短路电流范文

导语：如何才能写好一篇短路电流，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电力系统中性点的运行方式；泵站系统短路电流计算及应用

Abstract: This paper introduces the calculation of short circuit current operation mode and pump system neutral point of power system, which can provide reference for small and medium-sized pumping station electrical design.

Keywords: power system operation mode of neutral point; pumping system short-circuit current calculation and Application

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在供电网络中由发电机、升压和降压变电所、送电线路以及用电设备有机的连接在一起的整体，称为电力系统。电力系统中由升压和降压变电所、各种不同电压等级的送电线路连接在一起的部分，称为电力网。

电力系统中性点（即就是发电机、变压器的中性点）的运行方式分为直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地、经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、中性点经过消弧线圈接地、中性点直接接地三种方式。当前，我国电力系统中性点的运行方式分为（1）对于6~10KV系统由于设备绝缘水平按照线电压设计对设备的造价影响不大，为提高供电可靠性，一般采用中性点不接地或中性点经过消弧线圈接地。（2）对于110KV及以上的系统，考虑到降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般采用中性点直接接地方式，并对送电线路全程架设避雷线和自动重合闸装置，以提高供电可靠性。（3）20~60KV的系统，属于中间情况，由于一相接的的电容电流不很大，网络不复杂，设备的绝缘水平变动对造价影响不大，所以一般采用中性点经过消弧线圈接地（4）1KV以下的电网的中性点采用不接地方式，但电压220/380V的电网，为适应设备获得相电压而要求直接接地。

在电力系统和电力网的运行中，常会发生电气故障，而这些故障多是由于短路引起；短路指电力系统中相与相或相与地之间经过电弧或其他较小的电抗的一种不正常的连接。短路通常形成的原因有（1）雷击短路（2）设备绝缘老化短路（3）设备长期过载、过热短路（4）机械损伤短路（5）人员违反安全规程、运行规程形成的误操作短路(6)飞禽、动物跨接导线短路。在三相系统中短路分为：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。除三相短路是对称短路外，其他都是非对称短路；运行实践表明；中性点直接接地系统中，最常见的是单相短路，约占总故障的70%，两相短路约占13%，两相接地短路约占10%，三相电路约占5%。不同的短路类型，其形成的短路电流也不同，通常三相短路电流为最大，危害最重，因此常将三相短路电流作为电气设备选择的重要依据。

在电气设计中，短路计算的作用有（1）选择电气设备，使设备具有足够的电动（机械）稳定性和热稳定性（2）选择限制短路电流的方式（3）进行继电保护的设计和整定计算。下面以XX泵站的短路计算为例简要说明以标幺制进行的短路电流计算过程：

1. 系统参数的收集：根据短路计算的目的，搜集包括电力

系统的电气主接线图、系统的运行方式、系统中架空线路、

电缆、变压器、电动机等各个元件的技术参数；其中系统

母线短路阻抗（标准值）可以从供电局查询得到。

XX变电站：35KV母线短路阻抗（标准值）

变电站—田市泵站 LGJ—70 10.6Km 系统接线图

2. 系统接线图绘制：依据收集的各个元件的技术参数，绘

制系统接线图，再简化为系统等值电路图，如右图所示。

3.系统阻抗图：由简化的系统等值电路图，利用网络简化规定

将等值电路图逐步简化，求出短路回路的总阻抗，然后就可以

对系统中的短路点进行短路电流和短路容量计算。

3.1参数计算

系统阻抗图

4.网络简化

5. 短路电流计算d1-2点短路阻抗计算

6. 短路电流计算成果列表如下：

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[关键词]变压器 短路电流 计算方法 适用范围

中图分类号：TM424 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0265-01

0.引言

对于变压器而言，短路分为三相短路，两相短路，两相短路接地和单相接地三种情况，但是三相短路时短路电流最大。传统的短路电流的计算标准或方法主要有运算曲线法、计算短路电流基频交流分量初始值的实用计算方法等。

