国家电网招聘考试高频考点电力系统分析：短路电流的简化算法

　　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。

　　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。

　　简化计算基础

       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 =100MVA

　　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来。

　　例如：Ujz=10.5kV

　　因为 S=1.73*U*I 所以Ijz=5.5kA

      (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200MVA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/Ijz。

      3. 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=2.55Id(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。

　　简化算法

      【1】系统电抗的计算

　　系统电抗，百兆为一；容量增减，电抗反比；100除系统容量。例：

　　当系统容量为100MVA时，系统的电抗为XS*=100/100＝1

　　当系统容量为200MVA时,系统的电抗为XS*=100/200＝0.5

　　当系统容量为无穷大时,系统的电抗为XS*=100/∞＝0

　　系统容量单位：MVA

　　系统容量应由当地供电部门提供，当不能得到时，可将供电电源出线开关的开断容量作为系统容量。如已知供电部门出线开关为W-VAC 12KV 2000A 额定分断电流为40KA。则可认为系统容量S=1.73*40*10000V=692MVA，系统的电抗为XS*=100/692＝0.144。

      【2】变压器电抗的计算

      110KV，10.5除变压器容量；35KV，7除变压器容量；10KV{6KV},4.5除变压器容量。例：

　　一台35KV 3200KVA变压器的电抗X*=7/3.2=2.1875

　　一台10KV 1600KVA变压器的电抗X*=4.5/1.6=2.813

　　变压器容量单位：MVA

　　这里的系数10.5，7，4.5实际上就是变压器短路电抗的％数，不同电压等级有不同的值。

      【3】电抗器电抗的计算

　　电抗器的额定电抗除额定容量再打九折。例：

　　有一电抗器U=6KV I=0.3KA 额定电抗X=4%。

　　额定容量S=1.73*6*0.3=3.12MVA，电抗器电抗X*={4/3.12}*0.9=1.15

　　电抗器容量单位：MVA

      【4】架空线路及电缆电抗的计算

　　架空线：6KV，等于公里数；10KV，取1/3；35KV，取3％。

　　电缆：按架空线再乘0.2。例：

      10KV 6KM架空线，架空线路电抗X*=6/3=2

      10KV 0.2KM电缆.电缆电抗X*={0.2/3}*0.2=0.013.

　　这里作了简化,实际上架空线路及电缆的电抗和其截面有关,截面越大电抗越小.

      【5】短路容量的计算

　　电抗加定，去除100。

　　例：已知短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2，则短路点的短路容量

      Sd=100/2=50MVA.

　　短路容量单位：MVA

      【6】短路电流的计算

      6KV，9.2除电抗；10KV，5.5除电抗；35KV，1.6除电抗；110KV，0.5除电抗。0.4KV，150除电抗

　　例：已知一短路点前各元件电抗标么值之和为 X*∑=2，短路点电压等级为6KV，则短路点的短路电流 Id=9.2/2=4.6KA。

　　短路电流单位：KA

      【7】短路冲击电流的计算

      1000KVA及以下变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=Id，冲击电流峰值ic=1.8Id；

      1000KVA以上变压器二次侧短路时：冲击电流有效值Ic=1.5Id，冲击电流峰值ic=2.5Id。

　　例：已知短路点{1600KVA变压器二次侧}的短路电流Id=4.6KA，则该点冲击电流有效值Ic=1.5Id＝1.5*4.6＝7.36KA，冲击电流峰值ic=2.5Id=2.5*4.6=11.5KA。

　　可见短路电流计算的关键是算出短路点前的总电抗{标么值}，但一定要包括系统电抗。

　　举例分析

系统见下图。由电业部门区域变电站送出一路10KV架空线路，经10KM后到达企业变电所，进变电所前有一段200m的电缆，变电所设一台1600KVA变压器，求K1、K2点的短路参数。

　系统容量:S=1.73*U*I=1.73*10.5*31.5=573 MVA，用以上口诀，很容易求得各电抗标么值，一共有4个：

　系统电抗X0=100/573=0.175  

　10KM,10KV架空线路电抗 X1=10/3=3.333  

　200M,10KV 电缆线路电抗 X2=(0.2/3)*0.2=0.133  

　1600KVA 变压器电抗 X3=4.5/1.6=2.81  

　　请注意：以上电抗都是标么值(X*)  

　　将每一段电抗分别相加，得到K1点总电抗=X0+X1=3.51，K2点总电抗=X0+X1+X2+X3=6.45。再用口诀即可算出短路电流。

　　用口诀算和用第3节公式算有什么不同 ?  

　　用口诀算出的是实名制单位kA，MVA。而用公式算出的是标么值。

　　细心的人一定会看出，计算短路电流口诀中的系数 150、9.2、5.5、1.6。实际上就是各级电压基准值，只是作了简化，准确计算应该是144、9.16、5.5、1.56。

　　有了短路参数有什么用？

        短路参数是验算开关的主要参数。例：这台1600KVA变压器低压总开关采用M25，N1。额定电流2500A，额定分断电流55KA。

验算：变压器额定电流为2253A

　　开关额定电流>变压器额定电流；开关额定分断电流>短路电流Id，验算通过。

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