短路电流计算在电气设备选型中的应用

高 林 王成龙 朱嘉坤 汪春生 吴晓凤

（1.西安陕鼓动力股份有限公司，西安 710075；2.西安铁路职业技术学院，西安 710014）

三相系统中短路主要有三相短路、两相短路、两相短路接地及单相短路接地，其中三相短路发生时情况最为严重，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设备，一定能够分断单相短路电流或二相短路电流，因此，设备选型计算中只需要考虑三相短路电流。

1 电气设备的选型条件

通过短路电流的计算，选择有足够动稳定性和热稳定性的电气设备，对于一般电气设备，需要满足的动稳定条件是：

式中，iet表示电器的极限通过电流峰值；表示三相短路冲击电流峰值。

需要满足的热稳定条件是：

式中，It表示电器的开断电流值，I∞表示三相短路稳态电流稳态值，tj表示继电保护动作时间和分段时间，一般取0.2s，t一般取4s。

对于载流导体，需要满足的热稳定条件是：

式中，A表示导体的最小允许截面；C表示导体的热稳定系数。

常用电气设备需要效验的参数及需要满足的条件见表1。

表1 电气设备效验项目及条件

2 短路电流的计算

目前对于短路电流的计算主要是运用标幺值法，其计算步骤如下：

1）选取功率基值SB，电压基值UB=Uav（Uav为电网平均额定电压）；计算各元件阻抗标幺值，画出等值电路图。

2）化简等值电路，求出电源至短路点f的总阻抗X∑。

3）计算f点三相短路电流周期分量初值及其他待求量，短路电流基准值

常见元件阻抗标幺值可按表2所列公式计算。

表2 阻抗值计算公式

3 应用计算

下面结合公司某余热发电项目说明短路电流计算在电气设备选型中的应用，业主提供的作为余热发电并网点的高压配电室 10kV母线的短路参数为：10kV母线在最大运行方式和最小运行方式下的电抗标幺值分别为 4.2529和 5.7905，SB取1000MVA。

该项目的电气系统图如图1所示，110kV变电所 10kV母线的阻抗为 3.9444，该母线到并网点高压配电室 10kV 母线采用长度为 1700m 的ZR-YJV-8.7/10kV的3×240电缆敷设，余热发电高压配电室到并网点采用长度为 200m 的ZR-YJV-8.7/10kV的3×185电缆敷设，发电机的功率为15MW直轴超瞬变电抗标幺值为0.1553，两台循环风机的功率均为2000kW。

图1 余热发电项目电气系统图

该系统共有3个短路点d1、d2、d3，由于本项目电气设备选型只涉及余热发电部分，因此只需要系统和发电机到d3的短路电流，利用标幺值法得到等值阻抗图，如图2、图3所示。

图2 系统等值阻抗图

图3 d3点等值阻抗图

根据等值阻抗值图计算发电机和系统到 d3点短路电流，系统侧的电抗标幺值为 4.3013，发电机的直轴超瞬变电抗标幺值为铭牌所示的 0.1553，其中发电机通过查询发电机的运算曲线可以查到所需的短路电流周期分量标幺值，系统侧的短路周期分量标幺值，短路电流周期分量起始值，稳态短路电流短路冲击电流计算结果见表3。

表3 短路电流计算结果

该项目电气设备主要包括高压断路器，熔断器，电流互感器以及母排电缆等，下面根据计算所得的短路电流值以及选型原则进行设备的选型，选型条件见表4。

表4 设备选型需满足条件

通过上面的计算，根据表中所列的条件，对照设备选型手册，该项目所选的设备如下：

（1）高压断路器为 VS1 1600/31.5，其参数为额定电压 10kV，额定电流 1600A，额定开断电流31.5kA，极限通过电流80kA，4s热稳定电流31.5kA。

（2）熔断器为XRNP-10/0.5，其参数为额定电压10kV，额定电流0.5A，额定断开电流50kA。

（3）电流互感器为LZZBJ9-10 0.2/0.5/10P15，其参数为额定电压10kV，额定电流1200A，1s短时过电流100kA，额定动稳定电流160kA。

通过对比可得，所选设备满足表中所列条件，符合设备在正常条件和短路故障条件下的工作要求，该项目已经投入运行，所选电气设备没有出现任何问题，说明选型正确，可靠。

4 结论

本文通过对短路电流的计算以及对设备选型所需满足条件的论述，结合实际项目的应用，确保了电气设备选用符合正常条件和短路故障条件下的工作要求，使电力系统的安全运行有了保障。

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[2]袁洪平,李冬根.短路电流对高压断路器及其开断电流选择的影响[J].江西电力, 2009(1).

[3]王曹荣.短路电流的简易计算[J].电气技术, 2010(3).