电力系统线路短路电流计算、应用及限制措施

浅谈电力系统线路短路电流计算、应用及限制措施

摘要：文章介绍了电力系统发生短路的原因，短路电流的计算及应用，限制短路电流的措施。

关键词：短路电流；应用；限制措施

短路是指不同电位的导体之间的电气短接，这是电力系统中最常见的一种故障，也是最严重的一种故障。

电力系统出现短路故障，究其原因，主要有以下三个方面：（1）电气绝缘损坏；（2）误操作；（3）鸟兽害。

电路短路后，其阻抗值比正常时电路的阻抗值小得多，因此短路电流往往比正常电流大许多倍。在大容量电力系统中，短路电流可达几万安培或几十万安培。如此大的短路电流对电力系统可造成极大的危害：

（1）短路电流的电动效应和热效应；（2）电压骤降；（3）造成停电事故；（4）影响电力系统稳定；（5）产生电磁干扰。

由此可见，短路的后果是非常严重的，因此供配电系统在设计、安装和运行中，都应尽力设法消除可能引起短路故障的一切因素。在三相系统中，可有下列短路形式：

（1）三相短路；（2）两相短路；（3）单相短路；（4）两相接地短路。

电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般是三相短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电气系统中的电气设备在最严重的短路情况下也能可靠工作，

因此作为选择校验电气设备的短路计算中，以三相短路计算为主。对于无限大容量电力系统计算短路电流常用的方法有欧姆法和标幺制法。进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图。在计算的电路图上，将短路计算所要考虑的主要参数都表示出来，并将元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的电路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只要将所计算的电路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母用复数的形式标阻抗值。然后将等效电路化简。对一般用户供配电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量系统，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算电路电流和短路容量。

对于低压系统短路电流的计算方法采用欧姆法。但低压系统短路电流的计算具有一下特点：

（1）一般用电单位的电源来自地区大中型电力系统，配电用的电力变压器的容量远小于系统的容量，因此短路电流可按远离发动机端，即无限大电源容量的网络进行计算，电路电流周期分量不衰减。

（2）计入短路电路各元件的有效电阻，但短路点的电弧电阻、导线连接点、开关设备和电器的接触电阻可忽略不计。

（3）当电路电阻较大，短路电流直流分量衰减较快，一般可以

不考虑直流分量。只有在离变压器低压侧很近处，例如低压侧20m 以内大截面线路上或低压配电屏内部发生短路时，才需计算直流分量。

（4）单位长度有效电阻的计算温度不同，在计算三相最大短路电流时，导体计算温度取为20℃；在计算单相电路电流时，假设的计算温度升高，电阻值增大，其值一般为20℃的1.5倍。

短路电流计算结果应用于：

（1）电气接线方案的比较和选择；（2）正确选择和校验电气设备（包括限制短路电流的设备）；（3）正确选择和校验载流导体；（4）继电保护的选择、整定及灵敏度校验；（5）接地装置的设计及确定中性点接地方式；（6）计算软导线的短路摇摆；（7）确定分裂导线间隔棒的间距。架空线当传输容量较大时，导线采用分裂导线，为了避免由于电磁力作用、风力作用和冰雪作用，分裂导线缠绕发生摩擦和碰线，而保持一定的分裂间距应安装间隔棒；（8）验算接地装置的接地电压和跨步电压；（9）大、中型电动机的起动（起动压降计算）。

影响短路电流的因素有：

（1）系统的电压等级；（2）主接线形式以及主接线的运行方式；（3）系统的元件正负序阻抗及零序阻抗大小（变压器中性点接地点的多少）；（4）是否加装限流型电器（如限流电抗器、分裂电抗器或分裂绕组变压器，增加回路电抗限制短路电流）；（5）是否采用限流型电器（如限流熔断器、限流低压断路器，能在短路电流到

达冲击值之前完全熄灭电弧起到了限流作用）。

短路电流给设备和线路带来了危害，因此必须采取措施限制短路电流。具体措施如下：

1 电力系统可采取的措施

1.1 提高电力系统的电压等级（电压等级高，在相同的短路容量下则短路电流小）。

1.2 直流输电（直流系统的“定电流控制”将快速地将电路电流限制在额定电流左右，即使在暂态过程也不超过2倍额定值，可限制短路电流）。

1.3 在电力系统主网加强联系后，将次级电网解环运行。

1.4 在允许的范围内，增大系统的零序阻抗，例如采用不带第三绕组或第三绕组为y接线的全星形自偶变压器，减少变压器中性点的接地点等（可减小系统的单相短路电流）。

2 发电厂和变电所中可采取的限流措施

2.1 发电厂中，在发电机电压母线分段回路中安装电抗器（当线路上或一段母线上发生短路故障时能限制另一段母线上电源所提供的电路电流）。

2.2 变压器分列运行。

2.3 变电所中，在变压器回路中装设分裂电抗器或电抗器。

2.4 采用低压侧为分裂绕组的变压器。

2.5 出线上装设电抗器。

3 终端变电所中可采取的限流措施

3.1 变压器分列运行。

3.2 采用高阻抗变压器（增加变压器的uk%能增大变压器阻抗限制短路电流）。

3.3 在变压器回路中装设电抗器（增加回路的电抗值限制短路电流）。

3.4 采用小容量变压器（当uk%一定时变压器容量越小则变压器阻抗越大，可限制短路电流）。

短路的确对线路和设备有害，所以在应用中一定到避免短路的发生，并采取有效措施限制短路电流，从而保证电力系统及设备的正常运行。

参考文献

[1]工业与民用配电设计手册（第三版）[m].中国电力出版社，2005.

[2]钢铁企业电力设计手册（上，下）[m].冶金出版社2013（1）.

[3]刘介才.供配电技术[m].机械工业出版社.

作者简介：姜桂林（1965-），女，副教授，从事建筑电气方面的教学及研究。