关于短路电流的拓展分析方法

关于短路电流的拓展分析方法

蒲晓成，石银河

中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308

摘要：计算短路电流常用短路电流实用法及IEC法，结合《工业与民用供配电设计手册》（第四版）第六章相关知识，由系统的计算容量推导出一种计算阻抗的计算方法，该方法与实用法殊途同归，但更为方便简洁。

关键词：短路电流，计算容量，计算阻抗

0 引言

在计算短路电流时，通常采用两种方法，一种是IEC方法，计算方法见GB/T 15544《三相交流系统短路电流计算》；另一种是实用短路电流计算法，计算方法见于DL/和5153—014《火力发电厂厂用电设计规程》或DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计技术规程》。

IEC方法在计算过程中引入了各种相关系数，并考虑了各种不利因素的影响，计算结果是偏于安全的。其采用等效电压源法，对于远端和近端短路均是适用的。在计算时，不考虑非旋转负载的运行数据、变压器分接头位置及发电机励磁方式，不需要进行关于短路前各种可能的潮流分布的计算，这为分析和简化计算提供了方便。但计算时需要梳理各元器件参数，计算各元器件阻抗，计算过程较为繁琐。

实用短路电流计算法是在国产同步发电机参数和容量配置的基础上，用概率统计方法制订了短路电流周期分量运算曲线，计算过程较为简便，在国内电力行业被广泛运用。本文以实用短路电流计算法为基础，结合《工业与民用供配电设计手册》（第四版）（以下简称《配四》）6.5.5.6节相关知识，分享一种简单快捷的短路电流的分析方法。

1 系统分析

设有电路接线系统图如下，最小运行方式下的系统短路容量为Ssc，线路经过一台变压器T接于母线B，母线处短路容量为SscB，母线上预接负荷的无功功率为QL，从母线引出线路接于电动机M，详见图1。

图1 系统接线图

由《配四》6.5.5.6节P482相关知识可知[1]，母线处的短路容量表示为下式：

式中：SscB为母线短路容量，MVA；Ssc为最小运行方式下系统短路容量，MVA；

ST为变压器额定容量，MVA。将该式变形整理可得：

上式中，元件的计算容量为S，则1/S可视为该元件的“计算阻抗”，由此可得出一个结论，即母线处的计算阻抗等于系统及变压器的计算阻抗之和。

结合本页中其他元件的计算式，我们可得出一个一般性的结论，即回路中某一点的计算阻抗，等于该回路中系统以及各元件的“计算阻抗”之和，用公式表示为：

系统及各元件的计算容量如下：

系统：

变压器：

线路：

电抗器：

相应地，各元件的计算阻抗为：

系统：

变压器：

线路：

电抗器：

式中：

Uav为系统平均电压，kV；为系统短路电流，kA；uk为变压器的电抗相对值，取为阻抗电压相对值；SrT为变压器额定容量，MVA；Xl为线路电抗，Ω；XR为每相电抗器额定电抗，Ω。

2 应用举例

下面举例来说明该结论的应用[2]。假设有如下系统：

系统短路电流为：25kA；线路L1参数为：20km，单位电抗为0.4Ω/km；线路L2参数为：5km，单位电抗为0.24Ω/km；变压器参数为：110/10.5kV，50MVA，12%。

系统接线如下图所示，其他未知阻抗忽略，求母线B处的三相短路电流初始值，详见图2。

图2 系统接线图

按前面的结论可知，母线B处的计算阻抗为：

代入数据：

由上式可得，

则，母线B处短路电流为：

3 结论验算

为了求证上述结果的正确性，下面用实用短路电流计算法再次求解[3]，以便对比上述方法的计算结果。

系统电抗标幺值：

线路L1电抗标幺值：

变压器T电抗标幺值：

线路L2电抗标幺值：

短路电流为：

4 结语

采用IEC方法计算短路电流，能得出较为精确的短路电流计算结果，但往往计算过程较为繁琐，在实际的应用过程中并不方便，一般国内较少采用或应用场景有限，一般用于独资、合资项目及对外工程设计中。

短路电流实用法在计算时较为简便，在国内电力、建筑设计行业大量采用此计算方法。本文分享的这种短路电流的分析方法，是在短路电流实用法基础上进行推演等到的，在本质上与短路电流实用法一样，都属于一种实用的短路电流计算分析方法，比较两种方法的计算结果也会发现，是一致的。我们可使用此方法快速地得到系统某处的短路容量或短路电流，也可以以此来验算在实际计算时采用的IEC方法或短路电流实用法的计算结果。

参考文献：

[1]刘屏周.工业与民用供配电设计手册[M].(第四版）.北京：中国电力出版社，2016.

[2]中机中电设计研究院有限公司.低压配电设计规范：GB 50054-2011[S].北京：中国计划出版社，2012.

[3]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].（第三版）.北京：中国电力出版社，2005.

作者简介：蒲晓成（1990.01-），男，四川南充人，本科，工程师，现从事地铁电气设计工作。