为了更直观的比较三种计算方法的不同之处，本文着眼于简化的电网接线图，分别运用三种计算方法计算短路电流，最后总结出各自的适用范围。

1.变压器短路电流计算方法原理介绍

1.1 运算曲线法

20世纪80年代以来，我国电力设计部门开始普遍应用查通用曲线的方法来计算短路电流值，此方法针对我国的电机参数有很强的实用性。

1.2 短路电流交流分量初始值计算法

短路交流电流初始值的计算实质上是一个稳态交流电路的计算问题，但有一定的计算条件和近似要注意：对于电源，各个发电机均用次暂态电抗作为其等值，近似认为次暂态电动势不突变。电网方面，做短路电流计算时候可以比潮流计算简化。可以不计接地支路。

不计负荷，短路前按空载情况决定次暂态电动势。

1.3 简化计算方法

此方法实用于计算一定容量变压器出口三相短路时高压侧短路电流和低压侧短路电流。

首先，介绍变压器低压侧三相短路时高压侧短路电流的计算，当变压器低压绕组短接，在高压绕组中施加逐步增大的电压，当高压绕组中电流达到额定电流时，这时施加在高压侧的电压我们称作阻抗电压，那么，变压器的短路电压百分值与变压器的电抗和阻抗电压之间有如下关系式：

比较这三种方法计算出来的短路电流值，可以看到，利用曲线法和初始值法计算的短路电流值几乎没有什么差别，而利用简化方法算出来的短路电流值跟前两种方法比起来会有差别，随着降压变压器容量的不断增加，相对误差就不断的加大。进一步分析，当系统容量跟变压器容量满足一定关系的时候，三种方法计算结果接近，这个时候，方法三不失为快速计算短路电流的实用方法。

4.结论说明

（1）方法一和方法二更贴合工程现场，考虑更为全面，而且原理大致相同，所以结果很接近，可以作为计算短路电流的一般方法。而方法三是一种简化方法，有一定的实用价值，而且计算快速简便。

（2）方法三最好是只用于低压侧三相短路时候短路电流的计算，因为这种计算相较于高压侧短路电流计算误差会小很多。

（3）变压器高压侧系统短路容量越大，变压器的额定容量越小，那么当变压器低压侧出现三相短路时候，电力系统高压侧的电压损失会相对很小，用方法三计算短路电流会很方便。经过上面计算，我们可以看到当时，我们可以利用方法二计算，相对误差会维持在10%以内，如果时，建议改用传统方法。

参考文献

[1] 李光琦，电力系统暂态分析.北京：中国电力出版社，2007.

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关键词：低压配电系统;保护配合;短路电流

中图分类号：TM713 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）06-0085-01

1 低压配电系统的设计要求

TN-C系统是工业上比较常用的低压配电系统，这种系统实际上是通过零线形成的单独相接的短路电流的回路，也就是常说的接零保护。

而且这种回路，可以使得线路在故障发生的时候，可以保护系统能够第一时间发生作用，隔离故障的影响，减少故障带来的经济损失，人力物力的损失。

一般使用断路器（空气自动开关），以及熔断器做为低压配电线路的保护装置。一旦低压配电系统短路或者出现相关的故障时，保护装置都要迅速的采取一定的保护措施，防止意外的发生，这种保护机制能否起到作用，关键在于短路电流的大小和保护装置是否稳定，这对于装置的设计提出了一定的要求，要将两者有效地配合。

1.1 要符合支持断路器的分断能力

如果断路器的分断时间>0.02 s时，断路器的极限分断能力，应该≥被保护线路的三相短路电流的周期分量有效值。而另一种情况就是，如果断路器的分断时间

上述情况中，如果断路器的分断能力选小，当被保护线路，出现三相短路故障的时候，断路器分断不了，不仅会烧毁该断路器，还可能影响到母线，使得后果更加严重，或是造成大面积的停电，另一方面，也不可以过分选大断路器，一同接在母线上的断路器数量很多，不同分断能力的断路器虽然是同型号和规格的，但是价格相差很多，不利于节省资金投入。

因此，满足断路器的分断能力，不仅关系到供电的可靠性、安全性，还关系到经济性。

1.2 要满足动作的选择性

在这一方面上可作出如下调整：

①提高上级断路器的整定值，使其高于下级配电线路，其中，整定值的范围应保持在整个回路的最大短路电流值之上。

②将上、下级断路器的整定周期分别设计成0.2 s与0.4 s，使它们的级差为0.2 s。

③若有要求需对整个回路进行过流保护时，还应当让变压器低压一侧的母线，能够在稳定电流的作用之下，实现单相接地，同时还应设计高压侧保护装置短路电流的值为1.5倍过流保护整定值。

