短路電流計算在當前電力設計中采用的主要方法

遲 瑤

（哈爾濱市阿城電業局，黑龍江 哈爾濱 150300）

電力設計是對電力網絡以及所使用的相關設備予以安排的重要工作，而計算短路電流是這一環節中必不可少的內容，是電力設計整體中最為重要的是的計算。在傳統的設計工作中，對于短路電流的計算大多以手工方式進行，首先對電力網絡進行簡化，通過手工計算的方式，將電源點上對短路點進行轉移所需要的阻抗計算出來，從而繼續求出計算所需要的電抗XJS，再通過對運算曲線的查找，最終求出所選要找的周期分量。采用手工計算的方式不但計算過程十分復雜，并且工作量巨大，很容易由于計算人員的失誤造成結果的偏差。但是計算機本身就是先進的邏輯計算工具，具有超強的計算能力，能夠完成復雜的運算，所以在短路電流的計算上，人們開始研究，如何通過計算機計算來代替人工的方式。當前針對此類問題有過相關的研究報道，采用運算曲線查找的方式即簡單插值法。但是這里提出的方式卻能夠大大的縮短計算周期，主要依照了同步電機過渡理論和電力網所具有的特點，采用三次樣條函數插值法進行運算，因而預先需要進行儲存的數據不多，但是在數據插值上卻能夠實現最平滑的結果，使得計算結果更加準確。

1 短路電流周期分量的計算

根據電力設計中對電力網絡的假設，首先去掉電力系統中的負荷、線路電容等，同時忽略系統各元件的電阻。對于同類型的發電機，當它們對短路點的電氣距離比較接近時，則假定它們的次暫態電動勢的大小和變化規律相同。

假設有一個電力網絡需要進行計算，該網絡中發電機電動勢可以用E1，E2，…，EG表示。而發電機節點向電力網絡中注入的電流為I1，I2，…，IG。將該電力網絡的短路點設為K點，VK為該電力網絡的短路電壓，當短路時短路電壓為零，而用I’K表示該電路的短路電流，為了方便推導計算，將該網絡電流的正方向規定為流入方向。另外在該網絡中有浮動節點M個，其相應的節點電壓為V1，V2，…，VM。然后采用導納矩陣的形式將上述網絡中各個節點的電動勢、電壓以及電流和網絡參數進行表示、計算。然后通過一系列的計算求出計算用電抗XJS、發電機等效電動勢以及短路時各節點的電壓和之路電流。

2 三次樣條函數插值概述

若發電機支路只有一個，那么對電源對短路點出的電抗繼續擰計算得出XJS，那么對t秒內短路電流的分量值進行計算，可以得出Izt，其中計算需要查找相應的運算曲線。這是由于Izt=f（XJS，t）這里的自變量是XJS，t，并且該函數為二元函數，為了保證能夠利用計算機對該組曲線進行自動查找，就需要將該組曲線預先保存到計算機中。但是，實際上預存的知識發電機運算曲線中具有代表性的有線的數字。在整個程序中，當t=11時，可以得出：

但是當XJS取37個值時，則可以得出:X1=0.12，X2=0.14，…，X36=3.0，X37=3.45。 那 么 在Izt=f（XJS，t） 中 可以得出37X11=407個值。將上述455個數值利用其規律向計算機中輸入，并通過插值法，求出自變量的范圍，即0.12≤XJS≤3.45及0≤t≤4.0，并得出在這一范圍中電流Izt的任意值。

而在編程過程中，使用最廣泛的函數為三次樣條函數S（X）。在該函數中會對n個數據點進行插值，且數據點為給定數據點。

另外Izt=f（XJS，t）屬于二元函數，對于該函數的運算只需要采用一元樣條函數給予兩次插值便可，通過計算得出電流值。當t為11時，對XJS進行計算，通過插值法可以得出該11種情況下XJS=X0的電流值;繼而計算t，同樣通過插值計算的方式，可以求出當t=t0時，電流為多少。進行程序的調整時，可以通過上面提到的插值運算將3674個數據計算出來，再查找手工計算曲線數據，繼而進行對照。可以發現，小數點后3位至4位是基本保持一致的。即，采用插值法算出的結構同數字表中對應的數值是想通的，繼而通過這一結果滿足設計需要。

在對等效電動勢進行計算時E=XJSIJS。IJS便是上面提到的Izt，通過上述方式，可以求出IJS，繼而，可以對各個發電機等效電動勢值予以求出。

結語

根據筆者所述的短路電流計算法編制的短路電流計算程序，適用于包括有汽輪發電機、變壓器、廠用電動機的火力發電廠電力系統的短路電流計算，可計算具有1000節點、2000支路、300臺發電機和150個故障點的網絡的三相短路電流。該程序運用稀疏導納矩陣等方法和插值法計算出電流值，所計算出的電流值與運算曲線數字表中相應的數據是一致的，完全滿足設計要求。以具有20個節點的小型電力網絡系統為例，如果用手工計算需要1d，復核還需要1d，如果計算正確，共計需要2d;通過計算機進行計算，將數據進行核對以及錄入僅僅需要九分鐘，而計算需要一分鐘，總計十分鐘。因此可以看粗，同手工計算比較，采用計算機能夠將計算時間最大程度的縮減，不但提高了效率同時還減輕了計算人員的勞動強度。而在實際的電網計算中，節點遠遠大于20，因此采用計算機進行計算的優勢便更為明顯。

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