电力系统短路计算设计

2024-04-09

电力系统短路计算设计（共8篇）

篇1：电力系统短路计算设计

课

程

设

计（论文）

课程名称

电力系统分析

题目名称

电力系统短路计算

学生学部（系）

机械电气学部电气工程系

专业班级

电气工程及其自动化班

学

号

学生姓名

指导教师

2012年X

月X日

课程设计（论文）任务书

题目名称

电力系统短路计算

学生学部（系）

机械电气学部电气工程系

专业班级

电气工程及其自动化班

姓

名

学

号

一、课程设计（论文）的内容

1、掌握比较复杂的电网进行电力系统三相短路起始次暂态电流的计算，短路后指定时刻短路电流周期分量的计算。

2、给短路点处赋予平均额定电压及基准容量，求解等值网络数值并根据电力系统网络画出等值网络。

3、不对称短路时短路点故障相电流和非故障相电压的计算。

4、对称和不对称短路后任意支路故障电流和节点电压的计算。

5、书写课程设计说明书（电子版），并打印纸质版上交。

二、课程设计（论文）的要求与数据

二、课程设计（论文）应完成的工作

1、按照规范的格式，独立完成课程设计说明书的撰写；

2、完成电力系统三相短路电流、对称短路电流、不对称短路电流的计算三相短路起始次暂态电流的计算，短路后指定时刻短路电流周期分量的计算。

3、完成计算的手算过程

4、运用计算机的计法。

四、课程设计（论文）进程安排

序号

设计（论文）各阶段内容

地点

起止日期

资料收集，完成电力系统三相短路电流计算

图书馆

2012.5.25-6.1

电力系统不对称短路电流计算

图书馆

6.2-6.3

课程设计说明书撰写

C8-323

6.12-6.18

课程设计上交

1-110

五、应收集的资料及主要参考文献

[1]

科技创新报导[J]．武昌:华中科技大学出版社,2010年第9期

[2]

何仰赞．电力系统分析题解[M]．武汉:华中科技大学出版社2008.7

[3]

蒋春敏.电力系统结构与分析计算[M].北京:中国水利水电出版社,2011.2

[4]

戈东方.电力工程电气设计手册[M].北京:中国电力出版社,1998.12

[5]

李梅兰、卢文鹏.电力系统分析

[M]

北京:中国电力出版社,2010.12．

发出任务书日期：

2012

年

月

日

指导教师签名：

计划完成日期：

2012

年

月

日

教学单位责任人签章：

电力系统发生三相短路故障造成的危害性是最大的。作为电力系统三大计算之一，分析与计算三相短路故障的参数更为重要。设计示例是通过两种不同的方法进行分析与计算三相短路故障的各参数，进一步提高短路故障分析与计算的精度和速度，为电力系统的规划设计、安全运行、设备选择、继电保护等提供重要依据。

一、基础资料

1．电力系统简单结构图

电力系统简单结构图如图1所示。

2．电力系统参数

如图1所示的系统中K（3）点发生三相短路故障，分析与计算产生最大可能的故障电流和功率。

（1）发电机参数如下：

发电机G1：额定的有功功率110MW，额定电压=10.5kV；次暂态电抗标幺值=0.264，功率因数=0.85。

发电机G2：火电厂共两台机组，每台机组参数为额定的有功功率25MW；额定电压UN=10.5kV；次暂态电抗标幺值=0.130；额定功率因数=0.80。

（2）变压器铭牌参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。

变压器T1：型号SF7-10/110-59-16.5-10.5-1.0，变压器额定容量10MV·A，一次电压110kV，短路损耗59kW，空载损耗16.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=1.0。

变压器T2：型号SFL7-31.5/110-148-38.5-10.5-0.8，变压器额定容量31.5MV·A，一次电压110kV，短路损耗148kW，空载损耗38.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.8。

变压器T3：型号SFL7-16/110-86-23.5-10.5-0.9，变压器额定容量16MV·A，一次电压110kV，短路损耗86kW，空载损耗23.5kW，阻抗电压百分值UK%=10.5，空载电流百分值I0%=0.9。

（3）线路参数由参考文献《新编工厂电气设备手册》中查得。

线路1：钢芯铝绞线LGJ-120，截面积120㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.408Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.79×10﹣6S／㎞。

对下标的说明

X0(1)=X单位长度（正序）；X0（2）=X单位长度（负序）。

线路2：钢芯铝绞线LGJ-150，截面积150㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.401Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.85×10﹣6S／㎞。

线路3：钢芯铝绞线LGJ-185，截面积185㎜2，长度为100㎞，每条线路单位长度的正序电抗X0（1）=0.394Ω／㎞；每条线路单位长度的对地电容b0(1)=2.90×10﹣6S／㎞。

（4）负载L：容量为8＋j6（MV·A），负载的电抗标幺值为；电动机为2MW，起动系数为6.5，额定功率因数为0.86。

3．参数数据

设基准容量SB=100MV·A；基准电压UB=UavkV。

（1）SB的选取是为了计算元件参数标幺值计算方便，取SB-100MV·A，可任意设值但必须唯一值进行分析与计算。

（2）UB的选取是根据所设计的题目可知系统电压有110kV、6kV、10kV，而平均额定电压分别为115、6.3、10.5kV。平均电压Uav与线路额定电压相差5%的原则，故取UB=Uav。

