變電站設(shè)計(jì)中短路電流的計(jì)算與分析

摘要：變電所設(shè)計(jì)中，為了電氣設(shè)備、載流導(dǎo)體的選擇、繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置的整定、限制短路電流措施確定等目的，往往都需要先進(jìn)行短路電流的計(jì)算。準(zhǔn)確地進(jìn)行短路電流計(jì)算就能根據(jù)變電站電力系統(tǒng)的實(shí)際情況合理地確定限制短路電流的方案，或者限制某種運(yùn)行方式的出現(xiàn)，得到既可靠又經(jīng)濟(jì)的主接線方案。短路電流主要包含有三相短路電流、兩相短路電流和單相短路電流。本論文通過某工廠變電所的設(shè)計(jì)，詳細(xì)地介紹了短路電流的計(jì)算原則，得出了一種切實(shí)可行的短路電流計(jì)算方法。
關(guān)鍵詞：變電所；短路電流；電流計(jì)算；最小短路電流；最大短路電流

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中相與相之間或者相與地之間(或中性線)之間發(fā)生非正常連接(短路)時(shí)流過的電流稱為短路電流。
短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)3大計(jì)算之一，是進(jìn)行電氣接線方式選擇、電氣設(shè)備選擇、繼電保護(hù)整定和校核的基礎(chǔ)。此變電站設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是：變電站圍墻內(nèi)的110 kV及10 kV配電裝置，主變壓器，10 kV電容器，自補(bǔ)裝置，站內(nèi)交直流電系統(tǒng)，控制保護(hù)，防雷接地等一、二次部分。文中設(shè)計(jì)的要求：主變壓器容量，由需用系數(shù)法計(jì)算；電壓等級(jí)，110／10 kV；110 kV進(jìn)線，2回電纜進(jìn)線；10 kV進(jìn)線，按要求得20回電纜出線(其中兩回為備用)。文中主要分析了變電站設(shè)計(jì)過程具體的短路電流計(jì)算方法。

1 概述
電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路故障，主要有三相短路、兩相短路和單相短路。一般情況下，三相短路電流都大于兩相和單相短路電流。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，以一相對(duì)地的短路故障為最多，約占全部短路故障的90％，在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。發(fā)生短路時(shí)，由于電源供電回路阻抗的減小以及突然短路時(shí)的暫態(tài)過程，使短路回路中的電流大大增加，可能超過回路的
額定電流許多倍。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，系統(tǒng)功率分布的突然變化和電壓的嚴(yán)重下降，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，短路時(shí)電壓下降的愈大，持續(xù)時(shí)間愈長，破壞整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性愈大。
在計(jì)算短路電流時(shí)，由于本次變電站設(shè)計(jì)屬于未知系統(tǒng)，所以我們把這個(gè)電源容量視為無窮大的電力系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)某處發(fā)生短路時(shí)，電源電壓維持不變，即短路電流周期分量在整個(gè)短路過程中不衰減。

2 短路電流計(jì)算的原則
1)計(jì)算短路電流用于驗(yàn)算電器和導(dǎo)體的開斷電流、動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)按本工程的計(jì)劃內(nèi)容計(jì)算。一般應(yīng)以最大運(yùn)行方式下的三相短路電流為依據(jù)，如變電所一般以2臺(tái)或3臺(tái)主變壓器容量計(jì)算，并適當(dāng)考慮電網(wǎng)5～10年的遠(yuǎn)景發(fā)展規(guī)劃。
2)計(jì)算短路電流時(shí)，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式進(jìn)行計(jì)算。短路點(diǎn)應(yīng)選擇在短路電流為最大的點(diǎn)。
3)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，一般按三相短路電流驗(yàn)算。
4)計(jì)算10 kV及以上高壓電網(wǎng)短路電流時(shí)，一般將原件的電阻忽略不計(jì)，如果短路電路中總電阻∑R大于總電抗∑X的1／3時(shí)，則線路和其他元件的有效電阻仍應(yīng)計(jì)入。
5)計(jì)算1 000 kV以下低壓電網(wǎng)短路電流時(shí)，一般不允許忽略短路回路中電氣設(shè)備的電阻值，如配電變壓器的電阻、低壓線路的電阻、不太長的母線和電纜、電流互感器的一次繞組、自動(dòng)開關(guān)的過電流線圈及自動(dòng)開關(guān)和隔離開關(guān)觸頭的接觸電阻等，因?yàn)檫@些電阻對(duì)低壓短路電流都有影響。
6)計(jì)算某一電壓級(jí)的短路電流時(shí)，應(yīng)用平均電壓。
7)計(jì)算高壓系統(tǒng)電路電流時(shí)，一般采用標(biāo)幺值法、短路功率法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算1 000 V以下低壓配電網(wǎng)的短路電流時(shí)，一般采用有名值方法計(jì)算，即電壓V，電流kA，電阻mΩ。

3 三相短路電流計(jì)算

3．1 變壓器高電壓側(cè)K1點(diǎn)短路


3．2 變壓器的低壓側(cè)K2點(diǎn)短路

由上計(jì)算可得，三相短路情況發(fā)生時(shí)，變壓器高壓側(cè)最大短路電流為14．673 kA，最小短路電流為9．0827 kA；變壓器低壓側(cè)最大短路電流為27．399 kA，最小短路電流為14．159kA。

4 結(jié)論
隨著國民經(jīng)濟(jì)和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力的需求增長迅速。變電站升級(jí)改造和變電站擴(kuò)容改造已成為供電公司的重要規(guī)劃內(nèi)容，由于變電站改造都將改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變必將影響各個(gè)節(jié)點(diǎn)的短路電流。準(zhǔn)確地進(jìn)行短路電流計(jì)算就能根據(jù)變電站電力系統(tǒng)的實(shí)際情況合理地確定限制短路電流的方案，或者限制某種運(yùn)行方式的出現(xiàn)，得到既可靠又經(jīng)濟(jì)的主接線方案。
總之，在評(píng)價(jià)和比較各種主接線方案選出最佳方案時(shí)，短路電流計(jì)算是一項(xiàng)很重要的基礎(chǔ)性工作。因此，在電力設(shè)計(jì)中選擇電氣設(shè)備必須計(jì)算短路電流，短路電流的計(jì)算是電氣專業(yè)設(shè)計(jì)不可缺少的環(huán)節(jié)，是電力設(shè)計(jì)中最重要的計(jì)算之一。文中通過短路電流的計(jì)算，為變電站設(shè)計(jì)中電氣設(shè)備的選擇和繼電保護(hù)整定墊定了基礎(chǔ)。