2 短路电流的计算

2.1 计算电路

我们在计算短路电流的值的时候，一般情况下，给予假设供电电源处于一个无穷大的条件下，就低压配电系统来说，它和高压供电系统的区别，就在于它的变压器，线路等元件的电阻值，通常情况下是不可以忽略的。一旦忽略，就会造成很大的误差，影响到整个系统的功能。具体计算电路如图1、图2所示。

2.2 计算式

归算到低压倒（0.4 kV）的高压系统阻抗值（单位：mΩ）。

2.3 短路数值

2.3.1 三相短路电流

2.3.2 单相接地短路电流

2.3.3 短路电流冲击值

2.3.4 短路全电流最大有效值

3 短路电流计算的分析

3.1 路电流最大值和最小值的求解

在计算短路电流的时候，要先求出电流短路时候的最大短路电流，用其检测电气设备的热、动稳定，以及他们的分断能力。

整定继电保护装置，同时，也要计算出最小的短路电流值，短最小短路电流值可以用作检验继电保护装置灵敏度，以及作为检验电动机启动的根据。在220/380 V网络中，一般来说最大的短路电流是三相短路电流，当配电线路达到一定的长度，产生的线路阻抗对电流产生的作用是不能忽略不计的。而一般来说，最小的短路电流值出现在以末端相接的故障电流处。

3.2 变压器高压侧系统阻抗的影响

10 kV一般用作客户端配电所，一般可以引自上级区域的变电站。因而区域配电站10 kV电源线路阻抗以及10 kV母线段短路容量，是计算变压器高压侧系统阻抗的关键参数。

3.3 电线路过长时存在问题及处理措施

在建筑工程中，一般的低压配电线路都比较短，而配电线路的末端，接地故障电流偏大。因而通常使用断路器的瞬时过电流脱扣器，同时也做接地故障保护。这种方法也是比较容易实现的。而局部线路在不能满足要求时，可以提高加大线路的横截面、减少瞬时过电流、脱扣器整定电流等方法，来满足单相接地故障保护的要求。而对于市政工程而言，因为用电设备十分散乱、路径长、低压配电线路在一般情况下都可以达到500 m。

3.4 配电线路单相接地故障保护整定

在用配电箱过电流保护电器的时候，故障电流不能被切断，需单独装设置接地故障保护电器，使用剩余电流动作保护器，作为保护电器，为避免误动作，断路器剩余电流保护整定值应大于正常运行时线路，以及设备的泄漏电流总和的2.5～4倍左右。

4 结 语

TN-C系统的工作零线不但要通过单相负载电流、短路电流以及三相不平衡电流，除此之外，还需要承受意外故障的冲击电流，零线工作的负担在某种程度上又加重了。因此，在高负荷运转的情况下，工作零线断线的可能性是非常高的，而在断线以后，负载侧的中心线对地电压可以达到相电压。这就会导致安全隐患的出现，比如触电。而在工程中要想实现和达到三相平衡，就需要保证工作零线中没有电流的通过。但是实际中这一点是很难达到和实现，如果使用TN-S系统，那么工作零线只通过单相负载电流，以及三相不平衡电流。护零线，确保零线只做接零使用。而只通过短路电流就可以极大程度的加强供电的安全性以及可靠性，避免触电等安全隐患以及带来的巨大损失。

参考文献：

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【关键词】电力系统 短路电流 继电保护 整定计算

电力系统的短路继电保护是最基础的电力系统保护装置之一，这种保护装置是在跌落式熔断器的替代装置，拥有可以多次使用以及可以实现整定保护等多种机械化的功能，是电力系统自动化之前的电力系统机械化的主推技术之一。因为电力系统短路继电保护的超稳定性，以及“不加电”的工作模式，电力系统短路继电保护目前仍然是电力系统的基本配置，所以，虽然我们已经使用了自动化开关系统和自动化监控系统，但是，对于电力系统的短路电流的继电保护，还是必须安装、配置和维护的。

