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一、短路類型及短路電流 1.1、電力系統(tǒng)或電氣設(shè)備的短路故障原因 （1）、自然方面的原因。如雷擊、霧閃、暴風(fēng)雪、動(dòng)物活動(dòng)、大氣污染、其他外力破壞等等，造成單相接地短路和相間短路。 （2）、人為原因。如誤操作、運(yùn)行方式不當(dāng)、運(yùn)行維護(hù)不良或安裝調(diào)試錯(cuò)誤，導(dǎo)致電氣地設(shè)備過負(fù)荷、過電壓、設(shè)備損壞等等造成單相接地短路和相間短路。 （3）、設(shè)備本身原因。如設(shè)備制造質(zhì)量、設(shè)備本身缺陷、絕緣老化等等造成單相接地短路和相間短路。 1.2、短路種類 短路:兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部分之間意外或有意的導(dǎo)電通路,使得這些導(dǎo)電部分間的電位差等于或接近于零。即電力系統(tǒng)正常運(yùn)行之外的相與相或相與地之間的“短接”。短接包括：金屬性連接 、經(jīng)小阻抗連接。 短路分為對(duì)稱短路與不對(duì)稱短路。 三相交流系統(tǒng)危害較大的短路類型主要有：三相短路，兩相短路，單相短路和兩相接地短路。發(fā)生三相短路時(shí),由于短路回路的三相阻抗相等,因此, 三相短路電流仍是對(duì)稱的.其它類型的短路如兩相短路、單相短路、兩相接地短路等都是不對(duì)稱的，每相電路中的電流和電壓數(shù)值不相等,其相位角也不相同。 相間短路:兩個(gè)或多個(gè)線路導(dǎo)體之間意外的或有意的導(dǎo)電通路,可伴隨或不伴隨對(duì)地短路（兩相短路、三相短路）。兩相及三相短路不超過全部短路的10%。這種短路更為嚴(yán)重，繼電保護(hù)應(yīng)迅速切斷兩相及三相短路。兩相接地短路一般不超過全部短路的10%。大電流接地系統(tǒng)中，兩相接地短路大部分發(fā)生于同一地點(diǎn)，少數(shù)在不同地點(diǎn)發(fā)生兩相接地短路。中性點(diǎn)非直接接地的系統(tǒng)中，常見是發(fā)生一點(diǎn)接地，而后其他兩相對(duì)地電壓升高，在絕緣薄弱處將絕緣擊穿造成第二點(diǎn)接地，此兩點(diǎn)多數(shù)不在同一點(diǎn)，但也有時(shí)在同一點(diǎn)，繼電保護(hù)應(yīng)盡快切斷兩相接地短路。 單相接地短路:在中性點(diǎn)直接接地或者通過阻抗接地的系統(tǒng)中,一個(gè)線路導(dǎo)體與大地之間意外或有意的導(dǎo)電通路（單相短路和兩相接地短路）。電力系統(tǒng)及電氣設(shè)備最常見的短路是單相接地,約占全部短路的75%以上。對(duì)大電流接地系統(tǒng)，繼電保護(hù)應(yīng)盡快切斷單相接地短路。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻或中阻接地系統(tǒng)，繼電保護(hù)應(yīng)瞬時(shí)或延時(shí)切斷單相接地短路。對(duì)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)單相接地電流超過允許值時(shí)，繼電保護(hù)亦應(yīng)有選擇性地切斷單相接地短路。對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地或不接地系統(tǒng)，單相接地電流不超過允許值時(shí)，允許短時(shí)間單相接地運(yùn)行，但要求盡快消除單相接地短路點(diǎn)。 兩相接地短路一般不超過全部短路的10%。大電流接地系統(tǒng)中，兩相接地短路大部分發(fā)生于同一地點(diǎn)，少數(shù)在不同地點(diǎn)發(fā)生兩相接地短路。中性點(diǎn)非直接接地的系統(tǒng)中，常見是發(fā)生一點(diǎn)接地，而后其他兩相對(duì)地電壓升高，在絕緣薄弱處將絕緣擊穿造成第二點(diǎn)接地，此兩點(diǎn)多數(shù)不在同一點(diǎn)，但也有時(shí)在同一點(diǎn)，繼電保護(hù)應(yīng)盡快切斷兩相接地短路。 斷相或斷相接地一般伴隨相接地。而發(fā)電廠的斷相，大都是斷路器合閘或分閘時(shí)有一相拒動(dòng)造成兩相運(yùn)行，或電機(jī)繞組一相開焊的斷相，或三相熔斷器熔斷一相的兩相運(yùn)行，兩相運(yùn)行一般不允許長(zhǎng)期存在，應(yīng)由繼電保護(hù)自動(dòng)或運(yùn)行人員手動(dòng)斷開健全相。 繞組匝間短路，這種短路多發(fā)生在變壓器等電機(jī)電器的繞組中，雖然占全部短路的概率很少，但對(duì)某一電機(jī)來說卻不一定。例如，變壓器繞組匝間短路占變壓器全部短路的比例相當(dāng)大，這種短路能嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備，要求繼電保護(hù)迅速切除這種短路。 轉(zhuǎn)換性故障和重疊性故障，發(fā)生以上五種故障之一，有時(shí)由于故障的演變和擴(kuò)大，可能由一種故障轉(zhuǎn)換為另一種故障，或發(fā)生兩種及兩種以上的故障（稱之復(fù)故障），這種故障不超過全部故障的5%。 