配電系統短路電流及設備選型

文／邵輝 華商國際工程有限公司（國內貿易工程設計研究院） 北京 100069

引言：

高壓電氣設備是電力系統重要的電氣設備,不同的高壓電氣設備有不同的技術特點和性能,其結構不同,使用成本也不同;在實際應用中,如何選用高壓電氣設備,供電企業應根據技術要求、使用環境、經濟狀況選用不同類型和不同型號的高壓電氣設備。

1、系統短路電流概述

1.1 基本概念

一般定義：在電路中，由于短路而在電氣元件上產生的不同于正常運行值的電流。

在電力系統中所謂的短路電流，是指：電力系統中帶電部分與大地（包括設備外殼、變壓器鐵心、低壓線路的中性線）之間，以及不同相線之間的短接（三條相線之間的短接或單相對地短接）這種短接可能是通過小阻抗的回路，或者以電弧的形式形成。在中性點非有效接地系統中，短路故障主要是各種相間短路，而單相接地不會造成短路，而屬于一種故障。

1.2 短路電流的種類及危害

三相系統中發生的短路有4 種基本類型：三相短路，兩相短路，單相對地短路和兩相對地短路。

短路電路會對電力系統的正常運行造成嚴重影響和后果。很大的短路電流會使電器設備過熱或受電動力作用而遭到損壞,同時使網絡內的電壓大大降低,因而破壞了網絡內用電設備的正常工作。可能破壞各發電廠并聯運行的穩定性，使整個系統解列。

2、高壓系統短路電流計算

系統描述：本工程為某葡萄酒項目，采用一臺SC 10-1000kVA，10/0.4kV，D，yn11 型變壓器，其uk%＝6；系統變電站出口處的斷流容量為300MVA，現計算10kV 線路上K-1 點及380V 線路上K-2 點處的短路電流值。

系統短路電流計算電路如下圖1所示：

圖1

2.1 采用標幺制計算

等效阻抗圖如圖2所示：

圖2

已知：Sj=100MVA，Ss=300MVA，Uc1 ＝10.5 KV，Uc2=0.4kV;

X1=Sj/Ss=0.333

X2=XLSj/Up1=0.317

X3=XLSj/Up1=0.036

X4=（uk%/100）×（Sj/Srt）=6

計算K-1 點的短路電流：

Xk-1=X1+X2+X3=0.686

Ij=Sj/1.732Uj=5.5(KA)

Ip=1.51I"=12.11(KA)

計算K-2 點的短路電流：

Ij=Sj/1.732Uj=144(KA)

Xk-2=X1+X2+X3+X4=6.686

Ip=1.091I"=23.48(KA)

2.2 采用有名制計算

X2=XL(Up2/Up1)=0.35

X3=XL(Up2/Up1)=0.04

X4=(uk%/100)×(Up2/Srt)=0.0096

計算K-1 點的短路電流：

Xk-1=X1+X2+X3=0.77

=20.08(KA)

計算K-2 點的短路電流：

Xk-2=X1+X2+X3+X4=0.012

2.3 高壓電纜及斷路器選型

2.3.1 高壓斷路器的選擇

高壓（10kV）斷路器型號：VEP12T 630A/25kA DC220

（1）U≥U，即12kV ≥10.5kV

其次，中國特色社會主義文化自信具有精神性信仰維度，以及經濟形態的世俗化維度，遵循并拓展了科學社會主義的理論邏輯。

（2）I≥I，即630A ≥57.8A

（3）I≥I，即25kA ≥8.02kA

2.3.2 高壓電纜截面的確定

S=58.54mm由此可知，高壓電纜的最小截面應大于58.54mm

故高壓電纜選擇YJV-10kV 3X95mm

3、低壓系統短路電流計算

采用有名制計算低壓系統的短路電流

某酒廠的低壓側系統簡圖下圖3所示：

圖3

系統描述：

某葡萄酒項目，采用一臺SC10-1000kVA，10/0.4 kV，D，yn11 型變壓器，其uk%＝6；系統變電站出口處的斷流容量為300MVA，現計算0.4kV 線路上K-1點及K-2 點、K-3 點處的短路電流值。

已知:

母線規格m--TMY-3X(80X8)+2(50X5),L=5m；L1--TMY-3X(80X8)+2(50X5),L=2.5m

電纜規格：L2—YJV-1KV 3X95+2X50mm，L ＝30m

3.1 確定各位元件阻抗值

（1）系統側阻抗：

系統高壓側電抗：Xs=0.995Zs=0.53

系統高壓側電阻：R=0.1X=0.1X0.53=0.053R=0.1X=0.053

相保電阻：R=2Rs/3=0.035

相保電抗：X=2Xs/3=0.35

（2）配電變壓器的阻抗

（工業與民用配電設計手冊P155 表4-22）

Rt=1.22; Xt=9.52; R=1.22; X=9.52

（3）母線m 單位長度：

（工業與民用配電設計手冊P157 表4-24）

R=0.031; X=0.195; R=0.104;X=0.432;

（4）線路L1（母線）單位長度：

（工業與民用配電設計手冊P157 表4-24）

R=0.031; X=0.195; R=0.104; X=0.432;

（5）線路L2（電纜）單位長度：

（工業與民用配電設計手冊P157 表4-25）

3.2 計算各短路點的短路電流

（1）等效阻抗圖如下圖4所示：

圖4

（2）k-1 點的總阻抗：

Rk-1=1.428；Xk-1=11.025；R=1.775；X=12.21

（3）短路點阻抗：

Z=11.12；Z=12.34

（4）計算k-1 點的三相短路電流：

（5）計算k-1 點的單相接地故障電流：

Id=Un/1.732/Z=17.83(KA)

Xk-1/Rk-1=7.72

經查表短路電流峰值系數：Kp ≈1.68（工業與民用配電設計手冊P150 圖4-24）

（6）計算k-1 點的短路沖擊電流：i=49.13

（7）計算k-1 點的短路全電流最大有效值：I=28.75

（8）k-2 點的阻抗值：

R=1.51；X=11.52；R=2.04；X=13.29；

（9）k-2 點總阻抗：Z=11.62；Z=13.45

（10）計算k-2 點的三相短路電流：I'=19.39（KA）

（11）計算k-2 點的單相接地故障電流：I=16.36（KA）；X/R=7.62

經查表短路電流峰值系數：Kp ≈1.65（工業與民用配電設計手冊P150 圖4-24）

（12）計算k-2 點的短路沖擊電流：i=46.17（KA）

（13）計算k-2 點的短路全電流最大有效值：I=26.91（KA）

（14）k-3 點的阻抗值：

R=3.1；X=27.42；R=3.09；X=29.19；

（15）k-3 點總阻抗：

Z=27.59；Z=29.35

（16）計算k-3 點的三相短路電流：I"=8.34（KA）

（17）計算k-3 點的單相接地故障電流：I=7.5（KA）；X/R=8.85

經查表短路電流峰值系數：Kp ≈1.7（工業與民用配電設計手冊P150 圖4-24）

（18）計算k-3 點的短路沖擊電流：i=20.05（KA）

（19）計算k-3 點的短路全電流最大有效值：I=11.76（KA）

至此，短路點K-1，K-2，K-3 處的低壓三相及單相接地故障電流計算完成。

結語：

本文簡要描述了高低壓短路電流計算的步驟和過程，以及部分高低壓設備的選型及校驗，但由于課題準備時間短，以及經驗尚淺，無法避免其中存在的問題及不足，敬請各位專家批評指正。