）

（2）腐蚀后截面积计算

考虑腐蚀后的S80锌包铜接地线的截面积为：

S1=74.62 mm2

铜芯部分的截面积为:

S2=19.625 mm2

锌层部分的截面积为:

S3=S1-S2=55 mm2

（3）通流量计算

铜芯部分的通流量为：

I1=S2×C1/=19.625×210/=5888A

锌层部分的通流量为：

I2=S3×C2/=55×150/=11667A

总通流量为：

I=I1+I2=5888+111667=17.555kA ＞ 13.6kA（设计值）

2.4 不考虑接地线腐蚀，截面积校验计算

（1）截面积计算

S80锌包铜接地线的截面积为：

S1=80 mm2

铜芯的按照直径5mm计算，铜芯部分的截面积为:

S2=19.625 mm2

锌层部分的截面积为:

S3=S1-S2=60.375 mm2

（2）通流量计算

铜芯部分的通流量为：

I1=S2×C1/=19.625×210/=5888A

锌层部分的通流量为：

I2=S3×C2/=60.375×150/=12938A

总通流量为：

I=I1+I2=5888+12938=41670=18.83kA ＞ 13.6kA（设计值）

2.5 其它规范规定的最小截面

（1）《GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

（2）DL/T 621-1997标准中6.1.2表1中说明：

发电厂和变电站地下接地装置的圆钢直径为不小于10mm。

（3）本工程采用的锌包铜接地线（S80、S120）均满足规范要求。

3结论

（1）S80锌包铜接地线截面积满足30年使用的最大入地短路电流的通流量要求；

（2）S120锌包铜接地线截面积大于S80锌包铜接地线，故同样满足30年使用的通流量要求。

参考文献

【1】周开春 何明峰 多种降阻材料搭配在变电站接地网的改造中的应用【J】.广西气象，2006,27（2）

【2】建筑物防雷设计规范（GB50057-94）

【3】劳小青 潘家利 采用几何计算法判断三支不等高避雷针的保护范围【J】.气象研究与应用，2008,29（1）：72-74

短路电流篇9

[关键词]低压供电系统；Excel软件；短路电流计算；煤矿井下

中图分类号：U223 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0364-01

1 综述

在煤矿井下低压供电的系统安全保护设计中，对于短路电流的计算是一项比较重要而又较为繁琐的工作，事先还要对不同粗细的电缆进行等效计算。平时，为了保障各低压供电系统的安全，也需要经常地进行统计、计算以及校验等。若发现安全保护不当或无法保护，那么就需要改进线路布置方式，或者更换较粗等级的电缆来弥补保护范围及灵敏度的不足。然而，计算过程中的参数较多、公式复杂，计算也容易出错，许多次方面的机电技术人员为此而耗费了较大的精力。

为提高对低压供电系统计算的工作效率，我们摸索出利用Excel的强大的电子函数及公式计算等功能，按照供电设计技术手册中的相关公式和技术管理规范要求，设计了一个集电缆长度折算、短路电流计算、电压损失计算、负荷统计及过流保护的整定、校验等功能于一体的较为实用的计算机供电设计工具。利用该Excel软件，只需在规定的数据框内填人电缆长度、负荷等具体数据，而其它的未知数据则可自动产生，这样也给低压供电管理中的设计和负荷的调整计算带来了很大的实用与方便，而且计算还比较准确，速度又快捷。这也是作为煤矿井下供电管理技术人员比较实用的一种工具。它对保障煤矿井下低压供电系统的安全性具有重要的作用和效果。

2 利用Excel计算电缆的等效长度

1）基本计算方法。对于660V供电系统来讲，不同截面积的电缆，需要折算成50mm2的标准截面进行计算，并由此来计算供电线路的两相短路电流。电缆等效长度折算表系数如表1所示。在表1中，则是该工具软件中的一部分。

2）具体操作方法。在表1框内输入各种电缆数据，而其中数据的第一个数字表示为电缆截面代号。其后数字则表示电缆的长度，截面分别为10（16）、25、35、50、70、95mm2的电缆，代号分别用1（6）、2、3、5、7、9来代表。如“7100”，表示为70mm2的电缆，长度为100m，依次类推。采用此方法计算，可在表1相应框内的任意单元格中即时输入电缆数据（截面、长度必须同时输入）。当输入完所有的电缆数据之后，计算机则在该表中自动统计出电缆数据的输入次数、电缆总长度和总折算长度等实用数据。在表1中中，其输入次数就为13次，也表示共输入13组电缆数据。这其中13组数据中：高压电缆为1组，低压电缆为12组；其中的高压电缆数据栏中“7200”，则表明电缆截面70mm2，长度为200m，折成电缆长度系数为1.6m。12组低压电缆的电缆总长度为900m，得到折算长度为1542.9m；电源系统（若短路容量按50MVA考虑）的系统电抗折成电缆的等效长度为20.9m。所以，该系统电缆线路的总折算长度则为1565.4m。这个计算过程，则均由计算机自动完成，并由Excel的引用功能，计算机将电缆折算的最终结果1565.4m自动录入到短路电流计算表中，出现最终结果。

