配电系统短路电流及设备选型

文／邵辉 华商国际工程有限公司（国内贸易工程设计研究院） 北京 100069

引言：

高压电气设备是电力系统重要的电气设备,不同的高压电气设备有不同的技术特点和性能,其结构不同,使用成本也不同;在实际应用中,如何选用高压电气设备,供电企业应根据技术要求、使用环境、经济状况选用不同类型和不同型号的高压电气设备。

1、系统短路电流概述

1.1 基本概念

一般定义：在电路中，由于短路而在电气元件上产生的不同于正常运行值的电流。

在电力系统中所谓的短路电流，是指：电力系统中带电部分与大地（包括设备外壳、变压器铁心、低压线路的中性线）之间，以及不同相线之间的短接（三条相线之间的短接或单相对地短接）这种短接可能是通过小阻抗的回路，或者以电弧的形式形成。在中性点非有效接地系统中，短路故障主要是各种相间短路，而单相接地不会造成短路，而属于一种故障。

1.2 短路电流的种类及危害

三相系统中发生的短路有4 种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。

短路电路会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。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。可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列。

2、高压系统短路电流计算

系统描述：本工程为某葡萄酒项目，采用一台SC 10-1000kVA，10/0.4kV，D，yn11 型变压器，其uk%＝6；系统变电站出口处的断流容量为300MVA，现计算10kV 线路上K-1 点及380V 线路上K-2 点处的短路电流值。

系统短路电流计算电路如下图1所示：

图1

2.1 采用标幺制计算

等效阻抗图如图2所示：

图2

已知：Sj=100MVA，Ss=300MVA，Uc1 ＝10.5 KV，Uc2=0.4kV;

X1=Sj/Ss=0.333

X2=XLSj/Up1=0.317

X3=XLSj/Up1=0.036

X4=（uk%/100）×（Sj/Srt）=6

计算K-1 点的短路电流：

Xk-1=X1+X2+X3=0.686

Ij=Sj/1.732Uj=5.5(KA)

Ip=1.51I"=12.11(KA)

计算K-2 点的短路电流：

Ij=Sj/1.732Uj=144(KA)

Xk-2=X1+X2+X3+X4=6.686

Ip=1.091I"=23.48(KA)

2.2 采用有名制计算

X2=XL(Up2/Up1)=0.35

X3=XL(Up2/Up1)=0.04

X4=(uk%/100)×(Up2/Srt)=0.0096

计算K-1 点的短路电流：

Xk-1=X1+X2+X3=0.77

=20.08(KA)

计算K-2 点的短路电流：

Xk-2=X1+X2+X3+X4=0.012

2.3 高压电缆及断路器选型

2.3.1 高压断路器的选择

高压（10kV）断路器型号：VEP12T 630A/25kA DC220

（1）U≥U，即12kV ≥10.5kV

其次，中国特色社会主义文化自信具有精神性信仰维度，以及经济形态的世俗化维度，遵循并拓展了科学社会主义的理论逻辑。

（2）I≥I，即630A ≥57.8A

（3）I≥I，即25kA ≥8.02kA

2.3.2 高压电缆截面的确定

S=58.54mm由此可知，高压电缆的最小截面应大于58.54mm

故高压电缆选择YJV-10kV 3X95mm

3、低压系统短路电流计算

采用有名制计算低压系统的短路电流

某酒厂的低压侧系统简图下图3所示：

图3

系统描述：

某葡萄酒项目，采用一台SC10-1000kVA，10/0.4 kV，D，yn11 型变压器，其uk%＝6；系统变电站出口处的断流容量为300MVA，现计算0.4kV 线路上K-1点及K-2 点、K-3 点处的短路电流值。

已知:

母线规格m--TMY-3X(80X8)+2(50X5),L=5m；L1--TMY-3X(80X8)+2(50X5),L=2.5m

电缆规格：L2—YJV-1KV 3X95+2X50mm，L ＝30m

3.1 确定各位元件阻抗值

（1）系统侧阻抗：

系统高压侧电抗：Xs=0.995Zs=0.53

系统高压侧电阻：R=0.1X=0.1X0.53=0.053R=0.1X=0.053

相保电阻：R=2Rs/3=0.035

相保电抗：X=2Xs/3=0.35

（2）配电变压器的阻抗

（工业与民用配电设计手册P155 表4-22）

Rt=1.22; Xt=9.52; R=1.22; X=9.52

（3）母线m 单位长度：

（工业与民用配电设计手册P157 表4-24）

R=0.031; X=0.195; R=0.104;X=0.432;

（4）线路L1（母线）单位长度：

（工业与民用配电设计手册P157 表4-24）

R=0.031; X=0.195; R=0.104; X=0.432;

（5）线路L2（电缆）单位长度：

（工业与民用配电设计手册P157 表4-25）

3.2 计算各短路点的短路电流

（1）等效阻抗图如下图4所示：

图4

（2）k-1 点的总阻抗：

Rk-1=1.428；Xk-1=11.025；R=1.775；X=12.21

（3）短路点阻抗：

Z=11.12；Z=12.34

（4）计算k-1 点的三相短路电流：

（5）计算k-1 点的单相接地故障电流：

Id=Un/1.732/Z=17.83(KA)

Xk-1/Rk-1=7.72

经查表短路电流峰值系数：Kp ≈1.68（工业与民用配电设计手册P150 图4-24）

（6）计算k-1 点的短路冲击电流：i=49.13

（7）计算k-1 点的短路全电流最大有效值：I=28.75

（8）k-2 点的阻抗值：

R=1.51；X=11.52；R=2.04；X=13.29；

（9）k-2 点总阻抗：Z=11.62；Z=13.45

（10）计算k-2 点的三相短路电流：I'=19.39（KA）

（11）计算k-2 点的单相接地故障电流：I=16.36（KA）；X/R=7.62

经查表短路电流峰值系数：Kp ≈1.65（工业与民用配电设计手册P150 图4-24）

（12）计算k-2 点的短路冲击电流：i=46.17（KA）

（13）计算k-2 点的短路全电流最大有效值：I=26.91（KA）

（14）k-3 点的阻抗值：

R=3.1；X=27.42；R=3.09；X=29.19；

（15）k-3 点总阻抗：

Z=27.59；Z=29.35

（16）计算k-3 点的三相短路电流：I"=8.34（KA）

（17）计算k-3 点的单相接地故障电流：I=7.5（KA）；X/R=8.85

经查表短路电流峰值系数：Kp ≈1.7（工业与民用配电设计手册P150 图4-24）

（18）计算k-3 点的短路冲击电流：i=20.05（KA）

（19）计算k-3 点的短路全电流最大有效值：I=11.76（KA）

至此，短路点K-1，K-2，K-3 处的低压三相及单相接地故障电流计算完成。

结语：

本文简要描述了高低压短路电流计算的步骤和过程，以及部分高低压设备的选型及校验，但由于课题准备时间短，以及经验尚浅，无法避免其中存在的问题及不足，敬请各位专家批评指正。