（3）为次暂态短路电流有效值，短路电流周期分量的时间t等于初值（零）时的有效值。满足产生最大短路电流的三个条件下的最大次暂态短路电流作为计算依据。

（4）为冲击电流，即为短路电流的最大瞬时值（满足产生最大短路电流的三个条件及时间=0.01s）。一般取冲击电流=××=2.55。

（5）为短路电流冲击系数，主要取决于电路衰减时间常数和短路故障的时刻。其范围为1≤≤2，高压网络一般冲击系数=1.8。

二、电抗标幺值定义

（1）发电机电抗标幺值

公式①

式中

——发电机电抗百分数，由发电机铭牌参数的；

——已设定的基准容量（基值功率），；

——发电机的额定有功功率，MW

——发电机额定有功功率因数。

（2）负载电抗标幺值

公式②

式中

U——元件所在网络的电压标幺值；

——负载容量标幺值；

——负载无功功率标幺值。

（3）变压器电抗标幺值

公式③

变压器中主要指电抗，因其电抗，即可忽略，由变压器电抗有名值推出变压器电抗标幺值为

公式④

式中

%——变压器阻抗电压百分数；

——基准容量，MVA、——变压器铭牌参数给定额定容量，MVA、额定电压，kV；

——基准电压取平均电压，kV。

（4）线路电抗标幺值

公式⑤

式中

——线路单位长度电抗；

——线路长度，km；

——基准容量，MVA；

——输电线路额定平均电压，基准电压，kV。

输电线路的等值电路中有四个参数，一般电抗，故0。由于不做特殊说明，故电导、电纳一般不计，故而只求电抗标幺值。

（5）电动机电抗标幺值（近似值）

cos

公式⑥

式中

——设定的基准容量，MVA；

——电动机额定的有功功率，MW；

cos——电动机额定有功功率因数。

三、短路次暂态电流（功率）标幺值计算

（1）短路次暂态电流标幺值（）

（取）

（kA）

公式⑦基准容量；基准电压(kV)。

（2）冲击电流（）的计算

（kA）

公式⑧

（3）短路容量的计算

（）

公式⑨

四、各元件电抗标幺值

1.电力系统等值电路如图2

2.各元件电抗标幺值的计算

设基准容量；

基准电压。

（1）发电机电抗标幺值由公式①得

;

（2）变压器电抗值标幺值由公式③得

；；

（3）线路电抗标幺值由公式④得

；；

（4）负载电抗标幺值由公式②得

（5）电动机电抗标幺值由公式⑥得

3.等值简化电路图

（1）

等值电路简化过程如图2和图3所示。

（2）

考虑电动机的影响后，短路点的等值电抗为五、三相短路电流及短路功率

短路次暂态电流标幺值

短路次暂态电流有名值

冲击电流

短路功率

六、Y矩阵形成于计算

计算机编程计算中，考虑了对地电容标幺值和变压器实际变比标幺值。

(1)

导纳矩阵等值电路如图4所示，节点数为⑥，电抗标幺值参考图2。

(2)导纳计算公式为：

公式⑩

式中

（3）变压器变比的定义

式中

变压器变比标幺值

（4）Y矩阵的形成。

对地电纳

短路点的电抗标幺值为

短路点次暂态短路电流为

短路点次暂态短路电流有名值为(kA)

短路点冲击电流为(kA)

短路点短路功率为(MVA)

两种算法的次暂态短路电流比较误差为ΔI=10.08-9.22=0.86(kA)

七、结论

1．解析法

短路点的电抗标幺值为

短路点的次暂态短路电流为

2.Y矩阵

短路点的电抗标幺值为

短路点的导纳标幺值为

短路点的次暂态短路电流为

3.优缺点

（1）解析法误差大，每一短路处需要逐一分析与计算。

（2）Y矩阵计算时考虑对地电容，变压器实际变比，则误差小；Y矩阵对角元素将各节点的等值短路电抗（阻抗）均求出；使分析其他点的短路故障提供了更容易更直观的参数值；Y矩阵程序通用性强等特点。

（3）两种分析与计算三相短路故障的各参数结果如图5

心

得

体

会

通过这次课程设计,我发现自己有很多不足的地方,如基础知识掌握不牢固,很多知识点都忘记了,计算速度慢及准确性低,分析问题能力不够全面等等。同时，在设计的过程中遇到很多问题，如怎样使用WORD的工具,计算公式输入，画图等。明白了有些东西看起来很简单，但一旦做起来却需要很多心思，要注意到很多细节问题。要做到能好好理解课本的内容，一定要认认真真做一次计算。因此，完成课程设计使我对课本的内容加深了理解。总体来说，这次的课程设计不单在专业基础方面反映了我的学习还要加倍努力，还在对一些软件的应用需要加强。

由于一开始找的网络是开路的，列不出导纳矩阵，所以再找了一个环形网络作补充。但对C语言编程的计算机计法有待探究，只是基本上明白程序过程，还不能明白的彻底。随着科技发展及计算机计法的方便，简单，我将认真学好这种方法，以便以后工作的需要。

总体而言，这次的课程设计对我们运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题、锻炼实践能力的考察，使我们更清楚地知道不足之出，从而提高我们。

学生签名：

2012年X

月

日

教

师

评

语

****年**月**日

成绩

及

签

名

指导教师签名：

****年**月**日

篇2：电力系统短路计算设计

照明设计是城市道路设计中比较重要的一项设计内容。为了确保城市道路照明能为车辆驾驶人员以及行人创造良好的视看环境，达到保障交通安全，提高交通运输效率，方便人民生活，防止犯罪活动和美化城市环境的效果，建设部于91年特制定了《城市道路照明设计标准》CJJ45-91.标准要求道路照明设计原则为“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便。”并对照明标准、光源和灯具的选择、设计、照明供电和控制以及节能措施等方面做了较详尽的规定和要求，笔者在工程设计中运用和深入了解标准的过程中，确实得到了很多的益处，同时也发现一些不完善之处，比较突出的是规范中对照明供电保护及电缆选择没有做详细说明和要求，而这部分内容的设计正确与否直接影响到“安全可靠、技术先进、经济合理、节约能源、维修方便”这个基本原则。在道路实际使用中发生的电气故障，小到电缆烧毁，大到人身触电伤亡事故的出现，都于与此相关。笔者希望本文起抛砖引玉的作用，以引起有关部门的重视，并与本行业同仁一同探讨。