备注

在右边红框内输入电缆数据

3 利用Excel计算供电线路的短路电流

1）短路电流计算方法。在表2中，其数据则是软件中短路电流计算表的一部分。其中，各种型号的变压器只有容量、铜耗、阻抗电压三个数据由人工输入到表2中外，其他则可利用Excel中电子公式及格式刷功能，计算机将自动计算出各变压器的计算电阻、计算电抗值。而表2中的电缆折长，则由表1的结果自动录入。这样一来，则根据变压器、计算阻抗和额定电压，便可由计算机自动计算出对应于某一电缆折长下各变压器的两相短路电流值，然后根据实际所使用的变压器型号，即可在表2中找到相应的短路电流值，最终以便于校对短路电流值是否能被保护到，并符合要求。同时，这也为具体整定设置提供了可靠的依据。

2）短路电流计算实例。按照上例及表2中对于容量为50KVA的KBSGZY型变压器，可根据供电设计手册，得到相应的结果（基本参数）：计算电阻：R=0.1524Ω；计算电抗：X=0.4005Ω；短路电流：Id=344A。这些基本结果数据，均由计算机自动计算得到（列入表2中）。

从这个计算例证可以看出，只要在表1中输入高、低压电缆数据和供电线路的电压值，就可迅速从表2中查出对应于某电缆折算长度下的各变压器的两相短路电流值。至于像电压损失计算表、负荷统计表和整定计算表等工作中常用的计算图表，以及常用的数据与公式等内容，均可设计在该软件的各个具体工作表之中。这样就能满足了实际工作需要的一些技术参数，便于了安全整定保护，实现动态掌握。这样也能节能了大量的计算所需要的时间，从而把精力投入到其他工作当中去。

4 结束语

煤矿随着计算机和信息技术的迅猛发展，在供电安全保护、瓦斯监测监控、提升监控、排水监控、煤炭的运输监控等技术领域的设计、管理，均可应用计算机工具软件来完成。这样就可极大的提高了生产力及其安全保护作用。人们就可从繁琐的煤矿供电设计绘图、计算等工作中走出来，由由计算机来完成即可。如此不但能大大提高煤矿的安全保护能力，而且对于提高生产能力、提高产品质量及提高企业经济效益带来很大的实惠。

参考文献

[1] 刘钦圣.最小二乘问题计算方法[M].北京：北京工业大学出版社，1989.

[2] 吴斌，刘沛，陈德树.继电保护中的人工智能及其应用[J].电力系统自动化，1995，（4）：17-19.

[3] 束洪春.基于分布参数线路模型的架空电力线故障测距方法研究[D].哈尔滨：哈尔：滨工业大学，1997.

[4] 窦振中，汪立森.PIC系列单片机应用设计与实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[5] 龚力文.发电机轴电流保护动作的原因及防范[J].水电厂自动化， 2004（1）：25-26.

[6] 刘学军.继电保护原理[M].中国电力出版社（第二版），2007.

[7] 吴天明，赵新力，刘建存.MATLAB电力系统设计与分析[M].国防工业出版社.2007.

[8] 邱晓燕，刘天琪.电力系统分析的计算机算法[M].中国电力出版社.2009

短路电流篇10

关键词：电网 短路电流 电流互感器

电流互感器额定动稳定、短时热电流和试验方法

电流互感器的短时热电流（Ith）是在二次绕组短路的情况下，电流互感器在一秒钟内承受住且无损伤的最大一次电流方均根值。而额定动稳定电流（Idyn）是在二次绕组短路的情况下，电流互感器能承受其电磁力的作用而无电气或机械损伤的最大一次电流峰值。并且，动稳定电流通常为短时热电流的2.5倍。

在电流互感器的型式试验中，需试验电流互感器的动稳定电流和短时热电流是否达到铭牌值，其短时热电流的试验方法：对于短时热电流（Ith）试验，互感器的初始温

度应在5～40℃之间，本试验应在二次绕组短路下进行，所加电流I 和持续时间t应满足（I2t）不小于 ，且t在0.5～5s之间。

动稳定试验应在二次绕组短路下进行，所加一次电流的峰值，至少有一个峰不小于额定动稳定电流（Idyn）。

动稳定试验可以与上述热试验合并进行，只需试验中电流第一个主峰值不小于额定动稳定电流（Idyn）。

二、电力系统短路电流计算

在电力系统中，一般三相短路电流数值较大，产生的电动力和发热也最严重。在确定电流互感器动稳定和短时热电流时，可以只根据三相短路电流来选择，而不必考虑系统中的中性点是否接地。