1.3、短路電流選擇 短路電流:在電路中,由于故障或不正確連接造成短路而產(chǎn)生的過電流。 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明在短路故障中,最常見的是單相短路;三相短路最少。但由于在電力系統(tǒng)中三相短路電流數(shù)值較大,而且產(chǎn)生的電動(dòng)力和發(fā)熱也最嚴(yán)重。電力系統(tǒng)中單相短路電流的最大可能值，一般不大于最大可能的三相短路電流值。兩相短路電流的數(shù)值一般也比三相短路電流的數(shù)值小(只有在少數(shù)情況下兩相短路時(shí),發(fā)熱比三相短路嚴(yán)重，即當(dāng)短路故障點(diǎn)離發(fā)電廠較近時(shí)，以系統(tǒng)的額定容量之和作為基準(zhǔn)容量而計(jì)算得到的短路回路的計(jì)算阻X*＜0．6時(shí)，兩相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值才大于三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值)。 在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中,單相短路時(shí)的短路電流值最大。 但是，在中性點(diǎn)直接接地的電力系統(tǒng)中,常常利用中性點(diǎn)經(jīng)過電抗器接地,或只將一部分變壓器的中性點(diǎn)接地,人為地減小單相短路電流的值, 因此，在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),單相短路電流的最大可能值通常不超過三相短路電流的最大可能値。這樣,就使電氣設(shè)備可以只根據(jù)三相和兩相短路電流來選擇,而不必考慮系統(tǒng)中的中性點(diǎn)是否接地。 由于用戶一般都遠(yuǎn)離發(fā)電廠，為了選擇限制短路電流的器件，選用電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體，設(shè)計(jì)接地裝置，設(shè)計(jì)、整定繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置時(shí)一般計(jì)算三相短路電流的有關(guān)數(shù)值；而在校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置、低壓斷路器和熔斷器的動(dòng)作靈敏度時(shí)才需要計(jì)算兩相短路電流或單相短路電流的有關(guān)數(shù)值。 二、短路電流的危害 2.1、造成短路的回路中發(fā)熱和電動(dòng)力 電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí),由于網(wǎng)絡(luò)的總阻抗減小,短路回路中的短路電流可能超過額定電流許多倍,且短路點(diǎn)距電源越近,短路電流越大。即使短路電流通過的時(shí)間很短,也可使設(shè)備和導(dǎo)體過分發(fā)熱,引起設(shè)備燒毀或絕緣損壞。同時(shí),設(shè)備和導(dǎo)體還會(huì)受到巨大的電動(dòng)力的作用,使設(shè)備導(dǎo)體發(fā)生變形,甚至損壞。為此,電氣設(shè)各應(yīng)有足等的機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。 2.2、電壓下降影響其它線路的工作 短路時(shí)還同時(shí)引起網(wǎng)絡(luò)的電壓突然降低,特別是靠近短路點(diǎn)處降得更多,這將使用電設(shè)備的正常工作受到破壞。 2.3、造成發(fā)電機(jī)失步、解列、破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 電力系統(tǒng)中短路時(shí),由于系統(tǒng)中功率分布突然變化,發(fā)電機(jī)的輸出功率也就突然變化,面發(fā)電機(jī)的輸入功率,不能立即相應(yīng)變化,因而造成輸入與輸出功率失去了平衡,使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快起來或者慢下去,這就可能引起并列通行的各發(fā)電機(jī)之間失去同步而解列,破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 2.4、造成無線電干擾 當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí),故障電流通過輸電線路產(chǎn)生不平衡的磁場(chǎng),對(duì)附近的電信線路發(fā)生干擾,影響正常的通訊工作,甚至使鄰近的線路感應(yīng)出;很大的電勢(shì),擊穿絕緣或危及人身安全。 