在道路照明配电中，由于配电线路较长，配电线路零序阻抗较大，单相接地(零)短路电流相对较小。为了计算低压配电系统的单相接地(零)电流，需要利用不对称短路电流的计算方法。不对称短路电流可利用计算三相短路的原则进行计算。因为电压的对称分量与相应的电流对称分量成正比，因此在正序、负序和零序分量中，都能独立地满足欧姆定律和克希荷夫定律。正序、负序和零序电流也只产生相应地正序、负序和零序电压降，利用这一个重要的性质，可以用电工学中对称分量法分析在对称电路中所产生的各种不对称短路。

单相接地(零)短路电流的计算

不对称短路时，由于距发电机的电气距离很远，降压变压器容量与发电机电源容量相比甚小，因此，可假定正序阻抗约等于负序阻抗。单相接地(零)短路电流按下式计算：

式中Up平均线电压(V)R0，X0，Z0配电网络的总零序电阻，总零序电抗，总零序阻抗。R1，X1，Z1配电网络的总正序电阻，总正序电抗，总正序阻抗。

电路中主要元件阻抗

1、电力系统正序电抗的计算在计算低压电力网络短路时，有时需要计入系统电抗XX，如果系统电抗不知，只有原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量Sdn(MVA)时，则系统正序电抗可近似地按下式计算：式中Uj=Up平均线电压(V)Sdn原线圈方面的短路容量或高压短路器的额定容量(KVA)。

2、变压器阻抗的计算

变压器的正序电阻：

变压器的正序电抗：式中ΔPd变压器短路损耗(kW)Ue变压器二次侧额定电压(V)Se变压器额定容量(KVA)Ud%变压器阻抗电压百分比，变压器的零序电抗是与其本身结构和绕组的接法有关。目前不少厂家生产的Dyn11结线变压器比Yyn0结线变压器零序阻抗小，二次侧短路电流大，可提高一次侧过电流保护兼作二次侧单相接地保护的灵敏性。故建议使用Dyn11结线变压器，变压器的零序电阻，零序电抗的取值计算如下：R0=RⅠ+RⅡ=R1X0=X1+XⅡ=X1式中R0，X0变压器的零序电阻，零序电抗。RⅠ，X1变压器的一次绕组电阻，漏电抗。RⅡ，XⅡ变压器的二次绕组电阻，漏电抗。R1，X1变压器的正序电阻，正序电抗。

3、推导参见机械工业版社出版的高等学校教材《工厂供电》。铜、铝母线电阻电抗的计算(矩形截面母线各相在同一平面内)

自动开关的选择

1、自动开关额定电流的确定一千米路灯数量为14盏，高压钠灯功率因数为0.45.道路照明计算电流：

Iez≥Ijs取Iez=100A

2、自动开关长延时动作的过电流热脱扣器额定电流的确定IZd1≥KzlIjs=1×23=23A取脱扣器额定电流为It.e=25A照明用自动开关长延时脱扣

器对高压钠灯的计算系数取1.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21.

3、自动开关瞬时动作的过电流脱扣器的确定Izd3≥Kz3Ijs=6×23=138A取LZd3=150A，照明用自动开关瞬时脱扣器对高压钠灯的计算系数取6.参见《工厂配电设计手册》第一版表11-21.

4、按短路电流校验自动开关动作灵敏性自动开关动作系数取1.5时，灵敏性远远达不到要求。

用自动开关动作系数及短路电流确定自动开关瞬时脱扣器整定倍数值由于单相接地电流较小，现有的热磁式自动开关瞬时过电流脱扣器的整定电流值最小为3倍脱扣器额定电流，一般较难满足灵敏性的要求。如用过电流长延时脱扣器做后备保护，容易使电缆长时间过电流，轻则烧毁电缆，重则引起火灾。由于道路配电属于单相配电，即使配电中尽量使三相平衡，零序电流仍较大，也不能使用另加零序保护装置的措施。按“JB1284-73”的规定，非选择型配电用自动开关的瞬时过电流脱扣器的整定电流值为10倍脱扣器额定电流(可调式为3～10倍)，只具有瞬时过电流脱扣器的自动开关，其脱扣器整定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的.是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：

1、加大电缆截面，降低配电线路的零序电阻和电抗，一般道路照明设计中，线路电压降都能满足规范要求，在不影响投资和施工难度的情况下，这不失为一个好办法。

2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。能满足保护要求。由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。

遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。

目前解决这个问题的办法：

2、使用电子式脱扣器，其保护短路时磁脱扣可最小做到1.5倍脱扣器额定电流。

能满足保护要求。由于本人才疏学浅，所述问题不够深入，愿与广大电气设计同仁一同探讨，同时希望引起低压厂商的注意，能生产出更多适用于各类特殊场合的产品来。于各类特殊场合的产品来。定电流值为1～3倍或3～8倍脱扣器额定电流。遗憾的是，至今尚未查到如上面规定提到的只具有瞬时过电流脱扣器的热磁式自动开关产品，包括像ABB，Schneider，Moeller等国外大公司也无此类产品。目前解决这个问题的办法：

