短路電流計(jì)算及其控制措施的研究

伍毅

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國電力工業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，電網(wǎng)的建設(shè)不斷提速，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性得到了較大的提高。隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的電力需求的同時(shí)，短路電流也隨之增大，影響著電力系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性與可靠性，成為電力系統(tǒng)的重要隱患，因此對(duì)短路電流進(jìn)行計(jì)算并做好相應(yīng)的控制措施十分必要。本文主要針對(duì)短路電流的計(jì)算及其控制措施進(jìn)行了分析和研究，并對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述。

關(guān)鍵詞：短路電流；計(jì)算；控制措施

0 引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)取得了較快的發(fā)展，社會(huì)用電量也隨之快速增長(zhǎng)，在電力系統(tǒng)容量不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，短路容量與短路電流問題愈加凸顯，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，因此對(duì)系統(tǒng)短路電流進(jìn)行計(jì)算并做好相關(guān)控制措施至關(guān)重要。本文主要對(duì)短路電流計(jì)算及其控制措施進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和闡述。

1 短路電流的簡(jiǎn)介

短路故障是電力系統(tǒng)中十分常見的故障類型，通常情況下線路絕緣被破壞、樹枝及懸掛物等是造成短路的主要原因。單相接地短路是最常見的短路故障，兩相與三相短路的發(fā)生概率相對(duì)較低，但兩相與三相短路由于短路電流更大，對(duì)系統(tǒng)的危害卻更高。

由于短路時(shí)流過的電流通常是正常電流的幾倍甚至幾十倍，因此會(huì)產(chǎn)生大量的熱，破壞線路設(shè)備的絕緣，甚至使設(shè)備發(fā)生變形；另外過大的短路電流會(huì)導(dǎo)致電壓降過高，使系統(tǒng)的電壓水平降低，影響系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行；不對(duì)稱短路故障還會(huì)產(chǎn)生較大的不平衡電流，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 短路電流的計(jì)算

短路故障作為電力系統(tǒng)的常見故障，發(fā)生頻率較高，為了保證在短路時(shí)短路電流不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，因此需要對(duì)系統(tǒng)的短路電流進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于110kv以下的中低壓網(wǎng)絡(luò)，其短路計(jì)算一般分為三相短路計(jì)算以及單相短路計(jì)算，通常情況下，三相短路電流要大于單相短路電流，對(duì)系統(tǒng)的影響也最大，因此本文只對(duì)三相短路電流的計(jì)算進(jìn)行分析和簡(jiǎn)介。

（一）電氣元件參數(shù)的計(jì)算

在計(jì)算110kv及以下的中低壓網(wǎng)絡(luò)的短路電流時(shí)，首先要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的電氣元件進(jìn)行計(jì)算，通常情況下，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，將各電器元件的參數(shù)都?xì)w算到低壓0.4kv下，然后根據(jù)線路連接方式和短路點(diǎn)求出短路總電阻與總電抗。

（1）高壓側(cè)阻抗的折算

為了保證在折算前后系統(tǒng)銅耗以及無功功率不變這一原則，可以利用下面公式對(duì)高壓側(cè)阻抗進(jìn)行折算：

R■=■R■，X■=■X■

（2）變壓器阻抗的計(jì)算

對(duì)于系統(tǒng)中的變壓器參數(shù)，可以利用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

R■=■U■■，X■=■

（二）三相短路電流的計(jì)算

計(jì)算完短路阻抗后，利用計(jì)算得到的阻抗值以及電源電壓值用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

I■=I■=I■=■

式中： Up--電源電壓平均值；R，X--折算到電源電壓側(cè)的阻抗值；Izq--短路電流周期分量有效值；In--次暫態(tài)短路電流；I∞--短路電流穩(wěn)態(tài)值。

當(dāng)短路容量與系統(tǒng)容量相比可以忽略不計(jì)時(shí)，將電源電壓視為恒定值不變，由于電壓幅值不變，所以短路穩(wěn)態(tài)電流I∞等于短路超瞬變電流In等于短路電流周期分量Izq。若式中電壓?jiǎn)挝蝗》兀杩箚挝蝗『翚W，則計(jì)算得到的短路電流單位為千安。

3 短路電流的控制措施

由于短路電流是正常工作電流的幾倍甚至幾十倍，對(duì)電力系統(tǒng)有著較為嚴(yán)重的影響，因此需要采取相關(guān)措施，控制限制電力系統(tǒng)的短路電流。

（一）電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面

電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和接線方式對(duì)短路電流有著明顯的影響，通過對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和調(diào)整，能夠使系統(tǒng)短路電流得到有效的降低，一般來說主要采用選擇電網(wǎng)接線方式，運(yùn)用線路電抗器，運(yùn)用分裂繞組變壓器以及使用綜合自動(dòng)化裝置等控制措施，改變電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低短路電流。

對(duì)于系統(tǒng)中的大容量機(jī)組，宜采用變壓器不接地的運(yùn)行方式，以限制系統(tǒng)的接地短路電流，同時(shí)選用單元接線方式，避免單條母線上容量過度集中，從而有效地降低了母線上的短路電流；對(duì)于變電所，宜采用變壓器分裂運(yùn)行方式，以降低變壓器的短路電流；對(duì)于環(huán)型供電網(wǎng)絡(luò)，宜選擇合適的斷點(diǎn)，將環(huán)網(wǎng)解開分裂運(yùn)行，從而可以顯著降低短路電流。

（二）電力系統(tǒng)設(shè)備選擇方面

（1）裝設(shè)限流電抗器

在電力系統(tǒng)的線路中裝設(shè)限流電抗器是一種有效的控制電纜中短路電流的措施，其能夠在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)電流進(jìn)行有效的限制。限流電抗器通常裝設(shè)在線路的出線端，其能在臨近點(diǎn)短路時(shí)發(fā)生限流作用，通常其百分電流比為5%左右。

（2）選用特殊變壓器

除裝設(shè)限流電抗器外，還可以利用大阻抗變壓器來限制低壓側(cè)的短路電流，另外為了限制短路電流，還應(yīng)盡量避免自耦變壓器作為系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器使用。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國社會(huì)用電量必將不斷增長(zhǎng)，隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，短路電流也將隨之不斷增大，一旦超出斷路器的能力范圍，將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性產(chǎn)生巨大的威脅，因此進(jìn)行電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算并做好短路電流的控制措施十分必要，對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性有著重要的意義。

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