三、短路電流計(jì)算的目的及計(jì)算內(nèi)容 3.1、計(jì)算目的 短路電流計(jì)算的主要目的是為了選擇斷路器等電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體或?qū)@些設(shè)備提出技術(shù)要求；進(jìn)行電力系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)并確定網(wǎng)絡(luò)方案；研究限制短路電流措施；為繼電保護(hù)設(shè)計(jì)與調(diào)試提供依據(jù)；分析計(jì)算送電線路對(duì)通訊設(shè)施的影響等；接地裝置的設(shè)計(jì)，驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓和跨步電壓及確定中性點(diǎn)接地方式；電氣接線方案的比較和選擇；計(jì)算軟導(dǎo)線的短路搖擺，即在設(shè)計(jì)屋外高壓配電裝置時(shí)，需按短路條件校驗(yàn)軟導(dǎo)線的相間和相相對(duì)地的安全距離；確定分型導(dǎo)線間隔棒的間距。 三相對(duì)稱短路是用戶供電系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的短路形式，因此，三相對(duì)稱短路電流初始值是選擇和檢驗(yàn)電器、電線電纜的基本依據(jù)。 設(shè)計(jì)、整定繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置時(shí)一般計(jì)算三相短路電流的有關(guān)數(shù)值（在繼電保護(hù)裝置的整定及靈敏系數(shù)檢驗(yàn)時(shí)，還需計(jì)算不對(duì)稱短路的最小短路電流值）。 在檢驗(yàn)電器及載流導(dǎo)體的電動(dòng)力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定時(shí)，還要用到三相短路電流峰值、三相穩(wěn)態(tài)短路電流。 在驗(yàn)算接地裝置的接觸電壓與跨步電壓時(shí)，要用到單相對(duì)地短路電流等。 而在校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置、低壓斷路器和熔斷器的動(dòng)作靈敏度時(shí)才需要計(jì)算兩相短路電流或單相短路電流的有關(guān)數(shù)值。 為了消除或減輕短路的后果,就需要計(jì)算短路電流,以正確地選擇電器設(shè)備、設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和選用限制短路電流的元件。 3.2、計(jì)算內(nèi)容 (1)短路電流參數(shù)的計(jì)算：最大運(yùn)行方式下最大短路電流；最小運(yùn)行方式下最小短路電流；各級(jí)電壓中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的單相短路電流。計(jì)算的具體項(xiàng)目及其計(jì)算條件，取決于計(jì)算短路電流的目的。 Ik″—對(duì)稱短路電流初始值（有效值），即超瞬態(tài)短路電流有效值，簡(jiǎn)稱短路電流，用來做為繼電保護(hù)的整定計(jì)算和校驗(yàn)斷路器額定斷流容量（斷路器開斷電流：它是表征斷路器開斷能力的參數(shù)。在額定電壓下，斷路器能保證可靠開斷的最大電流，稱為額定開斷電流，其單位用斷路器觸頭分離瞬間短路電流周期分量有效值的千安數(shù)表示。當(dāng)斷路器在低于其額定電壓的電網(wǎng)中工作時(shí)，其開斷電流可以增大。但受滅弧室機(jī)械強(qiáng)度的限制，開斷電流有一最大值，稱為極限開斷電流。開斷容量是指斷路器無損地開斷的最大容量。）和。應(yīng)采用（電力系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下）繼電保護(hù)裝置安裝處發(fā)生短路時(shí)的對(duì)稱短路電流初始值來計(jì)算保護(hù)裝置的整定值。校核開關(guān)的熱穩(wěn)定。Ik″也稱為次暫態(tài)電流：在電力系統(tǒng)三相短路后第一個(gè)周期內(nèi)認(rèn)為短路電流周期分量是不衰減的，而求得的短路電流周期分量的有效值即為起始次暫態(tài)電流。 ich—三相短路第一周期全電流峰值(kA) 簡(jiǎn)稱沖擊電流峰值,校核動(dòng)穩(wěn)定。 Ich—三相短路第一周期全電流有效值(kA) 簡(jiǎn)稱沖擊電流有效值,校核動(dòng)穩(wěn)定。 Ik—穩(wěn)態(tài)短路電流，對(duì)無限大電源容量系統(tǒng)中或遠(yuǎn)離發(fā)電機(jī)短路，短路電流周期分量不衰減，即Ik= Ik″。用來檢驗(yàn)電器和母線的熱穩(wěn)定。 S″— 三相短路容量，用來檢驗(yàn)斷路器的遮斷容量和判斷母線短路容量是否超過規(guī)定值，作為選擇限流電抗器的依據(jù)。 (2)短路點(diǎn)的選取 在正常接線方式中，通過電器設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)，稱為短路計(jì)算點(diǎn)。 短路點(diǎn)的選?。焊骷?jí)電壓母線處、各級(jí)線路末端處。 最大運(yùn)行方式：從短路點(diǎn)到電源的短路回路中所有元器件的總阻抗最小。 最小運(yùn)行方式：從短路點(diǎn)到電源的短路回路中所有元器件的總阻抗最大。 對(duì)于帶電抗器的6－10KV出線與廠用分支線回路母線至母線隔離開關(guān)之間的引線、套管時(shí)，短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)該取電抗器前。