第七章短路电流的计算与分析

电力系统中的短路电流计算原理与故障分析方法电力系统是供给电能的重要设备，而短路电流计算是电力系统设计和运行中至关重要的环节。

本文将介绍电力系统中短路电流的计算原理以及故障分析方法。

一、短路电流计算原理在电力系统中，当两个不同电压等级的设备发生短路故障时，会导致电流突然升高，形成短路电流。

短路电流计算是指通过计算短路电流的大小和特性，来确定电力系统设备的额定容量和选用适当的保护措施。

短路电流的计算原理基于以下几个关键因素：1. 电源特性：电源的内部电阻和电压特性会对短路电流产生影响。

一般来说，电源的短路电流越大，电源的内阻越小。

2. 电网拓扑结构：电网的拓扑结构指的是电源、输电线路和负载之间的连接关系。

不同的拓扑结构会对短路电流进行不同程度的限制。

3. 线路参数：输电线路的电阻、电抗和容量等参数也会对短路电流产生影响。

短路电流的大小与线路的特性有直接关系。

4. 设备参数：电力系统中的变压器、发电机、开关设备等都会对短路电流产生影响。

这些设备的特性和参数需要被准确考虑在内。

基于以上因素，短路电流的计算可以采用解析计算、仿真计算和实测计算等方法。

其中，解析计算是最常用的方法，通过分析电力系统的电路拓扑和设备参数来推导短路电流的计算公式，实现准确计算。

二、故障分析方法在电力系统中，故障是不可避免的，而对故障进行准确分析是确保电力系统安全运行的关键一环。

下面介绍几种常用的故障分析方法。

1. 弧光法：通过观察电力线路中发生故障时产生的弧光现象，来判断故障类型和位置。

这种方法操作简单，但只适用于较明显的故障。

2. 电流比较法：通过对比故障前后的电流值，来判断故障点的位置。

这种方法适用于故障比较明显、电流变化较大的情况。

3. 电流特征法：通过分析电流的变化特征，如振荡频率、幅值等，来判断故障类型和位置。

这种方法对故障类型的判断更准确，但需要运用复杂的信号处理技术。

4. 算法模型法：通过建立电力系统的数学模型，运用计算机仿真等方法进行系统分析，来判断故障类型和位置。

短路电流的计算方法短路电流是指电路中出现故障时，电流异常增大的现象。

短路电流的计算方法包括直流短路电流的计算和交流短路电流的计算。

一、直流短路电流的计算方法：直流短路电流的计算是为了确定短路电流对电路和设备的影响，以保证电路和设备安全。

直流短路电流的计算方法主要有以下几种：1.简化计算法：直流电路的短路电流可以通过简化计算法进行估算，根据欧姆定律和功率定律，可以通过电压和总电阻来估算短路电流。

假设短路电流源为电压为U、内阻为Z的电源电路，电源电阻为R，负载电阻为RL，总电阻为RT=RL+R，则短路电流IL=U/(Z+RT)。

2.等效电源法：将电源电路和负载电路转化为等效电源和等效负载电阻，然后根据欧姆定律计算短路电流。

等效电源法适用于简化电路和负载电路比较复杂的情况。

3.发电厂贡献法：针对大型电力系统，可以根据发电机的参数和系统的接线方式来计算各个节点的短路电流。

发电厂贡献法可以精确计算节点的短路电流，但计算过程较为复杂。

二、交流短路电流的计算方法：交流短路电流是指交流电路中出现短路时的电流。

交流短路电流的计算方法包括对称分量法和电流源法等。

1.对称分量法：根据对称分量法，交流短路电流可以分解为正序、负序和零序三个分量。

正序短路电流通常是三相对称的，可以通过正序电压和正序阻抗来计算。

负序短路电流和零序短路电流可以通过负序电压和零序电压以及负序阻抗和零序阻抗来计算。

2.电流源法：电流源法是一种常用的计算交流短路电流的方法，将电源电压和电源阻抗转化为电流源和阻抗的组合，然后根据电流传输方向计算短路电流。

根据基尔霍夫电流定律，在每个节点上列出节点电流方程组，然后根据节点电流的关系求解未知的短路电流。

3.电抗补偿法：电抗补偿法是通过在电路中添加合适的电抗元件，来减小电路的短路电流。

通过选取合适的电抗元件的参数，可以使得电路的短路电流降低到安全范围内。

总之，短路电流的计算方法根据电路的特点和问题的需求选择不同的方法，通过对电压、电流和阻抗的计算和分析，来确定短路电流的数值，以保证电路和设备的安全。

1、短路电流的计算方法：1.1、两相短路电流计算公式：I=∑R=R1/K+Rb+R2∑X=Xx+X1/K+Xb+X2式中：I——两相短路电流，A∑R、∑X——短路回路内一相电阻、电抗值的总和，ΩXx——根据三相短路容量计算的系统电抗值，ΩR1、X1——高压电缆的电阻、电抗值，ΩKb——变压器变压比Rb、Xb——变压器的电阻、电抗值，ΩR2、X2——低压电缆的电阻、电抗值，ΩUe——变压器二次侧额定电压，V1.2、三相短路电流计算公式：I=1.15 I2、电缆线路短路保护2.1、1200V及以下电网中电磁式过电流继电器的整定2.1.1、保护干线装置公式：Iz≥IQe+Kx∑Ie式中：IQe——最大容量电动机额定起动电流，A，为电动机额定电流的6.0~7.0倍。