1 电力系统短路的原理

电力系统是一个输变配用一体的电能传输和使用网络，我们希望的是发电厂发出的电能，经过一系列的变电和配电网络，完整的传输到用户的用电器中，重新转化成动能、光能或者热能。或者说，电能本身是一个二次能源，或者叫中间能源，我们只是利用他传输时的便利性，实现对于能量的快捷搬运。但是，输配电系统的一些故障，可能导致电能不能完整的到达用户的用电器，而是在中途发生急剧的消耗或者流入大地。这种故障叫做短路。

短路分为多种形式，总的来说，分为相间短路和对地短路，相间短路分为两相短路和三相短路，对地短路分为单相对地短路，两相对地短路，三相对地短路。从短路点的数量上划分，我们可以将其分为单一地点短路和多地点短路。

不管是何种方式发生短路，都是在短路点的回路阻抗，远小于系统的设计阻抗，导致大部分电流根据分流法则从短路点分流，导致用电器一侧电压急剧下降。

2 电力系统短路的危害

2.1 导致用户侧低压

在用户侧看来，线路中间短路会直接导致用户侧的故障相电压约等于零，也就是我们常说的缺相故障。如果用户直接将缺相的线路接入电动机，缺相故障会导致用户侧电动机等设备发生缺相事故，导致烧毁。

2.2 导致变压器变损

如果发生中间短路的设备接入变压器电源侧，发生短路时比发生短路前变压器的输出功率会有明显的下降，效率也会出现明显的下降。

2.3 导致电源端电流及负荷增大

因为发生了短路，因为短路阻抗约等于零，所以理论上线路的负荷会达到无限大，因为过大的电流，会导致设备剧烈发热，如果没有响应的保护，就会导致设备烧毁。

2.4 导致相位角的混乱

传输到客户用电器的电能如果能被使用，依赖于完整的相位控制，使得客户的电动机能够复制电能实现转动。因为发生了短路，所以导致系统内的相位分布完全混乱，导致了即使仍然有一小部分电能传送到客户的用电器，但是也失去了作用。

3 短路保护方案

3.1 熔断器保护

早期的短路保护，是根据电源端的电流增大造成线路发热而设计的。熔断器是一个发热的自熔组件。当该相电流足够大时，熔断器的温度会先于系统其他部分而升高到将自身熔断的临界点，从而切断电流。

熔断器是一种一次性的组件。他的的缺点不仅仅是不能重复使用。因为熔断器在切断故障一相的电流后，其他向的电流还会继续供电，这种缺相的故障状态可能会持续很长时间，直到变电工赶到现场处理。而这个时间段内，很容易造成用电方的一些次生灾害。

所以，后来发明了三联装熔断器，当其中一相发生熔断时，另外两相卡死机构中会有一个被弹簧锁死的机构收回，导致另外两相的熔断器一起跌落。这种熔断器就解决了长时间缺相运行的缺点。但是，因为熔断器的熔断需要一个时间周期，虽然后来通过技术进步使得这个周期可以变的非常短，但是，这个周期仍然是存在的。

3.2 相电流保护

相电流保护是基于短路电流计算原理和电流互感器配合作用，使用纯机械的方式来操作继电器切断线路的一种保护模式。最初的相电流保护模式，是将互感器取出的电流，直接流经继电器吸合保持回路上的一个常闭节点，当取得的电流强度足够大，使得这个常闭节点的电磁力可以抵消常闭节点的弹簧压力时，常闭节点可以将主接触器的吸合电流拿掉，从而实现切断线路负荷的目的。我们通过调节常闭节点的弹簧压力可以实现对系统短路电流的整定。

因为这一系统过于灵敏，极端时间的过流故障，都会造成开关的断路动作，所以，人们逐渐对这一系统进行改造，使用了延时继电器等其他部件来延长系统的相应时间，以排除其他原因导致的系统顺势大电流对保护系统的扰动和计划外的触发。

3.3 零序电流保护

因为发生任何一种短路时，都会直接造成系统电流的相位紊乱，所以，只要是发生短路，就会出现零序电流。所以，从理论上，我们判断是否发生了零序电流和是否发生了短路是等效的。所以，在相当的一段时间内，基于零序电流整定的短路继电保护有取代相电流保护的趋势。因为首先零序电流保护的系统更加简单，故障率低，判断准确度高，最关键的是零序电流保护造价低廉，安装和维护都比相电流保护要简单的多。