選擇其導(dǎo)體和電器時(shí)，短路計(jì)算點(diǎn)一般取在電抗器后。 始端短路點(diǎn)用于計(jì)算最大三相短路電流，用于校驗(yàn)設(shè)備和電纜的動(dòng)、熱穩(wěn)定性；末端用于計(jì)算最小二相短路電流，用于校驗(yàn)繼電保護(hù)整定值的可靠性。 (3)短路時(shí)間的確定：根據(jù)電氣設(shè)備選擇和繼電保護(hù)整定的需要，確定計(jì)算短路電流的時(shí)間。 四、短路電流計(jì)算條件假定 4.1、假設(shè)條件和原則 短路電流實(shí)用計(jì)算中，采用以下假設(shè)條件和原則: (1)、正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行。 (2)、電力系統(tǒng)中各電勢(shì)相角差為零,即短路時(shí)系統(tǒng)中各電源仍保持同步，不考慮由于發(fā)生短路、系統(tǒng)功率分布變化、各發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而引起發(fā)電機(jī)的搖擺甚至失步等現(xiàn)象。實(shí)際上,短路時(shí)的電磁變化過程極快，時(shí)間很短(當(dāng)發(fā)生短路時(shí),電力系統(tǒng)要從正常的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)過渡到短路的穩(wěn)定狀態(tài),一般只需要3~5s的時(shí)間),在大部分電力網(wǎng)絡(luò)中,在出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化等機(jī)械暫態(tài)過程時(shí),電磁暫態(tài)過程已完全衰減掉了。短路類型不會(huì)隨短路的持續(xù)時(shí)同而變化,即在短路期間,三相短路始終保持三相短路狀態(tài),單相接地短路始終保持單相接地短路。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不隨短路持續(xù)時(shí)間變化。 (3)、在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí),各元件的磁路是不飽和的，即帶鐵芯的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)生變化。磁路飽和、磁滯及導(dǎo)體集膚效應(yīng)忽略不計(jì)，即系統(tǒng)中各元件呈線性，參數(shù)恒定。因此,可以用解決線性電路的方法(如可以應(yīng)用疊加原理)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化或電量的計(jì)算。 (4)、35kV及以上的高壓系統(tǒng)中的電阻很小,為簡(jiǎn)化計(jì)算,一般可略去不計(jì),當(dāng)回路的總電阻,
(5)、除計(jì)算短路電流的衰減時(shí)間常數(shù)和低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流外，為了簡(jiǎn)化計(jì)算起見,對(duì)負(fù)載只作近似的估計(jì)，各元件的電阻比電抗小得多，可以忽略不計(jì)，所以各元件均可用純電抗表示。(一般都用一固定的電抗或阻抗來代表)。 (6)、在發(fā)生短路時(shí),短路點(diǎn)常有電弧產(chǎn)生,電弧電阻隨電流及電弧長(zhǎng)度而變化,且變化范圍很大,難以作準(zhǔn)確的估算。另外這種阻抗有時(shí)很小,可以忽略不計(jì),這時(shí),短路又稱為金屬性短路。顯然,欲求出最大可能的短路電流值,應(yīng)以最壞的情況出發(fā),即假定在故障點(diǎn)沒有任何阻抗。故假設(shè)短路性質(zhì)為金屬性短路，過渡電阻忽略不計(jì)。 (7)、除了零序系統(tǒng)外,忽略所有線路電容、并聯(lián)導(dǎo)納、非旋轉(zhuǎn)型負(fù)載。輸電線路相間和對(duì)地的分布電容略去不計(jì)(這對(duì)35kV以下系統(tǒng)完全是可以的)。 (8)、變壓器的勵(lì)磁電流略去不計(jì)。即在等值電路中,變壓器可僅用一簡(jiǎn)單的短路電抗表示。 (9)、除了短路本身，破壞了系統(tǒng)的對(duì)稱外(如不對(duì)稱短路),電力系統(tǒng)其它部分可當(dāng)作是三相對(duì)稱的。 (10)、變壓器的阻抗取自分接開關(guān)處于主分接頭位置時(shí)的阻抗,計(jì)算時(shí)允許采用這種假設(shè),是因?yàn)橐肓俗儔浩鞯淖杩剐拚禂?shù); (11)、電力系統(tǒng)中所有電源都在額定負(fù)荷下運(yùn)行，其中50%負(fù)荷接在高壓母線上，50%負(fù)荷接在系統(tǒng)側(cè)。 (12)、短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。 (13)、元件的計(jì)算參數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。 （14）、每一個(gè)電壓級(jí)采用平均電壓，這個(gè)規(guī)定在計(jì)算短路電流時(shí)，所造成的誤差很小。