第5章 短路电流计算
为保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，不仅要考虑系统在正常状态下的运行情况，还应该考虑系统发生故障时的运行情况及故障产生的后果等。电力系统短路是各种系统故障中出现最多、情况最严重的一种。所谓“短路”，就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地（指中性点直接接地系统）之间发生通路的情况。
1、短路的原因及危害
发生短路的原因主要有下列几种：
（1）电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；
（2）架空线路因大风或导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等； （3）电气设备因设计、安装及维护不良所导致的设备缺陷引发的短路；
（4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后没有拆除接地线就加上电压等。
短路故障发生后，由于网络电路总阻抗大为减少，将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流。强大的短路电流将造成严重的后果，主要有下列几个方面： （1）强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁；
（2）巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏；
（3）短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏；
（4）短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电，这是短路所导致的严重后果；
（5）巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。
2、短路的类型
短路的类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。三相短路时，
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由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，又称为对称短路。其余几种类型的短路，因系统的三相对称结构遭到破坏，网络中的三相电压、电流不再对称，故称为不对称短路。运行经验表明，电力系统各种短路故障中，单相短路占大多数，约为总短路故障的65%，三相短路只占5%—10%。
3、短路计算的目的
计算短路电流的目的是为了正确选择和校验电气设备，避免在短路电流作用下损坏电气设备，如果短路电流太大，必须采用限流措施，以及进行继电保护装置的整定计算。短路电流计算是变电站电气设计中的一个重要环节。
其计算目的具体是：
（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算；
（2）在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。
（3）在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。
（4）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 （5）按接地装置的设计，也需用短路电流。
为了达到上述目的，需计算出下列各短路参数：
I??——次暂态短路电流，用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容
量。应采用(电力系统在最大运行方式下)继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。
ish——三相短路冲击电流，用来校验电器和母线的动稳定。
I——三相短路电流稳态有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定。
S??——次暂态三相短路容量，用来校验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值，作为选择限流电抗器的依据。
4、短路计算的方法和步骤
4.1、短路计算的方法
1、欧姆法
(1) 计算短路回路中各主要元件的阻抗；
(2) 绘短路回路等效电路，按阻抗串并联求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路
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回路的总阻抗；
(3) 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量； (4) 列出短路计算表。 2、标幺值法
(1) 设定基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id； (2) 计算短路回路中各主要元件的电抗标幺值；
(3) 绘短路回路的等效电路，按阻抗串并联回路求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路回路的总电抗标幺值；
(4) 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量； (5) 列出短路计算表。
4.2、短路计算的具体步骤
本计算采用标幺值法，设定系统的基准容量为100MVA，最大运行方式系统阻抗Xmax =0.05,最小运行方式系统阻抗Xmin＝0.14，距上级电源距离L1=2km，L2=2km。主变压器
*
为两台，每台容量为10000kVA，Uk%＝7.5 ，系统电抗标幺值为X1*=X2=0，电缆
x0=0.08/km，架空线x0=0.4/km。
设Ud1＝37kV，Ud2＝6.3kV，Sd＝100MVA (1) 35kV进线的电抗值：
X
?L1S100?x0?L1?d?0.4?2??0.058422Ud137 S100?x0?L2?d?0.4?2??0.058422Ud371
***
XL=XL1‖XL2=0.0292
(5-1)
?XL2
(2) 主变压器的电抗:
??Xz1?Xz2U%S7.5100?k?d???0.75100SN?T10010
(5-2)
(3) 重介设备电抗：
S100X?x0?L?d?0.08?0.96??0.19322Ud6.31
?1
(5-3)
(4) 浮选设备电抗：
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S100X?d2?x0?L?U2?0.08?0.8?2?0.161
d16.3
其他各个阻抗，计算结果见标幺值等值电路图如图5-1所示。
图5-1 标幺值等值电路图
4.3、各点短路电流计算
(1) 35kV母线点短路 最大运行方式：
I?k1?1
X??11????9.225?Xxmax?XL0.05?0.0584
I(3)?k1?Ik1?I?9.225?100d13?37?14.395kA
I(3)sh1?1.51?I(3)k1?1.51?14.395?15.835kA 24
(5-4)
(5-5) (5-6)
