变电站设计中短路电流的计算与分析

吴浩

（江苏省电力公司 苏州供电公司，江苏 苏州 215000）

电力系统在运行中相与相之间或者相与地之间（或中性线）之间发生非正常连接（短路）时流过的电流称为短路电流。

短路电流计算是电力系统3大计算之一，是进行电气接线方式选择、电气设备选择、继电保护整定和校核的基础。此变电站设计需要设计的内容是：变电站围墙内的110 kV及10 kV配电装置，主变压器，10 kV电容器，自补装置，站内交直流电系统，控制保护，防雷接地等一、二次部分。文中设计的要求：主变压器容量，由需用系数法计算；电压等级，110/10 kV；110 kV进线，2回电缆进线；10 kV进线，按要求得20回电缆出线（其中两回为备用）。文中主要分析了变电站设计过程具体的短路电流计算方法。

1 概 述

电力系统中可能发生的短路故障，主要有三相短路、两相短路和单相短路。一般情况下，三相短路电流都大于两相和单相短路电流。在中性点直接接地的电网中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90%，在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的额定电流许多倍。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。

在计算短路电流时，由于本次变电站设计属于未知系统，所以我们把这个电源容量视为无穷大的电力系统。在这样的系统内，当某处发生短路时，电源电压维持不变，即短路电流周期分量在整个短路过程中不衰减[3-4]。

2 短路电流计算的原则

1）计算短路电流用于验算电器和导体的开断电流、动稳定和热稳定时，应按本工程的计划内容计算。一般应以最大运行方式下的三相短路电流为依据，如变电所一般以2台或3台主变压器容量计算，并适当考虑电网5～10年的远景发展规划。

2）计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。短路点应选择在短路电流为最大的点。

3）导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流验算。

4）计算10 kV及以上高压电网短路电流时，一般将原件的电阻忽略不计，如果短路电路中总电阻ΣR大于总电抗ΣX的1/3时，则线路和其他元件的有效电阻仍应计入。

5）计算1 000 kV以下低压电网短路电流时，一般不允许忽略短路回路中电气设备的电阻值，如配电变压器的电阻、低压线路的电阻、不太长的母线和电缆、电流互感器的一次绕组、自动开关的过电流线圈及自动开关和隔离开关触头的接触电阻等，因为这些电阻对低压短路电流都有影响。

6）计算某一电压级的短路电流时，应用平均电压。

7）计算高压系统电路电流时，一般采用标幺值法、短路功率法进行计算。计算1 000 V以下低压配电网的短路电流时，一般采用有名值方法计算，即电压V，电流kA，电阻mΩ。

3 三相短路电流计算

图1 等值电路图Fig.1 Equivalent circuit diagram

设：当 Sj=100MVA，Uj=Uav=115/10.5 kV 时：

3.1 变压器高电压侧K1点短路

则K1点短路时，短路回路最小总阻抗和最大总阻抗

最大短路电流次暂态值：

最大短路电流冲击值：

最大次暂态短路功率：

最小短路电流次暂态值：

最小短路电流冲击值：

最小次暂态短路功率：

3.2 变压器的低压侧K 2点短路

K2点三相短路时：

则K2点短路时，短路回路最大总阻抗：

最小短路电流次暂态值：

最小短路电流冲击值：

最小次暂态短路功率：

则K2点短路时，短路回路最小总阻抗：

最大短路电流次暂态值：

最大短路电流冲击值：

最大次暂态短路功率：

综上所述：

由上计算可得，三相短路情况发生时，变压器高压侧最大短路电流为14.673 kA，最小短路电流为9.0827 kA；变压器低压侧最大短路电流为27.399 kA，最小短路电流为14.159 kA[6]。

4 结 论

随着国民经济和地区经济的快速发展，对电力的需求增长迅速。变电站升级改造和变电站扩容改造已成为供电公司的重要规划内容，由于变电站改造都将改变网络结构，网络结构的改变必将影响各个节点的短路电流。准确地进行短路电流计算就能根据变电站电力系统的实际情况合理地确定限制短路电流的方案，或者限制某种运行方式的出现，得到既可靠又经济的主接线方案。

总之，在评价和比较各种主接线方案选出最佳方案时，短路电流计算是一项很重要的基础性工作。因此，在电力设计中选择电气设备必须计算短路电流，短路电流的计算是电气专业设计不可缺少的环节，是电力设计中最重要的计算之一。文中通过短路电流的计算，为变电站设计中电气设备的选择和继电保护整定垫定了基础。

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