唯一例外的是電抗器，應(yīng)該采用加于電抗器端點(diǎn)的實(shí)際額定電壓，因?yàn)殡娍蛊鞯淖杩雇ǔ１绕渌杩勾蟮亩?，否則，誤差偏大。 4.2、變電站電氣設(shè)計(jì)中的短路電流計(jì)算條件假設(shè) （1）、當(dāng)供電電源為無窮大或以供電電源為基準(zhǔn)的電抗標(biāo)幺值≥3,可以認(rèn)為電源容量為無限大容量的系統(tǒng),短路電流的周期分量在短路全過程中保持不變。假設(shè)系統(tǒng)有無限大的容量.用戶處短路后,系統(tǒng)母線電壓能維持不變.即計(jì)算阻抗比系統(tǒng)阻抗要大得多。 具體規(guī)定:對(duì)于3~35kV級(jí)電網(wǎng)中短路電流的計(jì)算,可以認(rèn)為110kV及以上的系統(tǒng)的容量為無限。只要計(jì)算35kV及以下網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗。 （2）、在計(jì)算高壓電器中的短路電流時(shí),只需考慮發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器的電抗,而忽略其電阻;對(duì)于架空線和電纜,只有當(dāng)其電阻大于電抗1/3時(shí)才需計(jì)入電阻,一般也只計(jì)電抗而忽略電阻。 （3）、短路電流計(jì)算公式或計(jì)算圖表,都以三相短路為計(jì)算條件。因?yàn)閱蜗喽搪坊蚨喽搪窌r(shí)的短路電流都小于三相短路電流。能夠分?jǐn)嗳喽搪冯娏鞯碾娖?一定能夠分?jǐn)鄦蜗喽搪冯娏骰蚨喽搪冯娏鳌?/p> 盡管這些假定對(duì)于電力系統(tǒng)來講不是嚴(yán)格成立,但是可以給出準(zhǔn)確度能普遍接受的結(jié)果。 4.3、一般規(guī)定 (1)、驗(yàn)算導(dǎo)體和電器動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器開斷電流所用的短路電流,應(yīng)按本工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃容量計(jì)算,并考慮電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃(一般為本期工程建成后5~l0年)。 確定短路電流時(shí),應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式,而不應(yīng)按僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。 (2)、選擇導(dǎo)體和電器用的短路電流,在電氣連接的網(wǎng)絡(luò)中,應(yīng)考慮具有反饋?zhàn)饔玫漠惒诫妱?dòng)機(jī)的影響和電容補(bǔ)償裝置放電電流的影響。 (3)、選擇導(dǎo)體和電器時(shí),對(duì)不帶電抗器回路的計(jì)算短路點(diǎn),應(yīng)選擇在正常接線方式時(shí)短路電流為最大的地點(diǎn)。 對(duì)帶電抗器的6~10kV出線與廠用分支線回路,除其母線與母線隔離開關(guān)之間隔板前的引線和套管的計(jì)算短路點(diǎn)應(yīng)選擇在電抗器前外,其余導(dǎo)體和電器的計(jì)算短路點(diǎn)一般選擇在電抗器后。 (4)、導(dǎo)體和電器的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定以及電器的開斷電流,一般按三相短路驗(yàn)算。若發(fā)電機(jī)出口的兩相短路,或中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)及自耦變壓器等回路中的單相、兩相接地短路較三相短路嚴(yán)重時(shí),則應(yīng)接嚴(yán)重情況計(jì)算。 五、短路電流計(jì)算方法 供配電系統(tǒng)某處發(fā)生短路時(shí)，要算出短路電流必須首先計(jì)算出短路點(diǎn)到電源的回路總阻抗值。電路元件電氣參數(shù)的計(jì)算有兩種方法：手動(dòng)計(jì)算和計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算。手算時(shí)宜采用標(biāo)幺值法進(jìn)行短路電流計(jì)算。 5.1、標(biāo)么值的定義和采用標(biāo)么值的優(yōu)點(diǎn) 標(biāo)幺值法是電力系統(tǒng)分析和工程計(jì)算中常用的數(shù)值標(biāo)記方法，表示各物理量及參數(shù)的相對(duì)值，單位為pu（也可以認(rèn)為其無量綱）。 標(biāo)幺值，英文為 per unit，簡(jiǎn)寫為 pu，一些科學(xué)軟件中通常寫作 p.u. 。中文有時(shí)也寫作“標(biāo)么值”，其中的“么”的讀音是yāo，不是me也不是mó。 標(biāo)幺值是相對(duì)于某一基準(zhǔn)值而言的，同一有名值，當(dāng)基準(zhǔn)值選取不同時(shí)，其標(biāo)幺值也不同。它們的關(guān)系如下：標(biāo)幺值=有名值/基準(zhǔn)值。 