∑Ie——其余电动机额定电流之和，AKx——需用系数，取0.5～1.0，一般取1.0。

2.1.2、校验公式：≥1.5若线路上串联两台以上开关（其间无分支线路），则上一级开关整定值，也应按下一级开关保护范围最远点的两相短路电流来校验，校验灵敏度应满足1.2～1.5的要求，以保证双重保护的可靠性。

若校验不满足时，应采取以下措施：1.加大干线或支线电缆截面。

2.设法减少低压电缆线路的长度。

3.采用相敏保护器或软起动等新技术提高灵敏度。

4.更换大容量变压器或采取变压器并联。

5.增设分段保护开关。

6.采用移动变电站或移动变压器。

2.2、电子保护器的整定:2.2.1、电磁起动器中电子保护器过流整定公式：Iz≤Ie当运行中电流超过Iz时视为过载，电子保护器延时动作；当运行中电流达到8Iz时视为短路，电子保护器瞬时动作。

2.2.2、校验公式：≥1.2若校验不满足时，应采取以下措施：1.加大干线或支线电缆截面。

2.设法减少低压电缆线路的长度。

3.采用相敏保护器或软起动等新技术提高灵敏度。

4.更换大容量变压器或采取变压器并联。

5.增设分段保护开关。

6.采用移动变电站或移动变压器。

一.概述供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件.二.计算条件1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多.具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗.2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻.3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.三.简化计算法即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法.在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念.1.、主要参数Sd三相短路容量(MVA)简称短路容量校核开关分断容量Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定x电抗(Ω)其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键.2、.标么值计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算).(1)基准基准容量Sjz =100 MVA基准电压UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV 有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4因为S=1.73*U*I 所以IJZ (KA)1.565.59.16144(2)标么值计算容量标么值S* =S/SJZ.例如:当10KV母线上短路容量为200 MVA时,其标么值容量S* = 200/100=2.电压标么值U*= U/UJZ ; 电流标么值I* =I/IJZ3、无限大容量系统三相短路电流计算公式短路电流标么值: I*d = 1/x* (总电抗标么值的倒数).短路电流有效值: Id= IJZ* I*d=IJZ/ x*(KA)冲击电流有效值: IC = Id *√1+2 (KC-1)2 (KA)其中KC冲击系数,取1.8所以IC =1.52Id冲击电流峰值: ic =1.41* Id*KC=2.55 Id (KA)当1000KVA及以下变压器二次侧短路时,冲击系数KC ,取1.3这时:冲击电流有效值IC =1.09*Id(KA)冲击电流峰值: ic =1.84 Id(KA)掌握了以上知识,就能进行短路电流计算了.公式不多,又简单.但问题在于短路点的总电抗如何得到?例如:区域变电所变压器的电抗、输电线路的电抗、企业变电所变压器的电抗,等等.一种方法是查有关设计手册,从中可以找到常用变压器、输电线路及电抗器的电抗标么值.求得总电抗后,再用以上公式计算短路电流; 设计手册中还有一些图表,可以直接查出短路电流.下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法. 4．简化算法【1】系统电抗的计算系统电抗，百兆为一。

电⼒系统【第七章：电⼒系统三相短路的分析与计算】⼀.电⼒系统故障概述 1.短路 短路是指电⼒系统正常运⾏情况下以外的相与相或相与地【或中性线】之间的故障连接。

2.对称短路与不对称短路 三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路。

其它⼏种短路均使三相回路不对称，故称为不对称短路，如下： 3.产⽣短路的主要原因是电⽓设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。

4.系统中发⽣短路相当于改变了电⽹的结构，必然引起系统中功率分布的变化，⽽且发电机输出功率也相应发⽣变化。

5.为了减少短路对电⼒系统的危害，可以采⽤限制短路电流的措施，在线路上装设电抗器。

但是最主要的措施是迅速将发⽣短路的部分与系统其它部分进⾏隔离，这样发电机就可以照常向直接供电的负荷和配电所的负荷供电。

6.电⼒系统的短路故障有时也称为横向故障，因为它是相对相【或相对地】的故障。

还有⼀种故障称为纵向故障，即断线故障，指的是⼀相或多相断线使系统运⾏在⾮全相运⾏的情况。

在电⼒系统中的不同地点【两处以上】同时发⽣不对称故障的情况，称为复杂故障。

⼆.⽆限⼤功率电源供电的系统三相短路电流分析 1.电源功率⽆限⼤时外电路发⽣短路（⼀种扰动）引起的功率改变对电源来说微不⾜道，因⽽电源的电压和频率对应于同步发电机的转速保持恒定。

2.⽆限⼤电源可以看做由多个有限功率电源并联⽽成的，因其内阻抗为零，电源电压保持恒定。

实际上，真正的⽆限⼤电源是不存在的，只能是⼀种相对概念往往是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相对⼤⼩来判断电源是否作为⽆限⼤功率电源。

若供电电源的内阻抗⼩于短路回路总阻抗的10%时，则可认为供电电源为⽆限⼤功率电源。

在这种情况下，外电路发⽣短路对电源影响较⼩，可近似认为电源电压幅值和频率保持恒定。

3.当短路点突然发⽣三相短路时，这个电路即被分成两个独⽴的回路。

及有电源连接的回路和⽆电源连接的回路。

在有电源连接的回路中，其每相阻抗减⼩，对应的稳态电流必将增⼤。