利用短路容量計算短路電流法初探

馬遠

摘要：在電網的短路電流計算中，我國一直以來使用阻抗標幺運算和阻抗標有名值運算來計算系統的短路電流和短路容量。但是上述二種計算方法互有優劣，筆者基于設備的短路容量提出一種新的計算系統的短路電流和短路容量的方法。該方法每個元件只需計算一次其短路容量且具有實際的物理便于理解。

關鍵詞：短路容量法;短路電流計算;短路容量計算;

前言：在電網的短路電流計算中，我國一直以來使用阻抗標幺值運算和阻抗標有名值運算來計算系統的短路電流和短路容量。阻抗標幺值運算采用標幺運算，雖然可以一次性將整個電力系統折算完成;但是沒有實際物理意義，有的時候很難直觀感受其物理意義。阻抗有名值運算雖然有實際物理意義;但是每次每個短路點的計算都需要重新歸算且其計算相當復雜和繁瑣。本文提供一種兼顧上述兩種問題的新的短路電流計算法。筆者暫定其為——基于設備短路容量的短路電流（短路容量）計算法。

一、基于設備短路容量的短路電流計算法的基本原理

假設系統為有多個同步發電機、雙繞組變壓器、電抗器、線路和電力系統組成的系統。系統電抗的標幺值如下：

由上式可以看出：

（1）故障點短路容量的倒數為各個串聯系統組成部分的短路容量倒數之和。這個同電阻并聯個關系很像。

（2）故障點短路容量為各個并聯系統的短路容量之和。

由（1）其數學關系可以看出：;那么當已知系統中最小的設備短路容量的時候就可以得到系統短路容量的上界。同時也可以得到系統短路電流的上界。在工程設計中，工程師知道變壓器容量后就很容易估算出系統的短路容量和短路電流從而估算系統的設備分斷、動穩定和熱穩定能力。由（2）其數學關系可以看出：并聯于多個系統中可以增大整個系統的短路容量。

下標表示第個系統元件的設備參數。

二、設備短路容量的計算

由上面的推倒過程可以知道各個設備的短路容量可以取值如下：

三、基于設備短路容量的短路電流的運用

例子：某企業新建35/10kV 變電所，短路電流計算系統圖如下圖1所示，第一電源短路容量為S=800MVA;35kV架空線路的電抗為0.4Ω/km ;第二電源為汽輪發電機額定功率PN=20MV，功率因數=0.8，超瞬態電抗相對值Xd=12.5，汽輪發電機運算曲線見《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）表4.6-6;雙繞組升壓變壓器T1額定容量SNT=31.5MVA，其額定阻抗電壓相對值Uk=9.45%;變電所內降壓變壓器T2額定容量SNT=20MVA，其額定阻抗電壓相對值Uk=8%。計算變電所35kV母線k1處和10kV母線k2處的三相短路容量和短路電流。

四、結論與展望

基于設備短路容量的短路電流計算法比較傳統的阻抗標幺值計算方法和阻抗有名值計算方法有折算步驟不重復，其有明確的物理的優點。同時還可以根據系統中最小的設備短路容量估算系統短路容量和短路電流的上界值。有利于在設計的初步的階段估計電氣設備的分斷能力、動穩定和熱穩定。但是，同時該短路電流計算方法的在計算短路容量的式子略顯復雜。通過分析為電力系統短路電流計算提供一些新參考，從而使電氣工程師在選擇設備元器件的時候可以減小工作量。

參考文獻：

[1]劉屏周.工業與民用配電設計手冊[M]. 中國電力出版社，2017年3月北京第三十五版.

[2]中華人民共和國國家發展和改革委員會著.導體和電器選擇設計技術規定（DL/T 5222-2005）[S]中國電力出版社 2016年11月北京第十三次印刷.

[3]楊岳. 供配電系統[M]. 科學出版社，2018年1月北京第十次印刷.