劉其賓

摘 要：在電力系統(tǒng)中，短路是一種常見的故障，其帶來的危害性非常大，甚至會造成系統(tǒng)崩潰瓦解。在運行過程中，由于種種原因，短路成為不可避免的重大事故。本文就短路電流計算進行探討，通過短路電流計算，為繼電保護整定提供技術數(shù)據(jù)支撐。當系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，保護裝置快速、準確、可靠地將故障線路及設備從系統(tǒng)中切除，從而確保系統(tǒng)的安全經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)可靠運行。

關鍵詞：電力系統(tǒng); ?短路電流計算

一、短路的概念及類型

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

二、短路的原因及后果

一）、短路的主要原因：

1、電氣設備載流部分的絕緣被損壞（引起絕緣損壞的原因有：各種形式的過電壓、絕緣材料的自然老化和污穢、維護不當及機械損傷等）;2、電力系統(tǒng)的其他故障（如輸電線路斷線和倒桿塔事故、誤操作、鳥和小動物等跨接裸導體）。

發(fā)生短路時所產(chǎn)生的基本現(xiàn)象就是短路回路的電流劇烈增加，此電流稱其為短路電流，可能達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，對發(fā)電機而言，它將產(chǎn)生“去磁性”的電樞反應，故端電壓下降;對輸電線路等設備而言，增大了電壓損失，因為在電流急劇增大的同時系統(tǒng)電壓降也大幅度增加。

二）、短路的嚴重后果：

1、短路往往會產(chǎn)生電弧，它不僅燒壞故障元件本身，還燒壞周圍設備及人員。2、巨大的短路電流通過導體，一方面造成導體過熱使絕緣損壞，甚至使導體熔化;另一方面，巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動力作用于導體，使導體變形和損壞。3、短路時系統(tǒng)電壓將大幅度下降，特別是靠近短路點處電壓降更大，造成用戶不能正常用電。如異步電動機可能制動，因其電磁轉(zhuǎn)矩與外加電壓平方成正比;發(fā)電廠母線電壓降低，對電機轉(zhuǎn)速變慢，可能過熱，甚至燒毀等等的惡性循環(huán)事故。4、不對稱短路的短路電流會對通信及電子設備產(chǎn)生電磁干擾，影響其正常工作。5、短路時，將使電力系統(tǒng)功率突然變化和電壓嚴重下降，破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，若果持續(xù)時間較長，將使系統(tǒng)崩潰瓦解。

三、短路電流計算的目的和基本假設條件

一）、目的

1、電氣主接線方案的比較和選擇，并合理確定其運行方式及限流措施;2、電氣設備和載流導體的選擇，并校驗其熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定;3、繼電保護裝置的選擇和整定計算，使之能快速、靈敏、可靠，且有選擇性的切除短路故障;4、接地裝置的設計，以減少因雷擊造成短路故障;5、系統(tǒng)運行和故障情況的分析。6、驗算開關電器動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流等。

二）、基本假設條件

①、系統(tǒng)在正常工作時是對稱的;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關;③、各元件的電阻忽略不計;④、輸電線路的電容忽略不計;⑤、變壓器的勵磁電流忽略不計。

四、短路電流計算相關法則及相關公式

一）、標么制：

為了使計算方便，采用標么制進行計算，

（標么值=;百分制與標么值×100都是相對值;遇到百分值，先除以100化為標么值）。

二）、 基準值的選擇：

在計算過程中，常用的電氣量有U線電壓、I相電流、X一相電抗、S三相容量四個電氣量應滿足歐姆定律及功率方程式：（1）、 ?U=IX、（2）、S=UI，這四個電氣量的基準值可以任意選取，一旦選定，所有的計算都只能依照此基準值，而且要滿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，一個系統(tǒng)的電壓和容量是已知的，故一般是任意選取基準容量Sj=100MVA，基準電壓Uj=Up（或?qū)嶋H值）。基準電流、基準電抗由式（3）和（4）求得：（7）Ij=Sj÷Uj（8）Xj=Uj÷Ij=U2j÷Sj根據(jù)標么值的定義及式（8）可求得電抗的標么值：（9）或。將計算結(jié)果換算成有名值的公式如下：。在計算過程中，當系統(tǒng)容量為無窮大時，系統(tǒng)的電抗為：，并將電網(wǎng)看作無窮大容量來進行計算。

三）、系統(tǒng)中各元件的電抗（標么值）

1、電力變壓器：變壓器的勵磁電流較小，一般為額定電流的5%，忽略不計。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%，是變壓器通過額定電流時的電壓降對額定電壓的比值的百分數(shù)，所以變壓器以額定參數(shù)為基準值的電抗標么值（依式（9）為：將其換算為所選基準值的標么值為（應為同一基準）：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：—電抗器所在電壓級的平均額定電壓。

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

4、發(fā)電機：

5、各級平均額定電壓

6、各線路每km電抗的平均值

7、短路電流標么值：短路穩(wěn)定狀態(tài)時，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)短路電流的標么值為：（即回路電抗標么值的倒數(shù)或而穩(wěn)態(tài)短路電流為：

8、母線剩余電壓標么值：。

9、在短路的后半期（0.1后）是短路電流最大的時候，會產(chǎn)生很大電動力使導體和設備受損。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)的安全可靠運行，減輕短路的影響，除了在運行維護中應努力設法消除可能引起短路的一切原因外，還應盡可能地切除短路故障部分，使系統(tǒng)的電壓在較短的時間內(nèi)恢復至正常值。為此，系統(tǒng)的掌握短路電流計算意義非常重大，為選擇采用合理快速動作的繼電保護裝置及根據(jù)實際情況加裝限制短路電流的電抗器提供有力的計算數(shù)據(jù)。當故障發(fā)生時，繼電保護裝置才能充分展示其使命，有選擇的、精準、快速、靈敏、可靠的將故障線路或設備與系統(tǒng)隔離，避免事故擴大，真正成為電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、可靠運行的守護神。