比如在短路電流計(jì)算中，選定一個(gè)基準(zhǔn)容量(Sjz)和基準(zhǔn)電壓(Ujz)，將短路計(jì)算中各個(gè)參數(shù)都轉(zhuǎn)化為和該參數(shù)的基準(zhǔn)量的比值(相對(duì)于基準(zhǔn)量的比值)，稱為標(biāo)幺值。 標(biāo)幺值 =實(shí)際值 / 基準(zhǔn)值 各物理量基準(zhǔn)值的選擇必須和其實(shí)際值具有相同的量綱，常用下標(biāo)注B表示基準(zhǔn)值，下標(biāo)注*表示標(biāo)幺值。 假設(shè)功率的實(shí)際值為S，基準(zhǔn)值為Sb，則其標(biāo)幺值為S*=S/Sb. 標(biāo)幺值是是一種相對(duì)單位制，是一個(gè)無單位的量，它的物理概念不能直接表達(dá)出來,這是一個(gè)缺點(diǎn)。某物理量的標(biāo)幺值不是固定的，隨著基準(zhǔn)值的不同而不同。例如實(shí)際值為 38.5kV 的電壓，當(dāng)選取35kV為基準(zhǔn)值時(shí)，其標(biāo)幺值為 1.1，當(dāng)選取 110kV 為基準(zhǔn)值時(shí)，其標(biāo)幺值為 0.35。任何一個(gè)用標(biāo)幺值表示的量，經(jīng)變壓器變換后數(shù)值不變。 使用標(biāo)幺值的好處 1）在對(duì)稱三相系統(tǒng)中,無論 Y和△形接法,相電流、相電壓的標(biāo)么值與線電流、線電壓標(biāo)么值相同；一相功率標(biāo)么值與三相功率標(biāo)么值相同 ；三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)算公式完全相同； 2）由于電力系統(tǒng)有多個(gè)電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)組成，采用標(biāo)幺值法，可以省去不同電壓等級(jí)間電氣參量的折算。只需確定各電壓等級(jí)的基準(zhǔn)值，而后直接在各自的基準(zhǔn)值下計(jì)算標(biāo)幺值，不需要進(jìn)行參數(shù)和計(jì)算結(jié)果的折算； 3）用標(biāo)幺值后，電力系統(tǒng)的元件參數(shù)比較接近，易于進(jìn)行計(jì)算和對(duì)結(jié)果的分析比較；有些參數(shù),如變壓器的阻抗若用標(biāo)么值來表示時(shí),不論折算到哪一側(cè)其值都相同；有些不同的量,它們的標(biāo)么值卻相等,采用標(biāo)么值,可使計(jì)算簡(jiǎn)化,最后只要把用標(biāo)么值算出的結(jié)果換算成需要的有名值即可。 4）、易于比較各元件的特性參數(shù)。例如,變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)通常為5%~ 10%左右,使于發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律和特珠情況。 5）可以省去公式中的比例系數(shù)，使計(jì)算簡(jiǎn)化。 5.2、標(biāo)么值的計(jì)算 （1）、基準(zhǔn)值 在短路電流計(jì)算中,用到的主要物理量有四個(gè),即電壓、電流、視在功率(又稱容量)和阻抗,所以,基準(zhǔn)值也有四個(gè),即電壓基準(zhǔn)值Uj、電流基準(zhǔn)值 Ij、容量基準(zhǔn)值 Sj和阻抗(電抗) 基準(zhǔn)値 Xj。這四個(gè)基準(zhǔn)值之間,必須遵守電學(xué)上的公式： 基準(zhǔn)值共有四個(gè),應(yīng)遵守的公式只有兩個(gè),故可任選兩個(gè),然后用上式定出另外兩個(gè)。通常是先選定容量基準(zhǔn)值 Sj 和電壓基準(zhǔn)值Uj,然后定出電流基推值Ij,和電抗基難值 Xj。 （2）、基準(zhǔn)值選取 高壓短路電流計(jì)算一般只計(jì)及各元件(即變壓器、電抗器、線路等)的電抗，采用標(biāo)么值計(jì)算，為了計(jì)算于方便，通常取基準(zhǔn)容量Sj=100MVA或Sj=1000MVA，基準(zhǔn)電壓Uj，一般取用各級(jí)的平均電壓，即 電力線路的平均額定電壓，是電力系統(tǒng)標(biāo)幺值的基準(zhǔn)電壓選取時(shí)，出現(xiàn)多個(gè)電壓級(jí)，由于變壓器的變比不同，為避免出現(xiàn)按不同方式選取基準(zhǔn)值時(shí)，同等電壓等級(jí)出現(xiàn)不同的基準(zhǔn)值的現(xiàn)象。所以，在實(shí)際工程運(yùn)用中，每個(gè)電壓等級(jí)都選取一個(gè)平均額定電壓。 在做電力系統(tǒng)等值電路時(shí)候，通用標(biāo)幺值等值電路，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)多個(gè)電壓等級(jí)時(shí)，對(duì)每個(gè)電壓等級(jí)采用相同的基準(zhǔn)電壓，避免出現(xiàn)混亂，即每個(gè)電壓等級(jí)線路入口和出口額定電壓的平均值，約為1.05倍額定電壓等級(jí)。 在計(jì)算短路電流時(shí),特別是采用有名值計(jì)算時(shí),必須將所有參數(shù)統(tǒng)一折算到同一電壓級(jí)才能進(jìn)行歸算,當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí),折算比較繁瑣,采用標(biāo)么值計(jì)算,當(dāng)系統(tǒng)電壓等級(jí)很多時(shí),各電壓級(jí)的基準(zhǔn)值推算也比較麻頻。 