篇3：电力系统短路计算设计

在电力系统的设计和运行过程中, 不仅要考虑正常工作状态, 而且必须考虑到发生故障时所造成的不正常工作状态。实际运行表明, 破坏供电系统正常运行的故障, 多数为各种短路故障。所谓短路, 是指供电系统中不等电位的导体在电气被短接, 如相与相之间的短接, 或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接以及三相四线制系统中相与零线的短接等。当发生短路时, 电源电压被短接, 短路回路阻抗很小, 于是在回路中流通很大的短路电流。

三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。目前, 三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而, 在进行三相短路电流计算时, 各设计、运行和研究部门等用的计算方法各不相同, 这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异, 以及短路电流限制措施的不同。如果短路电流计算结果过于保守, 有可能造成不必要的投资浪费:若要偏于乐观, 则将给系统的安全稳定运行埋下灾难型的隐患。因而, 在深入研究短路电流计算标准的基础上, 比较了不同短路电流计算条件对短路电流计算结论的影响, 以其能为电网短路电流的计算和限制提供更切合实际的方法和思路。

1 短路产生的原因及危害

产生短路的主要原因, 是供电系统中的绝缘被破坏。在绝大多数情况下, 绝缘的破坏是由于未及时发现和消除设备中的缺陷, 以及设计、安装和维护不当所造成的。例如过电压、直接雷击、绝缘材料的老化、绝缘配合不当和机械损坏等;运行人员错误操作, 如带负荷断开隔离开关或检修后未撤接地线就合断路器等;设备长期超过负荷, 使绝缘加速老化或破坏;小电流系统中一相接地, 未能及时消除故障;在含有损坏绝缘的气体或固体物质地区。未考虑电气间隙与爬电距离 (应符含GB) 等, 此外, 在电力系统中的某些事故也可能直接导致短路, 如电杆倒塌、导线断线等;或动物、飞禽跨越导体时也会造成短路。

短路电流越大, 持续时间越长, 对故障设备的破坏程度越大。短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏力, 如果导体和它们的支架不够坚固, 可能遭到难以修复的破坏;这样大的短路电流即使通过的时间很短, 也会使设备和导体引起不能允许的发热, 从而损坏绝缘, 甚至使金属部分退失、变形或烧坏。短路时由于很大的短路电流经过网路阻抗, 必将损坏绝缘, 必将是网路产生很大的电压损失。如为金属性的短路、短路点电压为零, 短路点以上各处电压也要相应降低很多, 一旦电压低于额定电压40%以上时, 就会使供电受到严重影响或被迫中断;若在发电厂附近发生短路, 还可能使全电力系统运行解列, 引起严重后果。接地短路时, 接地相应出现的短路电流为不平很电流, 该电流所产生的磁通将领近平行的通讯线路感应出附加电势, 干扰通讯, 严重时, 将危及通讯设备和人身的安全。

为了限制发生短路时所造成的危害和故障范围的扩大, 需要在供电系统中加装保护, 以便在故障发生时, 自动而快速地切断故障部分, 以保障系统安全正常运行。这就需要我们准确的计算短路电流的大小。

2 短路电流的计算及影响计算结果的因素

经典的短路电流计算方法为:取变比为1.0, 不考虑线路充电电容和并联补偿, 不考虑负荷电流和负荷的影响, 节点电压取1.0, 发电机空载。短路电流计算的标准主要有IEC标和ANSI标准, 我国采用的是IEC标准。

国际规定了短路电流的计算方法、计算条件。国际推荐的三相短路电流计算方法是等值电压源法, 其计算条件为: (1) 不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式; (2) 忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳; (3) 具有分接开关的变压器, 其开关位置均视为在主分接位置; (4) 不计弧电阻; (5) 35KV及以上系统的最大短路电流计算时, 等值电压源取标称电压的1.1, 但不超过设备的最高运行电压。

采用IEC标准进行短路电流计算时, 允许用户任意设定短路电流计算的初值条件。可设定的选项包括: (1) 变比选项:1.0或正常变比; (2) 考虑充电电容与否; (3) 计及并联补偿与否; (4) 节点电压值; (5) 发电机功率因素。变压器变比增大时, 从本母线出去的变压器比增加了, 变压器支路的等值阻抗将增加, 短路电流将减小;反之, 变压器支路的等值阻抗将减少, 短路电流将增加。变比的大幅度变化对短路电流的影响相对较小;除基于潮流的短路电流计算外, 短路电流计算一般均不考虑线路充电电容、线路高抗、低压并联电容器、电抗器等设备的影响。考虑并联补偿时, 短路电流的变化相对较小, 而且, 考虑并联补偿后, 短路电流的的变化有升有降, 其中, 若是容性补偿占主导影响, 短路电流增加, 反之, 则下降;考虑充电电容时, 短路电流的变化幅度较大;若同时考虑充电电容和并联补偿, 其影响是两者的叠加;在短路电流计算中, 除基于潮流的短路电流计算外, 发电机一般设为空载, 所以, 发电机的空载电势与其端电压相同。若发电机处于负载状态, 其空载电势将太子发电机端电压, 且在有功功率相同的情况下, 功率因素越低, 负载率越高, 电流越大, 空载电势就越大, 故障前短路点的母线电压也就越高, 所以短路电路就越大;另外节点电压的变化时, 基于等值电压源法的短路电流计算结果与电压值保持线性关系。

