短路电流计算的基本原则

一、电力系统短路的概念、类型及危害

【引导问题】

◆哪种类型的短路发生几率最大？哪种类型的短路危害最严重？

◆短路有哪些危害？

1.电力系统短路的概念

“短路”是电力系统中常发生的一种故障，是电网中某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或地相接触。

电气设备载流部分绝缘的损坏是形成短路的主要原因。绝缘材料因时间长而老化、操作过电压或雷击过电压、机械力损伤等，均可导致电气设备绝缘的损坏。此外，人员的不正确操作，如带负荷拉倒闸、未拆除接地线送电等，也是造成短路的重要原因。此外还有暴风雪、冰雹以及地震等自然灾害和动物误碰等，也常常导致短路故障。

2.短路的类型

短路的基本类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路，见表3-1。其中，三相短路时三相电压和电流仍然是对称的，也称为对称短路。其他为不对称短路。三相短路造成的危害最为严重，但发生三相短路的机会较少，单相接地短路发生的机会最多。

表3-1　短路的基本类型

3.短路的危害

发生短路后，电力系统在运行中阻抗突然大为减小，使短路处及供电回路流过巨大的短路电流，可达正常运行电流的几倍、十几倍甚至几十倍，短路电流有时能达到几万甚至几十万安培。同时，短路点的电压有可能降低为零，临近地区网络电压也要大幅度下降。

短路的危害主要体现在以下几个方面：

（1）热效应。巨大的短路电流会使电气设备急剧发热，可能导致设备损坏；短路处的电弧温度高达上万度，会烧坏设备甚至危及人身安全。

（2）电动力。巨大的短路电流会产生巨大的电动力，可能使导体产生变形或损坏，使电气设备遭到机械性破坏。

（3）电压下降。短路时电压的降低会破坏用电设备的正常运行，特别是导致厂矿企业中的异步电动机转速下降甚至停转，给生产带来很大损失。

（4）系统不对称。当发生不对称短路时，还会产生负序或零序电流、电压，会造成电机发热、振动，影响使用寿命。同时可能导致临近的通信线路受到严重的电磁干扰。

（5）破坏系统稳定性。严重的短路还有可能危及电力系统的稳定运行，使发电机失去同步，导致电力系统解列，甚至引起系统崩溃，造成大面积停电，这是最严重的后果。

短路所引起的危害程度，与短路故障的地点、类型及持续时间等因素有关。通常，三相短路电流最大；当短路发生在发电机附近时，两相短路电流可能大于三相短路电流；当短路点靠近中性点接地的变压器时，单相短路电流也有可能大于三相短路电流。在负荷中心或大型发电厂发生短路，会造成大量甩负荷，对系统稳定运行破坏极大。(www.xing528.com)

二、短路电流计算的目的及基本假设

【引导问题】

◆本学习情境中计算短路电流的目的是什么？

◆低压系统和高压系统在短路电流计算上有何区别？

1.短路电流计算的目的

（1）选择和校验电气设备。

（2）进行继电保护装置的选型与整定计算。

（3）分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。

（4）确定电力线路对通信线路的影响。

（5）确定分裂导线间隔棒的间距。

目的不同，短路计算量也不同。如以选择和校验电气设备为目的时，只需要近似计算出通过所选电气设备可能出现的最大三相短路电流值；以设计继电保护和系统故障分析为目的时，要对各种短路情况下各支路的短路电流和各母线电压进行计算。

2.短路电流实用计算的基本假设

影响电力系统短路过程的因素很多，若在实际计算中把所有因素都考虑进来，将是十分复杂也是不必要的。因此，在满足工程要求的前提下，为了简化计算，通常采取一些合理的假设，采用近似的方法对短路电流进行计算，即实用计算法。

基本假设如下：

（1）认为在短路过程中，所有发电机电势的相位及大小均相同，即在发电机之间没有电流交换；还认为所有负荷支路均已断开，各发电机供出的电流全部都流向短路点。

（2）不计磁路饱和。这样系统中各元件的感抗便都是恒定的，可以运用叠加原理。

（3）系统中所有元件只计入电抗。但在计算短路电流非周期分量衰减时间常数，或者计算电压为1k V以下低压系统短路电流时，则必须计及元件的阻抗。

（4）短路为金属性短路，即不计短路点过渡电阻的影响。

（5）认为电力系统三相是对称的。这样，对于不对称短路，就可以应用对称分量法，将每序对称网络简化成单相电路进行计算。

根据以上假设所计算的短路电流比实际值略大，但误差在允许范围内。这对于工程准确度来说是允许的，据此选择各种电气设备也更为安全。