為簡(jiǎn)化計(jì)算,工程上常采用平均電壓代替實(shí)際電壓。 有時(shí)也采用網(wǎng)絡(luò)中發(fā)電設(shè)備的額定容量(或它的倍數(shù)) 。 而基準(zhǔn)電壓Uj,額定電壓Ue或與它相近的數(shù)值。 在短路電流計(jì)算中,一般宜于將電流用千安(kA)為單位,電壓用千伏(kV) ,容量用兆伏安(MVA)。 基準(zhǔn)電壓也可以選擇短路點(diǎn)所在的電網(wǎng)額定電壓（Uj=Ue）。 當(dāng)基準(zhǔn)容量Sj(MVA) 與基準(zhǔn)電壓Uj( kV) 選定后，基準(zhǔn)電流Ij ( kA) 與基準(zhǔn)也抗Xj(Ω) 便已決定： 在電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算中,各個(gè)參數(shù)應(yīng)以共同的基準(zhǔn)值來取標(biāo)么值才可以直接進(jìn)行計(jì)算。一般發(fā)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備也給出一些標(biāo)么值的參數(shù),而這些標(biāo)么值是用各自的額定容量及電壓為基準(zhǔn)值的,因此,必須按統(tǒng)一選定的基準(zhǔn)值進(jìn)行換算。 （3）、無限大電源供給的短路電流 當(dāng)供電電源為無窮大或計(jì)算電抗(以供電電源為基準(zhǔn)) Xj*≥3時(shí),不考慮短路電流周期分量的衰減,此時(shí):
無限容量系統(tǒng)在電源外部發(fā)生短路，電源母線上的電壓基本不變，即認(rèn)為它是一個(gè)恒壓源。在工程設(shè)計(jì)計(jì)算中，當(dāng)電源內(nèi)阻抗不超過短路回路總阻抗的5%～10%時(shí)，就可認(rèn)為該電源是無限大功率電源。或者電力系統(tǒng)容量超過用戶供電系統(tǒng)容量的50倍時(shí)，可將電力系統(tǒng)視為無限大容量系統(tǒng)。 （4）、各元件參數(shù)標(biāo)么值的計(jì)算 ①、電路元件的標(biāo)么值為有名值與基準(zhǔn)值之比，計(jì)算公式如下：
采用標(biāo)么值后，相電壓和線電壓的標(biāo)么值是相同的，單相功率和三相功率的標(biāo)么值也是相同的，某些物理量還可以用標(biāo)么值相等的另一些物理量來代替，如I*=S*。 ②、從某一基值容量Sj1的標(biāo)么轉(zhuǎn)化到另一基值容量Sj2的標(biāo)么值：
③、從某一基值電壓Uj1的標(biāo)么值化到另一基值電壓Uj2的標(biāo)么值:
④、從已知系統(tǒng)短路容量Sd″，求該系統(tǒng)的組合電抗標(biāo)么值：
⑤、各元件阻抗標(biāo)么值的計(jì)算 a、電抗標(biāo)么值和有名值的變換公式
b、架空線路 對(duì)架空線路,往往給出單位長(zhǎng)度的電抗X0(Ω/ km)，則：
由前知:要求電抗標(biāo)么值時(shí),只要對(duì)本級(jí)的平均電壓及容量基準(zhǔn)值歸算即可。若基準(zhǔn)容量為Sj,則電抗所在級(jí)的電抗有名值的基準(zhǔn)值為:
式中：Up-線路所在電壓級(jí)的平均電壓。即等于該電壓級(jí)的電壓基準(zhǔn)值,Uj=Up。 因此,線路電抗的標(biāo)么值為：
輸電線路的等值電抗：
雖然相間距離、導(dǎo)線截面等與線路結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)對(duì)電抗大小有影響,但這些數(shù)值均在對(duì)數(shù)符號(hào)內(nèi),故各種線路的電抗值變化不很大, 一般單導(dǎo)線線路每公里的電抗為 0. 4Ω左右;分裂導(dǎo)線線路的電抗與分裂根數(shù)有關(guān),當(dāng)分裂根數(shù)為2、3、4根時(shí),每公里的電抗分別為0. 33、0. 30、0. 28Ω左右。 c、電抗器 通常給出的是電抗的百分?jǐn)?shù) Xk% ，它的有名值:
式中：Ue和Ie,為電抗器的額定電壓和額定電流。 它以Sj,和Uj為基準(zhǔn)的標(biāo)么值為:
d.電力變壓器 變壓器通常給出它的短路電壓百分?jǐn)?shù) ud%.短路電壓百分?jǐn)?shù)是變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)時(shí),在變壓器繞組流過額定電流時(shí),外加電壓與變壓器額定電壓之比的百分?jǐn)?shù)。如果忽略激磁電流與繞組電阻 ,它就是漏抗的壓降百分?jǐn)?shù),即:
這正是變壓器等效電抗的標(biāo)么值,它的有名為:
它以 Sj和Uj為基準(zhǔn)的標(biāo)么值為:
一般變壓器的額定電壓與其所在級(jí)的平均電壓相近，該級(jí)的基準(zhǔn)電壓常取其平均電壓,故均可用該級(jí)的平均電圧代替,即Ue≈Uj=Up,則：