篇4：电力系统短路计算设计

关键词：短路短路故障短路电流危害限制措施

中图分类号：TM7 文献标识码：A文章编号1672-3791(2012)03(c)-0000-00

1短路产生的原因和分类

所谓短路，指的是由于电力系统相与相之间或相与地之间的绝缘破坏后，形成了非正常的低阻抗通路。

短路产生的原因来自于外部和内部。外部原因：雷电、风暴、环境污染和动物进入造成的绝缘破坏，如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，大风造成架空断线或导线覆冰引起电杆倒塌，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除接地线就加电压，如挖沟损伤电流，鸟兽（包括蛇，鼠等）跨接在裸露的载流部分等；内部原因：绝缘材料的老化破裂，如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路等。

按短路后的电路状态区分，短路的形式有四种：三相短路，单相接地，两相短路，两相接地短路。其中三相短路后电路保持三相对称状态，称为对称短路；其余的三种短路形式均称为不对称短路。

按短路因素的持续时间、停电后短路状态是否自动消除，将短路分为瞬时性短路和持续性短路两种。例如，因动物进入带电体间引起的短路，当动物被击落或烧毁后，短路因素消失，停电后可立即恢复供电，因此称为瞬时性短路。电气设备绝缘破坏，输电线倒杆引起的短路则是持续性短路。

2短路电流的危害

短路电流可达几十到几百千安，因此造成很大的危害。包括两个阶段的危害：短路过程中的危害和短路结束后的危害。

短路过程中的危害：短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏（短路电流大量发热，对电气设备产生热破坏，称为热稳固性破坏）；短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭到破坏（短路电流产生很大的电动力，对电气设备造成机械破坏，称为动稳固性破坏）；短路点附近电网电压严重下降，影响负荷供电，并破坏了功率送端与功率受端之间的能量传输，导致送端旋转机组减速，使电力系统两部分频率不相等，称为失步；不对称短路后三相电流不对称，产生负序电流引起旋转电动机和转子表层发热，单相接地和两相接地，还产生零序电流，对外界造成很大的干扰磁场，影响通信。

短路结束后的危害：电力系统的自动保护装置（称为继电保护）切除故障电路部分后，可能遗留下两个大问题：

1)短路发生地点离电源不远而又持续时间较长，可能使电力系统各发电机组失去同步，破坏系统的稳定，存在是否能重新回到同步状态的问题，严重时可能导致系统瓦解；

2)切除故障后可能造成电力系统分成多个部分，称为电力系统“解列”，解列后的系统一般不能保证功率平衡，发电功率小于负荷功率的电网部分存在频率崩溃的危险。

电力系统的安全自动装置（例如低频减载，低压减载等）的作用就是力图减小上述危害。

3限制短路电流的措施

限制短路电流的措施有电力系统可采取的限流措施，发电厂和变电所中可采取的限流措施，终端变电所中可采取的限流措施。

电力系统可采取的限流措施：提高电力系统的电压等级；直流输电；在电力系统主网加强联系后，将次级电网解环运行；在允许的范围内，增大系统的零序阻抗，例如采用不带第三绕组或第三绕组为Y接线的全星形自耦变压器，减少变压器的接地点等。

发电厂和变电所中可采取的限流措施：发电厂中，在发电机电压母线分段回路中安装电抗器；变压器分裂运行；变电所中，在变压器回路中装设分裂电抗器或电抗器；采用低压侧为分裂绕组的变压器；出线上装设电抗器。

终端变电所中可采取的限流措施：变压器分列运行；采用高阻抗变压器；在变压器回路中装设电抗器；采用小容量变压器。

以上是限制电流的措施，但目前在电力系统中，用得较多的限制短路电流的方法有以下几种：合理选择电气主接线形式和运行方式；采用分裂低压绕组变压器；加装限流电抗器；采用微机保护及综合自动化装置等。

限流的原理是增大短路点到电源点之间的等效电抗，但是正常工作时的电压损耗有可能因采取限流措施而增大。

3.1合理选择电气主接线形式和运行方式

接线中减少并联支路或增加串联支路；如双回线分开运行或两台变压器并列运行。

3.2采用分裂低压绕组变压器

分裂变压器高压绕组由两部分并联的不分裂的绕组组成，低压练级由分裂成两个支路的容量相等的分裂绕组组成，分裂绕组的各个支路间没有电的联系。分裂变压器具有短路阴抗大，正常电抗小的优点。分裂低压绕组变压器正常工作时，每个低压绕组流过相同的电流，即I/2,电抗值只相当于两分裂绕组短路电抗的I/4。当一个分裂绕组的出线发生短路时，来自另一台发电机的短路电流或来自系统的短路电流都将遇到很大电抗的限制。采用分裂低压绕组变压器后，可能不另加装电抗器就会使短路电流降至设备的允许值。

3.3加装限流电抗器

线路电抗器，装在引出线断路器的后面（负荷侧），则电抗器以前的断路器和隔离开关可以选择轻型的电器，并且可以提高母线残余电压，但正常工作时的电压损耗增大，若出线数目较多，电抗器也多，以至于装置比较复杂。

母线电抗器可以限制从本段母线流向短路母线的电流，从而提高本段母线的残余电压。电抗器除满足限制短路电流外，还应满足热稳定和动稳定的要求。

分裂电抗器的限流作用和分裂变压器低压绕组的限流作用相似，但分裂电抗器的两臂不仅有互感耦合，而且在电气上也是连通的。它的结构和普通大型电抗器相似，只是中间有抽头作为公共端。为了充分限制短路电路和维持母线有较高的残余电压，采用分裂电抗器。

当分裂电抗器和单臂自感电抗与普通电抗器的电抗值相等时，两者短路时的限流作用一样，但正常运行时分裂电抗器的电压损失只有普通电抗器的一半；分裂电抗器可比普通电抗器多供一倍的出线。

分裂电抗器的两个分支负荷应尽量接近，否则可能出现过电压，尽量避免安装出线电抗器，因其投资大、配电复杂、运行费用高。

3.4采用微机保护及综合自动化装置

从短路电流分析可知，发生短路故障后约0.01s时间出现最大短路冲击电流，采用微机保护仅需0.005s就能断开故障回路，使导体和设备避免承受最大短路电流的冲击，从而达到限制短路电流的目的。

参考文献

[1]牟道槐，林莉.电力系统工程基础[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]任元会.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.

