电力系统短路电流计算的研究

电力系统短路电流计算的研究

王罡

（东北大学设计研究院（有限公司））

摘要：在供电系统设计中，不仅要考虑正常运行的情况，而且还要考虑发生故障的情况，最常见发生的故障是短路故障。短路故障不仅影响正常供电，而且会破坏电力系统的稳定性，并损坏电气设备，给企业造成一定的经济损失。为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。所以，在供电系统设计中，都必须对短路电流进行计算。

关键词：短路电流；计算方法；措施

1短路故障发生的原因

1.1电力供电系统中绝缘损坏是重要原因。电气设备使用时间长久，电气设备绝缘功能老化，对此问题没有及时采取应对之策，一旦经高电压或者雷雨天气下的电力攻击，电气设备的绝缘无法承受，将会导致电力系统短路故障现象的发生。

1.2电力系统运行管理人员的误操作情况是电力系统短路故障的诱因。电气电力负荷的拉切隔离控制开关，形成电力电弧，一旦电力电弧发生状况，电力系统运行将会出现短路故障现象。此外，电压设备接入时高电压与低电压发生错乱也会导致电力系统运行发生短路故障。

1.3电力系统运行短路故障中来自自然界的影响。飞禽走兽的威胁，鸟兽停留在电位不同的电力导体上同样会导致电力系统运行短路故障现象的发生；同时，避雷器的安置不当，雷电攻击造成的闪络放电，电气绝缘设备无法承受会导致电力系统短路故障现象的发生；此外，风力阻击造成电杆不稳或者电线结冰等自然灾害都是电力系统运行出现短路故障的原因。

2电力系统短路故障分类

电力系统短路故障主要分为以下类型：①三相短路，三相短路时回路电力阻抗相等，电力运行系统中电压电流仍保持对称平衡；②两相短路；③两相接地短路；④单相短路和单相接地短路。后面三种电力系统短路故障现象发生时，三相电力回路阻抗不等，电压电流均不形成对称状态，因此也统称为不对称电力系统短路。

3短路故障的危害

3.1供电系统中发生短路故障时，短路电流往往会产生电弧，它除了能够烧坏故障元件本身以外，还可能将周围的设备烧坏，甚至伤害周围的人员。

3.2当短路发生在主配电板的母线或干线上时，将会出现比正常电流大很多倍的短路电流，巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。

3.3短路同时造成系统电压大幅度降低，尤其是靠近短路点处的电压降得更低，从而导致一些用户用电受到影响。网络电压的降低，会产生的不同程度的机械应力和热效应，从而使供电设备受到损坏，也可能会损坏用户的用电设备。

3.4短路故障发生时，系统功率分布会突然变化，使得各发电厂并联运行的稳定性造成破坏，从而使整个系统解列。

4短路计算的意义和目的

综上所述，短路电流引起的故障，不仅对供电系统的运行造成极大的影响，还给用户造成一定的经济损失。为了消除和减轻短路故障带来的伤害，就必须要计算短路电流。正确地计算出电网中各点短路电流值的大小，有利于确定系统的保护方式，并合理的选择配电方式和保护装置，以确保电力系统发生短路时，能够快速、有效的切断短路故障，将故障限制在较小的范围內，从而将短路故障引起的破坏降到最低。另外，短路电流的分析、计算还能帮助检验电力系统电压等级选择的正确性以及发电机组和电能分配系统选择的合理性，也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工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。

5短路电流计算

5.1短路电流概述。我们之所以要进行短路电流的计算是因为我们可以根据短路电流去选择我们需要的导体和电气设备，短路电流还可以用于电网接线以及发电厂，变电所电气连线的比较，选择等。当我们选择继电保护装置时，短路电流是必须计算的。我们在计算短路电流时可以假设一些原则和条件，如假设三项系统在正常工作时是对称运行，并且电源电动势的相位角也是一样的。同时需要假设系统中的同步电机和异步电机都是理想电机，电机的磁饱和、磁滞还有导体的集肤效应带来的影响都是不用考虑的。电流的计算规定如下：（1）在验算导体和电器的动稳定，热稳定和用于电器开断的短路电流时，按要求要按照工程的设计容量来计算，要考虑到电力系统的未来发展规划。在确定短路电流时，要按照可能发生最大短路电流时的接线方式，如果简单的按照在切换过程中可能发生并列运行的接线方法肯定是不行的，如果想确定保护装置的整定值，要以最小短路电流时的接线方式为准。（2）在一个电气连接的网络中，在选择导体和电器需要的短路电流时，应该把具有反馈作用的异步电机的影响考虑在内。另外，对短路电流产生影响的还有电容补偿装置产生的放电电流。第（3）在选择导体和电器时，要想计算不带电抗器回路的短路点，可以选择最大点为正常接线方式下的短路电流。第四，一般采用三相短路去验算导体和电器的动稳定以及电器的开断电流。

5.2对称分量法。在运行过程中，系统的电源是对称的，系统中的元件也是对称的，这里的不对称是指三相对称制中的不对称短路。一般用对称分量法进行短路电流的计算。在三项网络中，任意一组对称向量都可以进行分解分解为三组对称的分量，这三组对称分量分别是正序分量、负序分量和零序分量。三项网络中的各对称分量是具有独立性的，正序电动势只能产生正序的电流以及正序的电压降。所以可以利用重叠原理法分别进行计算，从各对称分量中求出实际的短路电流和短路电压，对称分量法可以将三个分量分别进行处理，具有简单直观的特点。

5.3多端口网络方程求解。在计算短路电流时可以利用多端口网络方程联合求解的方法，用这种方法可以算出电力系统中的多重故障以及任意不对称运行的电压和电流。如果能够运用一种通用的数学模型去对故障组合进行求解会比根据故障模型求解更加方便，而且相对于应用理想的转角变压器构成串，并联序网的方法也是更加优化的。并且如果能够推导出追加支路组合法的理论，把有互感支路与无互感支路进行统一的计算，这样对于互感支路的开断以及互感线路故障的处理都是非常方便的。这种方法适用于互感线路中的多重故障问题，把端口电压与端口电流的应用方程进行联合求解，这样运算速度较快，精度较高，通用性很强。

5.4转移阻抗法。转移阻抗法是一种常用的短路电流计算方法，可以通过星角变换将系统简单化让系统只包含电源间以及电源与短路点间的支路，一旦系统中电源的电动势全部一样时，将不会在电源间的之路中产生电流，可以忽略电源间支路，不会影响结果。运用转移阻抗发的主要原因是在我们进行实用短路的计算时，往往把发电机看作是相位相同，内电势相等的，并且负荷也被当做恒阻抗进行处理或者被忽略，造成系统中的电源性质相同。在使用计算机进行短路电流的求解时，星角变换与线性代数求解中的高嘶消去过程是相对应的，如果把电源间的支路忽略掉，可以使运算过程中的存储量减少，从而加快运算速度。但是如果系统中电源的性质不同，采用忽略电源支路的方法会产生一定误差。

6结语

加强对电力系统短路电流计算算法问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的电力系统短路电流计算过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

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