民用建筑供配電設計中短路電流的研究與設備校驗

王利

摘 要：電力系統的設計與運行中，首要任務就是保證系統的安全和穩定。然而，短路故障是各種層出不窮的電力事故中最為常見的故障，嚴重危害系統的安全、穩定、運行，可見預防和控制短路故障至關重要。基于此，本文主要對民用建筑供配電設計中短路電流與設備校驗進行分析探討。

關鍵詞：供配電設計；短路電流；設備校驗

1 前言

近年來，我國不斷加大對電力建設的投入，用電負荷密度也隨之不斷增加，其形式也越來越多樣化， 一些發電廠及發電機單機容量的增大， 大容量低阻抗變壓器的推廣使用及全國很多地區嘗試電網互聯等， 都加重了電網的短路電流超標問題。尤其是一些大型發達城市， 短路電流超標問題較為嚴重，對該城市的電力系統安全、穩定及其中的斷路器、變壓器、母線等設備，都提出了更高標準。電網的短路電流已經成為電網安全、穩定運行和制約我國電力工業發展的嚴重隱患，而且是至關重要的技術難題。

2 建筑電氣工程設計中短路分析

2.1 短路的類型及相關物理量

可靠安全地供電是保障電網正常運行的重要任務，然而影響正常運行的絕大多數原因是由短路故障造成的。在供電系統中，根據中性點接地與否，分為供電系統中性點接地系統和中性點不接地系統。在供電系統中，相與相之間、中性點接地系統中相與地之間彼此都是絕緣的，在系統正常運行時，是通過負荷相連通的，而我們所說的短路，也就是相與相或相與地之間不通過負荷而發生的直接連通的一種電路故障。

2.2 短路發生的原因

電力系統發生短路故障原因各種各樣，而且比較復雜，其中常見原因如下所列：

（1）電力系統中，各種電氣設備載流元件的絕緣層遭受損壞，這是發生短路故障的主要原因。引起絕緣損壞的常見原因有：設備經過長期運行，絕緣層自然老化；設計人員設計失誤，其中包括：設計方案的不合理，導致設備絕緣強度不夠，以及繼電保護裝置整定不當，未及時切斷故障電路，造成設備絕緣損壞；施工人員施工不當，致使設備絕緣材料遭受嚴重機械損傷而使絕緣能力下降，絕緣材料陳舊；設備絕緣正常而被過電壓（包括內過電壓和外過電壓）擊穿等都可能造成短路。

（2）自然災害，氣象條件惡化。例如雷擊、過電壓造成的閃絡放電，風災引起架空線路斷線或導線覆冰引起電線倒塌等原因造成短路。

（3）人為操作失誤，運行人員違反操作規程。例如運行人員帶負荷誤拉隔離開關，造成弧光短路；檢修線路或設備時未及時拆除檢修接地線就合閘供電，造成金屬性短路；人為原因接錯線等原因造成短路。

2.3 限制短路電流的常用措施

為降低短路造成的危害，保證整個電網的正常運行，不僅要在發生短路故障時，盡快地切除短路故障部分，使電網在較短的時間內恢復到正常工作狀態，還應在日常運行維護中盡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來限制電網的短路容量，降低電網短路電流水平是非常關鍵的。我國電力系統中限制短路電流的常用方案如下：

（1）提升系統的電壓等級。（2）電力系統采用分層分區方式運行，分割系統，分割母線。（3）采用直流送電。（4）適當的增大電力系統的零序阻抗，能有效的限制單相短路電流。（5）在發電機電壓母線分段中，加裝電抗器。（6）采用高阻抗設備。（7）變壓器分列運行。（8）采用故障電流限流器。（9）采用低壓側為分裂繞組的變壓器，在相同電抗和容量的情況下，低壓側短路電流可減少至普通變壓器的0.5～0.25。

3 電氣設備的短路電流校驗與選擇

3.1 高壓斷路器

高壓斷路器是所有高壓開關設備中具有最完善的滅弧裝置，其滅弧能力最強。高壓斷路器是高壓系統全面控制與保護各類高壓負荷，例如高壓電動機及變壓器等，并完成對各類供電單位進行輸配電的控制和保護，有著各種完善的保護功能，適用于不同的被控對象。因此高壓斷路器的選擇與校驗對整個系統的安全運行至關重要。

（1）斷流能力校驗。

（2）動穩定校驗。

（3）熱穩定校驗。

（4）關合校驗。

3.2 高壓負荷開關

高壓負荷開關對高壓負荷進行控制，具有一定的保護能力和簡單的滅弧裝置，但是滅弧能力較弱，只能通斷正常負荷電流和過負荷電流，無法直接切斷短路電流，需要與高壓熔斷器配合使用，以借助高壓熔斷器切斷短路電流的能力。但對于有熔斷器保護的負荷開關，在選擇額定短時耐受電流和額定關合電流時，可考慮熔斷器在短路電流持續時間和數值的限流效應，以最高額定電流的相應熔斷器做為下限額定值。

3.3 高壓熔斷器

高壓熔斷器是最簡單的一次性保護器件，它用來保護電氣設備免受過載和短路電流的損害，常用于保護高壓輸電線路和變壓器。一些滅弧能力很強的高壓熔斷器還具有限制短路電流的作用，能在短路電流未到達沖擊值之前，就能完全熄滅電弧。

3.4 高壓隔離開關

高壓隔離開關主要用于隔離電源，以保證檢修人員或調試人員安全，隔離檢修時需將上下隔離都拉開，有明顯可見斷口。高壓隔離開關無滅弧能力，除只能用于控制電流不超過2A的空載變壓器，其他場所均嚴禁帶負荷操作。高壓隔離開關的熱穩定校驗及動穩定校驗公式與高壓斷路器計算公式一致。

4 結語

電力系統中，電氣設備及導線的選擇與設計、合理配置繼電保護和參數整定，合理的選擇系統的運行方式等問題的重要依據均來自短路故障計算的電流數據。全面的認識電力系統的短路故障，透徹的理解校驗原則，對一個電氣設計專業人員來說尤為重要。隨著我國各種模擬仿真軟件的應用和對電力系統的深入研究，短路電流計算程序不僅操作方便簡單，而且計算數據精確，能最大程度的提供滿足實際工程的預期短路電流故障數據需求，使得整個供配電系統更合理、安全和可靠。

參考文獻：

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