篇5：电力系统短路计算设计

1.1过流信息检测

为了实现IGBT的短路保?，必须进行过流检测。适用于过流检测方法，通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic，然后与设定的阈值进行比较，用比较器的输出去控制驱动信号的关断;也可以检测过流时IGBT的集射极电压Vce，因为管压降含有短路电流的信息，过流时Vce将增大，且基本上与Ic呈线性关系，故检测过流时的Vce并与设定的阈值进行比较，用比较器的输出控制驱动电路的关断，也可完成过流保护。

1.2降栅压软关断半导体开关器件

在短路电流出现时，为了避免关断IGBT时di/dt过大形成过电压，导致IGBT失控或过压损坏，通常采用降栅压的软关断综合保护技术。即在检测到过流信号后首先是进入降栅压保护，以降低故障电流的幅值，延长IGBT承受过载电流的时间。在降栅压动作后，设定一个固定延迟时间以判断故障电流的真实性，如在延迟时间内故障消失则栅压自动恢复;如故障仍然存在则执行软关断，使栅压降至0V以下，最终关断IGBT。采用降栅压软关断综合保护技术可使故障电流的幅值和下降率以及过电压都受到限制，使IGBT的运行轨迹处于安全区内。

图2

在设计降栅压软关断保护电路时，要正确选择降栅压的幅度和速度。如果降栅压幅度较大(如7.5V以上)，则降栅压的速度就不要太快，一般采用2μs左右的下降时间。由于降栅压幅度大，集电极电流已经较小，则封锁栅极可快些，不必采用软关断。如果降栅压幅度较小(比如5V以下)，则降栅速度可快些，而封锁栅压的速度必须慢，即采用软关断，以避免产生过高的过电压。

1.3降频“打嗝”的保护

在大功率负载中为了使电源在短时间的短路故障状态下不中断工作，又能避免连续进行短路保护产生热积累而损坏IGBT，可采用使工作频率降低的方法形成间歇“打嗝”的保护，待故障消除后又恢复正常工作。降频“打嗝”的保护并非每个保护电路都必需。

2几种实用的IGBT短路保护电路及工作原理

2.1利用短路时Vce增大实现的短路保护电路

图1是利用IGBT短路时Vce增大的原理实现保护的电路，专用于EXB841驱动电路。如果发生短路，含有IGBT过流信息的Vce不直接送至EXB841的IGBT集电极电压监视脚6上，而是快速关断快速恢复二极管VD1，使比较器IC1(LM339)的V+电压大于V-电压，比较器输出高电平，由VD2送至EXB841的脚6，启动EXB841内部电路中的降栅压及软关断电路，低速切断电路慢速关断IGBT，既避免了集电极电流尖峰损坏IGBT，又完成了IGBT短路保护。该电路的特点是，消除了由VD1正向压降随电流不同而引起关断速度不同的差异，提高了电流检测的准确性，同时，由于直接利用EXB841内部电路中的降栅压及软关断功能，整体电路简单可靠。

2.2利用电流互感器实现的短路保护电路

图2是利用电流互感器实现过流检测的IGBT短路保护电路。其中电流互感器TA的初级串接在IGBT的集电极电路中，次级感应的过流信号经整流后送至比较器IC1的同相输入端，与反相端的基准电压Vref进行比较，IC1输出VB至具有正反馈的比较器IC2的同相输入端C点，由IC2的输出经R8接至EXB841的脚6上。不过流时，IC1的VA小于Vref，输出VB为低电平约0.2V，经R1送到IC2

比较器的同相端C形成VC，因此时VC小于Vref，IC2输出为低电平，EXB841正常工作。当出现过流时，电流互感器检测到的整流电压将升高，VA大于Vref，VB为高电平，由R1给C3充电，经一定的`延时后，VC将大于Vref，IC2输出高电平，EXB841保护电路工作，使IGBT降栅压软关断。IGBT关闭后，电流互感器初级无电流流过，使VA又小于Vref，VB又回到0.2V左右，C3经R1放电，当VC小于Vref时，IC2输出低电平，电路重新进入工作状态。如果过流继续存在，保护电路又恢复到原来的限流保护工作状态，反复循环使EXB841的输出驱动波形处于间隔输出状态，使IGBT输出电流有效值减小，达到保护IGBT的目的。电位器W1用于调整IC1比较器过流动作阈值。电容器C3可经D5和R5快速充电，经R1慢速放电，只要合理地选择R1，R5和C3的参数，可实现EXB841比较快关闭IGBT而较慢恢复IGBT。正反馈电阻R7保证IC2比较器具有迟滞特性，和R1和C3充放电电路一起，保证IC2输出不致于在高、低电平之间频繁变化，使IGBT频繁开通、关断而损坏，提高了电路的可靠性。