当三相短路时，并设短路发生在Um=0时：

式中ik——短路全电流瞬时值；

Um——系统母线电压；

上式右边第一部分为正弦电流，是短路电流的周期分量。第二部分是一个按指数衰减的直流分量，又叫非周期分量或自由分量。

ik=ip+inp

某一瞬时的短路全电流有效值Ik(t)是以t为中点的一个周期内的ip有效值Ip(t)与inp在t瞬时值inp(t)的方均根值，即

短路电流经过半个周期（t=0.01s），短路电流瞬时值达到最大值，这一瞬时电流为短路冲击电流，用ish 表示。

式中ksh——短路电流冲击系数

短路全电流ik的最大有效值是短路后第一个周期的短路全电流有效值，用Ish表示，也叫冲击电流有效值。

式中——短路次暂态电流有效值，是短路后第一周期的短路电流周期分量ip的有效值

对于一般的高压电力网而言，电抗均较电阻值要大得多，τ值一般取τ=0.05s，相应的ksh=1.8，因此

短路暂态过程在经过0.2s后就衰减完毕，这时的短路电流达到稳定状态，称为短路稳态电流，用Ik表示。

在无限大容量系统中，由于系统电压在短路过程中是恒定的，所以可以认为暂态过程以后，所有时间短路电流完全相同，即

短路冲击电流ish用来校验电流互感器的动稳定度。

短路稳定电流Ik=用来校验电流互感器的短时热稳定。

在电力系统中，一般都知道母线的短路容量，根据下式，可以方便地计算出系统的三相短路电流(三相短路电流的周期分量有效值)为：

式中Um——短路点的计算电压（母线电压的平均值），对于不同的母线电压，可取对应取0.4、10.5、37、115、230、525kV；

三、电流互感器的动、短时热稳定电流的选择

电流互感器的额定动稳定电流应满足下面的条件：

电流互感器的额定短时热电流应满足以下条件：

式中Ith——设备的短时热稳定的电流铭牌值；

T——电流互感器铭牌的短时热稳定电流值持续的时间。

Ik——短路电流稳态值

tk——短路电流持续时间，短路发生到开关切断电流的时间，一般用保护动作时间代替；

在电流系统中，电流互感器安装地点不同，流过的短路电流不同，10kV线路都为单电源，短路电流情况最为简单，便于分析说明选择原则，以下就以10kV出线电流互感器为例，分析说明电流互感器的动、短时热稳定电流的选择方法，其分析方法也同样适用于其它安装地点的电流互感器的选择。

对于10kV出线的电流互感器，线路的任一点发生短路，短路电流都会流过该电流互感器，短路电流随短路点离母线距离越远短路电流而变小，当短路点发生在出线端时，短路电流最大，其值与母线短路电流基本一样。对于负荷侧变电站母线，流过进线电流互感器的短路电流也是与负荷侧母线的短路电流基本相同，应此，在选择电流互感器动、短时热稳定电流时，可以取临近的母线短路电流Ik。

短路电流持续时间越长，电流互感器发热越严重。在计算短路电流持续时间时，应考虑到断路器可能发生拒动的情况，由后备保护动作切断短路电流。另外，当断路器重合闸时，由于断路器两次动作时间间隔很短，电流互感器的热量来不及散发，温度不会发生明显变化，应该将两次短路电流持续时间相加作为短路电流持续时间tk。一般情况下，后备保护动作时间比重合闸叠加时间更长，应此，应以该断路器的后备保护动作时间作为tk。

根据上面的分析结果，很容易地计算出Ik和tk，在根据上面电流互感器动、短时热稳定电流的应满足的条件，可以方便地确定电流互感器动、短时热稳定电流值。

四、电流互感器动、短时热稳定电流的一般规定

电流互感器额定动稳定电流通常为额定短时热电流的2.5倍。如与此值不同，应在铭牌上标明。从上面对电力系统的短路电流分析可知，短路时的冲击电流也基本上是稳态短路电流的2.5倍，因此，当电力互感器的短时热电流满足安装地点的短路电流的要求时，动稳定电流一般都能满足要求。但在实际选择中，还是要注意电流互感器铭牌短路电流持续时间对结果的影响。

电流互感器额定短时热电流的交流分量应从下列数值中选取：

3.15，6.3，8，10，12.5，16，20，25，31.5，40，50，63，80，100kA。

短路持续时间应在下列数值中选取：

1，2，3，4，5s。

参考资料：