六、短路電流計(jì)算步驟 （1）、繪制電力系統(tǒng)電氣接線圖。 （2）、畫等值網(wǎng)絡(luò)圖（電抗圖） ①、首先去掉系統(tǒng)中的所有負(fù)荷分支，線路電容、各元件的電阻，發(fā)電機(jī)電抗用次暫態(tài)電抗Xd'。 ②、選取基準(zhǔn)容量Sj和基準(zhǔn)電壓Uj(一般取后級(jí)的平均電壓)。 ③、將各元件電抗換算為同一基準(zhǔn)值的標(biāo)么值。 ④、計(jì)算各電氣元件的電抗標(biāo)幺值，畫出等值電路圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號(hào)。 ⑤、短路電流計(jì)算中常用的網(wǎng)絡(luò)變換公式。
在網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化中，對(duì)短路點(diǎn)具有局部對(duì)稱或全部對(duì)稱的網(wǎng)絡(luò)，同電位的點(diǎn)可以短接，其間的電抗可以略去。在簡(jiǎn)化系統(tǒng)阻抗時(shí)，距短路點(diǎn)遠(yuǎn)的電源與近的電源不能合并。 工業(yè)企業(yè)供電可能同時(shí)由無限大容量電力系統(tǒng)和本企業(yè)自備電廠的同步發(fā)電機(jī)供電。 在等值電路中，對(duì)有名單位,不同電壓級(jí)的元件阻抗必須統(tǒng)一折算到同一電壓級(jí)(可稱為基本電壓) ,不過折算到哪一級(jí)電壓是可以隨意選擇的 。在決定流到短路點(diǎn)的短路電流時(shí), 為換算方便,宜將短路點(diǎn)所在級(jí)電壓作為基本電壓 。 (3)、根據(jù)電氣設(shè)備選擇任務(wù)，確定相應(yīng)的短路計(jì)算點(diǎn)。 ①、求各短路點(diǎn)在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的各點(diǎn)短路電流。 ②、各點(diǎn)三相短路時(shí)的最大沖擊電流和短路容量。 ③、列出短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)表。 (4)、對(duì)各短路計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡(jiǎn)，求出 在設(shè)計(jì)前期收資階段應(yīng)收集授電側(cè)變電站母線短路電流和變電站高壓饋線出口處的斷路器的斷流容量。當(dāng)電力系統(tǒng)的短路容量未知及授電側(cè)變電站母線短路電流時(shí)，變電站高壓饋線出口處的斷路器的斷流容量可看作是電力系統(tǒng)的極限短路容量利用以上資料中其中一個(gè)量，就可以求得系統(tǒng)電抗標(biāo)么值。 （5）、計(jì)算短路電流有名值和標(biāo)幺值。 （6）、計(jì)算短路電流沖擊值。 三相短路發(fā)生后的半個(gè)周期 (t=O.Ols) ， 短路電流的瞬時(shí)值達(dá)到最大，稱為沖擊電流ich,當(dāng)不計(jì)周期分量的衰減時(shí)，其值按下式計(jì)算：
（7）、計(jì)算全電流最大有效值。 短路電流全電流最大有效值Ich，出現(xiàn)在三相短路后的第一個(gè)周期內(nèi)，當(dāng)不計(jì)周期分量的衰減時(shí)，其值為：
（8）、計(jì)算短路容量。 （9）、繪制短路電流計(jì)算結(jié)果表。 七、限制短路電流的措施 7.1、從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上可以采取的限流措施 1）、在電力系統(tǒng)的主網(wǎng)加強(qiáng)聯(lián)系后，將次級(jí)電網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行； 2）、在允許的范圍內(nèi)，增大系統(tǒng)的零序阻抗、例如采用不帶第三繞組或第三繞組為星形接線的全星形變壓器，減少變壓器中性點(diǎn)的接地點(diǎn)，可以減少系統(tǒng)的單相短路電流； 3）、加大變壓器的阻抗，或?qū)⒆择钭儔浩鞲臑槠胀ㄈ@組變壓器，可以減小短路電流，但一般不宜采取此類措施； 4）、根據(jù)供電的需要，提高電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)，可以有效地限制短路電流； 5）、采用直流輸電或直流聯(lián)網(wǎng)，可以限制系統(tǒng)的短路電流。 7.2、變電站中可以采取的限流措施 1）、變壓器分列運(yùn)行（在實(shí)際工程中，通常采用此辦法）； 2）、變電站中，在變壓器回路中裝設(shè)分裂電抗器或電抗器(增加回路的電抗值限制短路電流)； 3）、采用低壓側(cè)為分裂繞組變壓器； 4）、出線上裝設(shè)電抗器； 5）、變電站多母線分列運(yùn)行或母線分段運(yùn)行，可以在變電所中采用多母線分列運(yùn)行的方式。如果需要并列運(yùn)行，應(yīng)該在母線斷路器上裝設(shè)最大快速解列裝置，在故障時(shí)將母線斷路器快速斷開； 6）、采用高阻抗變壓器(增加變壓器的Uk%，能增大變壓器阻抗限制短路電流，Uk%增大降低變壓器運(yùn)行效率，不可盲目提高。)； 7）、采用小容量變壓器(當(dāng)Uk%一定時(shí)變壓器容量越小則變壓器阻抗越大,可限制短路電流)； 8）、大容量單元運(yùn)行，經(jīng)變壓器及斷路器再接母線，可降低短路電流。 |
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