图3

2.3利用短路Vce和电流互感器过流检测同时实现的短路保护电路

图3是利用IGBT过流集电极电压检测和电流互感器过流检测同时实现的短路保护电路。当负载短路(或IGBT因其它故障过流)时，IGBT的Vce将增大，VD1关断，导致由R1提供的电流经R2和R3分压器提供的电压，使V3导通，从而使IGBT栅极电压由VD3所限制而降压，限制了IGBT峰值电流的幅度，该电压同时经R5及C3延迟使V2导通，送去软关断信号。为了提高短路保护电路的可靠性，图3电路还增加了短路电路检?保护，它是由电流互感器TA，整流桥U和IC1等组成，短路发生时经电流传感器TA检测出短路电流信号，使比较器IC1输出高电平，该高电平一方面使V3管导通，完成IGBT的降栅压保护，另一方面由V2导通进行IGBT软关断保护。

2.4具有降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护电路

图4是一具有降栅压软关断及降低工作频率的综合短路保护电路。

正常工作时，驱动输入信号Vi为低电平，光耦IC4不导通，V1及V3导通，输出负驱动电压VE，IGBT(V4)关断;当驱动输入信号Vi为高电平时，光耦IC4导通，V1截止而V2导通，输出正驱动电压VC1，功率开关管IGBT导通。发生短路故障时，IGBT集电极电压Vce增大，由于VD5截止导致比较器IC1输出高电平，V5导通，由VD2限压实现对V2降栅压，从而实现了IGBT软降栅压保护，V2降栅压幅度由稳压管VD2决定，软降栅压时间由R6和C1决定约为2μs。IC1输出的高电平同时经R7对C2进行充电延时约5～15μs后，C2上电压达到稳压管VD4的击穿电压，V6导通。V6导通后，一方面使光耦IC5导通启动降频过流保护电路工作，另一方面由R9和C3形成约3μs的软关断栅压，完成对IGBT软关断栅压保护。

图4

V5导通时，V7经C4和R10电路形成的基极电流导通约20μs，在降栅压保护后将输入驱动信号闭锁一段时间，不再响应输入端的关断信号，以避免在故障状态下形成硬关断过电压，使驱动电路在故障存在的情况下能执行一个完整的降栅压和软关断保护过程。

降频过流保护电路主要由时基555电路(IC2)，光耦IC5，V8和V9三极管等组成。V6导通时，光耦IC5导通，时基电路IC2的触发脚2获得负触发信号，555脚3输出高电平，V9导通，IC3与门被封锁，封锁时间由定时元件R15和C5决定(约1.2s)，使工作频率降至1Hz以下，驱动器的输出信号将工作在所谓的“打嗝”状态，避免了发生短路故障后仍工作在原来的频率下，而频繁进行短路保护导致热积累而损坏IGBT。只要故障消失，电路又能恢复到正常工作状态。

2.5具有检测高频交流电流短路的保护电路

图5

该电路如图5所示。R4为输出电流取样电阻，电路正常工作时，IC1的输出电压UA不足以使D3(9.1V)或D4(9.1V)击穿导通，V1和V2均不导通，IC2不工作，V3导通输出低电平，EXB841驱动电路正常工作。如果电路有过流现象出现时，假定发生在正半周，IC1输出的UA为负电压，使得D3击穿，D4导通，V2导通，电流经D2，R8，V2，R1，使光耦IC2导通，输出过流信号，V3截止输出高电平。若负半周过流发生，IC1输出UA为正电压，使D4击穿，D3导通，V1导通，电流经R7，V1，R8和D1，使IC2通电工作，V3截止输出高电平。当V3截止输出高电平时，启动EXB841内部短路降栅压软关断电路工作，完成对IGBT的保护。这样，只要电路有过流现象发生，保护电路就会立即动作，对电路进行有效地保护，防止损坏IGBT。该电路对低频交流电路和直流电路短路电流保护同样有效。由于PN结稳压值随温度升高而升高，而PN结正向导通值随温度升高而降低，故D3及D4反向串联具有良好温度补偿作用，使电路热稳定性相当好。

3结语

篇6：变压器短路电流计算经验公式

发布者：admin发布时间：2010-9-27阅读：85次

电力变压器变压器的短路电流计算有多个方法，很多手册中都有讲到，工业与民用配电设计手册第三版中有详细的说明，这里就不在赘述，大家自己看书去，还有短路电流计算的软件，也很方便，很多地方也有下载的，自己找吧。这里要说的是简单的经验公式，可以快速的计算出短路电流的大小，供大家参考。

380V低压侧短路电流计算：

1.Uk＝6％时 Ik＝25*Se

2.Uk＝4％时 Ik＝37*Se

上式中Uk：变压器的阻抗电压，记得好像是Ucc。

Ik：总出线处短路电流 A

Se：变压器容量 KVA

3。峰值短路电流＝Ik*2.55

4.两相短路电流＝Ik*0.866

5.多台变压器并列运行

篇7：电力系统短路计算设计

基于改进的Dijkstra算法的动态最短路计算方法

摘要：首先将所研究的时间段进行时段划分,然后基于每个路段在每个时段内的历史平均速度给出了改进的Dijkstra算法,它可以给出任意时刻从任意节点位置出发到达任一目的地的行程时间最短的.路径及其相应的行程时间;其次在允许超车行为存在的条件下将出行者进行分类,并给出了相应的最短路算法.论文最后给出了相应的算例验证了算法的可行性. 作者：刘建美[1]马寿峰[2]马帅奇[3] Author： LIU Jian-mei[1] MA Shou-feng[2] MA Shuai-qi[3] 作者单位：济宁学院,数学系,济宁,273100;天津大学,系统工程研究所,天津,300072天津大学,系统工程研究所,天津,300072济宁学院,数学系,济宁,273100 期刊：系统工程理论与实践 ISTICEIPKUCSSCI Journal： SYSTEMS ENGINEERING ―THEORY & PRACTICE 年，卷(期)： 2011, 31(6) 分类号： U491 关键词：最短路改进的Dijkstra算法速度超车机标分类号： U49 TP3 机标关键词：改进 Dijkstra算法动态最短路计算方法 based dynamic shortest path 行程时间最短路算法时间最短时段划分平均速度节点位置时间段目的地验证行为条件论文路径路段基金项目：国家自然科学基金，天津市科技支撑计划重点项目

