探析供电系统短路电流计算的技术探讨

2023.03.22

钱三朝

摘要：短路电流计算是供电系统管理中的一个很重要的参数，它是开关设备、保护装置的选型、整定计算、校验的重依据，短路电流计算的影响因素和参数也很多，在计算过程中要充分考虑供电系统的实际情况，以确保计算数据适合实际需要。

关键词：供电;系统;短路电流;计算;探讨

1 引言

短路是供电系统中出现频率较高的危害大的故障之一，短路是因为电气设备（供配电设备、线路等）载流部分的绝缘损坏造成相与相或相与地（中性点接地系统）的电气短接导致的非正常工作状态。这种非常正常工作状态虽然短暂但它对供电系统的危害却是无法估量的。人们为了限制短路故障对供电系统、安全生产造成的危害和缩小故障影响范围，在供电系统实际运行中，必须对系统内短路电流进行有效的计算以解决系统在非正常工作状态下电气设备、导体的热稳定性和机械强度问题，解决系统保护装置灵敏性可靠性问题，以及为供电系统制定合理的主结线方案和运行方式提供可靠的技术支持，充分确保供电系统的安全性、可靠性和稳定性。本文着重用户端（企业）的短路电流计算做的一些技术探讨。

2 短路电流计算中常见问题探讨

2.1 关于短路计算的基本假设问题

短路状态下的物理过程受多种因素影响是非常复杂的，我们有必要做一些基本的工程假设和简化分析，以满足工程计算要求，达到计算结果与现场实际情况差距最小。在企业的用电管理中往往忽视这一基本前提，所以在计算短电流前我们要根据企业用电的性质、负荷类型、设备情况等进行基本的分析，对一些必要的设备参数给予保留，如系统中的磁路饱和、磁滞现象以及设备的电阻、过渡电阻（在某些特定继电保护计算需要此类参数）等参数，或要根据行业指导手册注意系统参数的适用条件，做到具体问题具体分析，而不能一概而论。

2.2 供电系统电源容量选择问题

我们知道供电系统发生短路时，供电系统由原来的工作状态，经过一个短暂的突变过程（暂态）进入到短路的稳定状态过程（稳态）如下图所示，暂态过程很短但它对供电系统有着很大的影响，而且与供电系统的电源容量有着密切的关系。

一般情况下如果供电电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，通常认为为无限大容量电源系统，说明电源的容量远远大于供给短路点的短路容量，当发生短路故障时我们认为电源的电压是恒定不变的。反之是有限容量电源，即当电源容量较小或短路地点离电源较近，会因为短路点回路总阻抗较小，短路电流会影响到供电电源端电压的变化，短路电流的非周期分量、周期分量大幅衰减。

2.3 供电系统运行方式确定

供电系统的运行方式直接影响着短路电流计算的大小，这是我们在计算短路电流时要根据现场情况进行选择计算。供电系统的运行方式有最大短路电流运行方式和最小短路电流运行方式。

最大运行方式是指短路点至供电电源回路总阻抗最小，计算短路电流最大，一般情况下出现在重要负荷用户的供电系统，如煤矿、钢铁、化工等行业的双回路（多回路）并列运行、变压器（高压电动机）并列运行情况，在最大运行方式下计算出的短路电流主要用于校验供电系统电气设备的热稳定性、动稳定性及极限分断能力。常常在用户端在系统内做设备选型时，对于高压开关柜断路器的额定开断能力（额定对称短路电流）的选型、校验有着重要作用，若选型过大会造成不必要的经济浪费，过小则会出现无法遮断短路电流造成越级跳闸现象，甚至损坏开关柜。

最小运行方式是指短路点至供电电源回路总阻抗最大，计算短路电流最小，在企业供电系统为单列运行方式，在此运行方式计算的短路电流主要用于校验保护装置运行的灵敏性、可靠性。

2.4 短路电流计算方法的选择

常见的计算方法有：有名制法、图表法、标么制法、短路功率法、短路电流潮流计算法等等。计算方法各有特点和使用条件，有名制计算方法主要用于1000V以下的低压供电，短路功率法适用于无限容量高压供电系统，标么制计算方法则适用用于高、低压供电系统，图表法适于企业电源、变压器固定而终端负荷变动频繁的供电管理，通过技术手册图表能快速查找、计算短路电流，以校验保护装置的灵敏性。在企业用电管理中常常采用计算较简便的标么值法，它用于企业供电系统设计（如煤矿的工作面供电系统设计、局部工作区域供电系统设计等），而对于终端负荷变化时，造成保护整定调整、校验，图表法就能满足需要。

标么值计算方法的计算过程首先要根据企业实际用电情况，确定供电系统的（最大或最小运行方式），画出两种运行方式下的简图（短路计算接线图）;第二步选定基准值，在不同电压等级的系统中，必须把不同等级的各个元件参数折算到同一电压下，由此计算出短路回路中各个元件的标么电抗，然后再画出它们的等值电路图，即可计算出需要的短路电流值。

2.5 大容量电动机对短路电流的影响

如果企业有大容量电动机，当供电系统发生短路时，由于供电系统电压下降使正在运行的电动机变为发电机，也会向短路点馈送能量，短路电流的瞬间冲击对供电系统造成影响，对供电系统开关、保护装置有着一定的考验，如果企业供电系统内高压电动机容量大、数量多、同时系数大，就需要计算系统内的短路冲击值，以降低对系统设备及保护装置的影响。

3 结束语

企业的用电管理是一个系统化的工作，短路电流的计算只是其中的一个参数，但这个参数具有很重要的意义，计算短路電流对设备选型、保护整定有着决定性的作用。短路电流的计算受到很多因素的影响，我们要在日常管理中充分了解企业的供电系统和用电设备情况，才能保证计算短路电流指导企业的安全生产需要。