變電站設計中短路電流的計算與分析

摘要：變電所設計中，為了電氣設備、載流導體的選擇、繼電保護、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)行短路電流的計算。準確地進(jìn)行短路電流計算就能根據變電站電力系統的實(shí)際情況合理地確定限制短路電流的方案，或者限制某種運行方式的出現，得到既可靠又經(jīng)濟的主接線(xiàn)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(guò)某工廠(chǎng)變電所的設計，詳細地介紹了短路電流的計算原則，得出了一種切實(shí)可行的短路電流計算方法。
關(guān)鍵詞：變電所；短路電流；電流計算；最小短路電流；最大短路電流

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

1 概述
電力系統中可能發(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(guò)程，使短路回路中的電流大大增加，可能超過(guò)回路的
額定電流許多倍。電力系統中出現短路故障時(shí)，系統功率分布的突然變化和電壓的嚴重下降，可能破壞各發(fā)電廠(chǎng)并聯(lián)運行的穩定性，短路時(shí)電壓下降的愈大，持續時(shí)間愈長(cháng)，破壞整個(gè)電力系統穩定運行的可能性愈大。
在計算短路電流時(shí)，由于本次變電站設計屬于未知系統，所以我們把這個(gè)電源容量視為無(wú)窮大的電力系統。在這樣的系統內，當某處發(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(guò)程中不衰減。

2 短路電流計算的原則
1)計算短路電流用于驗算電器和導體的開(kāi)斷電流、動(dòng)穩定和熱穩定時(shí)，應按本工程的計劃內容計算。一般應以最大運行方式下的三相短路電流為依據，如變電所一般以2臺或3臺主變壓器容量計算，并適當考慮電網(wǎng)5～10年的遠景發(fā)展規劃。
2)計算短路電流時(shí)，應按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線(xiàn)方式進(jìn)行計算。短路點(diǎn)應選擇在短路電流為最大的點(diǎn)。
3)導體和電器的動(dòng)穩定、熱穩定以及電器的開(kāi)斷電流，一般按三相短路電流驗算。
4)計算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，如果短路電路中總電阻∑R大于總電抗∑X的1／3時(shí)，則線(xiàn)路和其他元件的有效電阻仍應計入。
5)計算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備的電阻值，如配電變壓器的電阻、低壓線(xiàn)路的電阻、不太長(cháng)的母線(xiàn)和電纜、電流互感器的一次繞組、自動(dòng)開(kāi)關(guān)的過(guò)電流線(xiàn)圈及自動(dòng)開(kāi)關(guān)和隔離開(kāi)關(guān)觸頭的接觸電阻等，因為這些電阻對低壓短路電流都有影響。
6)計算某一電壓級的短路電流時(shí)，應用平均電壓。
7)計算高壓系統電路電流時(shí)，一般采用標幺值法、短路功率法進(jìn)行計算。計算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算，即電壓V，電流kA，電阻mΩ。

3 三相短路電流計算

3．1 變壓器高電壓側K1點(diǎn)短路


3．2 變壓器的低壓側K2點(diǎn)短路

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

4 結論
隨著(zhù)國民經(jīng)濟和地區經(jīng)濟的快速發(fā)展，對電力的需求增長(cháng)迅速。變電站升級改造和變電站擴容改造已成為供電公司的重要規劃內容，由于變電站改造都將改變網(wǎng)絡(luò )結構，網(wǎng)絡(luò )結構的改變必將影響各個(gè)節點(diǎn)的短路電流。準確地進(jìn)行短路電流計算就能根據變電站電力系統的實(shí)際情況合理地確定限制短路電流的方案，或者限制某種運行方式的出現，得到既可靠又經(jīng)濟的主接線(xiàn)方案。
總之，在評價(jià)和比較各種主接線(xiàn)方案選出最佳方案時(shí)，短路電流計算是一項很重要的基礎性工作。因此，在電力設計中選擇電氣設備必須計算短路電流，短路電流的計算是電氣專(zhuān)業(yè)設計不可缺少的環(huán)節，是電力設計中最重要的計算之一。文中通過(guò)短路電流的計算，為變電站設計中電氣設備的選擇和繼電保護整定墊定了基礎。