篇8：电力系统短路计算设计

电力系统出现短路故障, 究其原因, 主要有以下三个方面:

(1) 电气绝缘损坏; (2) 误操作; (3) 鸟兽害。

电路短路后, 其阻抗值比正常时电路的阻抗值小得多, 因此短路电流往往比正常电流大许多倍。在大容量电力系统中, 短路电流可达几万安培或几十万安培。如此大的短路电流对电力系统可造成极大的危害:

(1) 短路电流的电动效应和热效应; (2) 电压骤降; (3) 造成停电事故; (4) 影响电力系统稳定; (5) 产生电磁干扰。

由此可见, 短路的后果是非常严重的, 因此供配电系统在设计、安装和运行中, 都应尽力设法消除可能引起短路故障的一切因素。

在三相系统中, 可有下列短路形式:

(1) 三相短路; (2) 两相短路; (3) 单相短路; (4) 两相接地短路。

电力系统中, 发生单相短路的可能性最大, 而发生三相短路的可能性最小。但一般是三相短路电流最大, 造成的危害也最严重。为了使电气系统中的电气设备在最严重的短路情况下也能可靠工作, 因此作为选择校验电气设备的短路计算中, 以三相短路计算为主。

对于无限大容量电力系统计算短路电流常用的方法有欧姆法和标幺制法。进行短路电流计算, 首先要绘出计算电路图。在计算的电路图上, 将短路计算所要考虑的主要参数都表示出来, 并将元件依次编号, 然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着, 按所选择的电路计算点绘出等效电路图, 并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上, 只要将所计算的电路电流所流经的一些主要元件表示出来, 并标明其序号和阻抗值, 一般是分子标序号, 分母用复数的形式标阻抗值。然后将等效电路化简。对一般用户供配电系统来说, 由于将电力系统当作无限大容量系统, 而且短路电路也比较简单, 因此一般只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简, 求出其等效总阻抗。最后计算电路电流和短路容量。

对于低压系统短路电流的计算方法采用欧姆法。但低压系统短路电流的计算具有一下特点:

(1) 一般用电单位的电源来自地区大中型电力系统, 配电用的电力变压器的容量远小于系统的容量, 因此短路电流可按远离发动机端, 即无限大电源容量的网络进行计算, 电路电流周期分量不衰减。

(2) 计入短路电路各元件的有效电阻, 但短路点的电弧电阻、导线连接点、开关设备和电器的接触电阻可忽略不计。

(3) 当电路电阻较大, 短路电流直流分量衰减较快, 一般可以不考虑直流分量。只有在离变压器低压侧很近处, 例如低压侧20m以内大截面线路上或低压配电屏内部发生短路时, 才需计算直流分量。

(4) 单位长度有效电阻的计算温度不同, 在计算三相最大短路电流时, 导体计算温度取为20℃;在计算单相电路电流时, 假设的计算温度升高, 电阻值增大, 其值一般为20℃的1.5倍。

短路电流计算结果应用于:

(1) 电气接线方案的比较和选择; (2) 正确选择和校验电气设备 (包括限制短路电流的设备) ; (3) 正确选择和校验载流导体; (4) 继电保护的选择、整定及灵敏度校验; (5) 接地装置的设计及确定中性点接地方式; (6) 计算软导线的短路摇摆; (7) 确定分裂导线间隔棒的间距。架空线当传输容量较大时, 导线采用分裂导线, 为了避免由于电磁力作用、风力作用和冰雪作用, 分裂导线缠绕发生摩擦和碰线, 而保持一定的分裂间距应安装间隔棒; (8) 验算接地装置的接地电压和跨步电压; (9) 大、中型电动机的起动 (起动压降计算) 。

影响短路电流的因素有:

(1) 系统的电压等级; (2) 主接线形式以及主接线的运行方式; (3) 系统的元件正负序阻抗及零序阻抗大小 (变压器中性点接地点的多少) ; (4) 是否加装限流型电器 (如限流电抗器、分裂电抗器或分裂绕组变压器, 增加回路电抗限制短路电流) ; (5) 是否采用限流型电器 (如限流熔断器、限流低压断路器, 能在短路电流到达冲击值之前完全熄灭电弧起到了限流作用) 。

短路电流给设备和线路带来了危害, 因此必须采取措施限制短路电流。具体措施如下:

1 电力系统可采取的措施

1.1 提高电力系统的电压等级 (电压等级高, 在相同的短路容量下则短路电流小) 。

1.2 直流输电 (直流系统的“定电流控制”将快速地将电路电流

限制在额定电流左右, 即使在暂态过程也不超过2倍额定值, 可限制短路电流) 。

1.3 在电力系统主网加强联系后, 将次级电网解环运行。

1.4 在允许的范围内, 增大系统的零序阻抗, 例如采用不带第三

绕组或第三绕组为Y接线的全星形自偶变压器, 减少变压器中性点的接地点等 (可减小系统的单相短路电流) 。

2 发电厂和变电所中可采取的限流措施

2.1 发电厂中, 在发电机电压母线分段回路中安装电抗器 (当线

路上或一段母线上发生短路故障时能限制另一段母线上电源所提供的电路电流) 。

2.2 变压器分列运行。