民用建筑供配电设计中短路电流的研究与设备校验

王利

摘 要：电力系统的设计与运行中，首要任务就是保证系统的安全和稳定。然而，短路故障是各种层出不穷的电力事故中最为常见的故障，严重危害系统的安全、稳定、运行，可见预防和控制短路故障至关重要。基于此，本文主要对民用建筑供配电设计中短路电流与设备校验进行分析探讨。

关键词：供配电设计；短路电流；设备校验

1 前言

近年来，我国不断加大对电力建设的投入，用电负荷密度也随之不断增加，其形式也越来越多样化， 一些发电厂及发电机单机容量的增大， 大容量低阻抗变压器的推广使用及全国很多地区尝试电网互联等， 都加重了电网的短路电流超标问题。尤其是一些大型发达城市， 短路电流超标问题较为严重，对该城市的电力系统安全、稳定及其中的断路器、变压器、母线等设备，都提出了更高标准。电网的短路电流已经成为电网安全、稳定运行和制约我国电力工业发展的严重隐患，而且是至关重要的技术难题。

2 建筑电气工程设计中短路分析

2.1 短路的类型及相关物理量

可靠安全地供电是保障电网正常运行的重要任务，然而影响正常运行的绝大多数原因是由短路故障造成的。在供电系统中，根据中性点接地与否，分为供电系统中性点接地系统和中性点不接地系统。在供电系统中，相与相之间、中性点接地系统中相与地之间彼此都是绝缘的，在系統正常运行时，是通过负荷相连通的，而我们所说的短路，也就是相与相或相与地之间不通过负荷而发生的直接连通的一种电路故障。

2.2 短路发生的原因

电力系统发生短路故障原因各种各样，而且比较复杂，其中常见原因如下所列：

（1）电力系统中，各种电气设备载流元件的绝缘层遭受损坏，这是发生短路故障的主要原因。引起绝缘损坏的常见原因有：设备经过长期运行，绝缘层自然老化；设计人员设计失误，其中包括：设计方案的不合理，导致设备绝缘强度不够，以及继电保护装置整定不当，未及时切断故障电路，造成设备绝缘损坏；施工人员施工不当，致使设备绝缘材料遭受严重机械损伤而使绝缘能力下降，绝缘材料陈旧；设备绝缘正常而被过电压（包括内过电压和外过电压）击穿等都可能造成短路。

（2）自然灾害，气象条件恶化。例如雷击、过电压造成的闪络放电，风灾引起架空线路断线或导线覆冰引起电线倒塌等原因造成短路。

（3）人为操作失误，运行人员违反操作规程。例如运行人员带负荷误拉隔离开关，造成弧光短路；检修线路或设备时未及时拆除检修接地线就合闸供电，造成金属性短路；人为原因接错线等原因造成短路。

2.3 限制短路电流的常用措施

为降低短路造成的危害，保证整个电网的正常运行，不仅要在发生短路故障时，尽快地切除短路故障部分，使电网在较短的时间内恢复到正常工作状态，还应在日常运行维护中尽可能的排除防范引起短路的一切原因。因此，采取行之有效的措施来限制电网的短路容量，降低电网短路电流水平是非常关键的。我国电力系统中限制短路电流的常用方案如下：

（1）提升系统的电压等级。（2）电力系统采用分层分区方式运行，分割系统，分割母线。（3）采用直流送电。（4）适当的增大电力系统的零序阻抗，能有效的限制单相短路电流。（5）在发电机电压母线分段中，加装电抗器。（6）采用高阻抗设备。（7）变压器分列运行。（8）采用故障电流限流器。（9）采用低压侧为分裂绕组的变压器，在相同电抗和容量的情况下，低压侧短路电流可减少至普通变压器的0.5～0.25。

3 电气设备的短路电流校验与选择

3.1 高压断路器

高压断路器是所有高压开关设备中具有最完善的灭弧装置，其灭弧能力最强。高压断路器是高压系统全面控制与保护各类高压负荷，例如高压电动机及变压器等，并完成对各类供电单位进行输配电的控制和保护，有着各种完善的保护功能，适用于不同的被控对象。因此高压断路器的选择与校验对整个系统的安全运行至关重要。

（1）断流能力校验。

（2）动稳定校验。

（3）热稳定校验。

（4）关合校验。

3.2 高压负荷开关

高压负荷开关对高压负荷进行控制，具有一定的保护能力和简单的灭弧装置，但是灭弧能力较弱，只能通断正常负荷电流和过负荷电流，无法直接切断短路电流，需要与高压熔断器配合使用，以借助高压熔断器切断短路电流的能力。但对于有熔断器保护的负荷开关，在选择额定短时耐受电流和额定关合电流时，可考虑熔断器在短路电流持续时间和数值的限流效应，以最高额定电流的相应熔断器做为下限额定值。

3.3 高压熔断器

高压熔断器是最简单的一次性保护器件，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害，常用于保护高压输电线路和变压器。一些灭弧能力很强的高压熔断器还具有限制短路电流的作用，能在短路电流未到达冲击值之前，就能完全熄灭电弧。

3.4 高压隔离开关

高压隔离开关主要用于隔离电源，以保证检修人员或调试人员安全，隔离检修时需将上下隔离都拉开，有明显可见断口。高压隔离开关无灭弧能力，除只能用于控制电流不超过2A的空载变压器，其他场所均严禁带负荷操作。高压隔离开关的热稳定校验及动稳定校验公式与高压断路器计算公式一致。

4 结语

电力系统中，电气设备及导线的选择与设计、合理配置继电保护和参数整定，合理的选择系统的运行方式等问题的重要依据均来自短路故障计算的电流数据。全面的认识电力系统的短路故障，透彻的理解校验原则，对一个电气设计专业人员来说尤为重要。随着我国各种模拟仿真软件的应用和对电力系统的深入研究，短路电流计算程序不仅操作方便简单，而且计算数据精确，能最大程度的提供满足实际工程的预期短路电流故障数据需求，使得整个供配电系统更合理、安全和可靠。

参考文献：

[1] 陈振生，秦晓辉.配电系统一次设备及其参数配合[J].电气开关，2011（3）.

[2] 周升建.智能建筑设备的电气保护与接地初探[J].上海电力学院学报，2012（4）.