供電短路電流研究

（黑龍江龍煤七臺河礦業有限責任公司電力部，黑龍江 七臺河 154600）

所謂短路就是指供電系統中不等電位的點破電弧或很小的阻抗相連通。例如,供電系統中相與相之間的短路；中性點接地系統中一相或幾相的接地短路；三相四線制供電系統中相線與中線的短路等。

一、短路的原因

在三相供電系統中，造成短路故障的原因很多，主要有以下幾個方面：

（一）電氣設備的絕緣損壞是造成短路的主要原因。電氣設備年久陳舊，絕緣自然老化：絕緣瓷瓶表面污穢,使絕緣下降；絕緣受到機械性損傷等都會造成短路。

（二）供電系統受到雷電的侵襲或在切換電路時產生過電壓，將電氣裝置絕緣薄弱處擊穿，造成短路。

（三）工作人員誤操作造成短路。例如，在未斷開斷路器之前,拉切隔離開關，形成強大的電弧,造成強光短路等。

（四）鳥獸跨越不同電位的裸露導體時，造成短路。

（五）惡劣的氣候條件以及其他的意外事故也可能造成短路故障。

二、短路的類型

在三相供電系統中，短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路等。第一種短路稱為對稱短路，后三種短路統稱為不對稱短路。

三相短路時，三相短路回路中的阻抗相等，三相電壓和電流仍然保持對稱，屬于對稱短路。短路時電流增大，短路點的電壓為零，電壓完全降落于短路回路中，短路后電壓與電流的相位差校正常時增大，接近90 °。

兩相短路時，整個系統的電壓、電流的對稱性遭到破壞，屬于不對稱短路。短路后短路點相間電壓為零，故障兩相短路電流的大小相等而方向相反。

兩相接地短路是指兩相在同一地點或不同地點同時發生單相接地。在中性點直接接地系統中，單相接地屬于短路，將被繼電器保護裝置迅速切除。因此，在不同地點同時發生兩相接地短路的可能性較小，只有在雷電強烈的時期，尤其在雙回路供電的情況下有可能在兩點或三點同時發生接地故障。在中性點不接地系統中，發生單相接地時，其接地電流一般很小，常允許工作0.5--2h。在此期間，由于其他兩相對地電壓的升高，容易擊穿絕緣，造成另一相也接地而形成兩相接地短路。兩相接地短路后的情況與前述的兩相短路的情況基本一樣。

單相短路只發生在中性點直接接地系統中，又稱單相接地短路。短路時，非故障相無短路電流，短路后故障相電壓下降，電壓和電流的對稱關系均受到破壞,屬于不對稱短路。

除了上述短路外,對變壓器和電動機等電氣設備還有可能發生一相繞組的匝間及層間短路。根據運行經驗統計，在三相供電系統中最為常見的是單相接地短路。三相短路在短路故障中占的比例最小，但三相短路電流值最大，造成的危害也最嚴重。因此，在選擇電氣設備時，常以三相短路參數作為計算依據，因而以此驗算電氣設備的能力。此外，三相短路狀態的分析是其他不對稱短路的基礎,所以本章主要討論三相短路電流的特點和計算方法。

三、短路的危害

供電系統發生短路時，由于系統中總阻抗大大減小，因而短路電流將大幅度增加。通常短路電流可達正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍。在大的電力系統中，短路電流可達幾萬甚至幾十萬安培。這樣大的短路電流對供電系統將產生極大的危害，歸納起來其危害有以下幾種：

（一）強大的短路電流所產生的電動力作用和熱作用、使故障設備及短路回路中的其他設備遭到破壞；

（二）短路時電網電壓突然下降，會影響其他電氣設備的正常運行或被迫中斷；

（三）嚴重的短路會影響整個電力系統的穩定性，使各電廠并列運行的發電機組失去同步；

（四）短路會造成大范圍停電，而且越靠近電源,短路引起的停電范圍越大，還可能使整個電力系統運行解裂，給國民經濟造成嚴重損失；

（五）不對稱短路的不平衡電流，在周圍空間將產生很大的交變磁場，在鄰近的通訊線路內產生感應電勢,干找附近的通訊線路和自動控制裝置的正常工作，也可能危及人身安全。

由此可見，短路的后果是非常嚴重的，因此必須盡力設法消除可能引起短路的一切因素。同時，還需進行短路電流計算，以便正確地選擇電氣設備，使電氣設備具有足夠的動穩定性和熱穩定性，以保證在發生可能的最大短路電流之時不致損壞。另一方面，一旦發生短路，應能迅速、準確地把故障線路和設備從電網中切除,盡量減少短路所造成的危害和損失。

四、研究短路的目的

為了限制短路的危害。并將短路帶來的損失和影響限制在最小范圍內，使供電系統可靠、安全地運行，在變電所和供電系統的設計和運行中，必須進行短路電流計算，以解決下列技術問題：

（一）選擇電氣設備和載流導體

在選擇各種電氣設備和電力線路的截面時，需要計算出可能通過電氣設備的最大短路電流及其產生的電動力效應及熱效應，以便檢驗電氣設備的動穩定性和熱穩定性。

（二）選擇和整定繼電保護裝置

在選擇和整定繼電保護裝置時，需要計算被保護范圍內可能產生的最小短路電流，以便校驗繼電保護裝置動作的靈敏度是否符合要求。

（三）確定限流措施

當短路電流過大時，造成設備選擇困難或不經濟，這時可在供電線路中串接電抗器來限制短路電流。通過短路電流的計算，決定是否使用限流電抗器.并確定所選電抗器的參數。

（四）確定供電系統的主接線方案和主要運行方式

供電系統的接線和運行方式不同，短路電流的大小也不同，只有計算出在某種接線和運行方式下的短路電流,才能判斷這種接線及運行方式是否合適。