3.4 智能化保护

上世纪90年代，因为单片机技术和PLC技术的逐渐普及，基于一定的程序化保障的智能综合保护模块开始在开关上应用，不久，该模块就成为一些高级别用电线路上的必装模块。因为采用了综合保护模块的开关，只要探头安装正确，只要将运行参数输入其中，就可以对开关实现漏电、短路、过热、过负荷、缺相、欠压等全方位的综合保护。

进入21世纪以来，随着智能化保护器的发展，我们的开关保护装置进入了物联化时代，开关系统可以在综合远控装置协助下，实现智能判断全网状态而实现对自己的不断电保护。

4 短路电流计算（以110KV为例）

4.1 选择10KV高压部分的补偿器安装位置（见图1）

我们将系统的基准容量定位100MVA，因为在之前的工程实践中个，习惯将基准电压的一般选取标准定位Ub=Uav=1.05Ue。基准电压的选取一般有三档也就是10.5千伏，37千伏，115千伏。基准电流的选择也有三档，5.5千安，1.56千安，0.5千安。

4.2 计算主变压器的电抗

SFSZQ7-40000/110型变压器的技术参数

阻抗电压：

高-中：10.5%；

高-低：17.5%；

中-低：6.5%；

高-中：17%-18%；

高-低：10.5%；

中-低：6.5%；

Ud1% =1/2×（Ud12%+ Ud31%- Ud23%）= 10.75%

Ud2% =1/2×（Ud12%+ Ud23%- Ud31%）= -0.5%≈ 0

Ud3% =1/2×（Ud23%+ Ud31%- Ud12%）= 6.75%

X12* =（ Ud1%/100）×（Sj/SB）= 0.269

X13* =（ Ud2%/100）×（Sj/SB）= 0

X14* =（ Ud3%/100）×（Sj/SB）= 0.169

4.3 系统线路

系统线路的总长度为50KM，设：

SB=100MWA

VB1=110kV

系统电压平均为115kV

则可以得到线路阻抗（X1=0.4 /km）：

X1* =1/2×（X1×SB/VB2）= 0.165

4.4 负荷线路

设35kV一侧的VB2为37kV

X2* = X2×SB/VB22=0.877

同时，在10kV一侧VB3为10.5kV

X3* = X3×SB/VB32=7.256

4.5 三相相短路（见图2）

（1）110kV发生三相短路时，故障等值网络如图3。

如果F1发生短路，

I'F1= SB/（√3VB1）=0.643 kA

短路电流

I"F1=3.636

稳态短路电流的有名值

I〃F1′= I'F1×I"F1

=0.643×3.636

=2.34 kA

冲击电流

I'ch1

=2.55×2.34

=5.96 kA

短路全电流最大有效值

I"ch1

=1.51×2.34

=3.53 kA

短路容量

S1"= I"F1 ×SB

=3.636×100

=363.6MVA

（2）35kV三相短路，图4

当F2短路时，

I'F2 = SB/（√3VB2）

=100/（1.732×37）

=1.56 kA

短路电流

I"F2 =1/（0.11+0.165+0.269+0）

=1/0.505

=1.838

稳态短路电流的有名值

I F2′= I'F2×I"F2"

=1.56×1.838

=2.867 kA

冲击电流

I'ch2 =2.55×2.867

=7.31 kA

短路全电流最大有效值

I"ch2 =1.51×2.867

= 4.329 kA

短路容量

S2"= I"F2×SB

=1.838×100

=183.8 MVA

（3）10kV三相短路，图5

当F3短路时，

I'F3 = SB/（√3VB3）

= 100/（1.732×10.5）

=5.499 kA

短路电流

I"F3"=1/（0.11+0.165+0.269+0.169）=1.403

稳态短路电流的有名值

I F3′= I'F3×I"F3"

= 5.499×1.403

=7.715 kA

冲击电流

I'ch3 =2.55×7.715

= 19.67 kA

短路全电流最大有效值

I"ch3 =1.51×7.715

=11.65 kA

短路容量

S3"= I"F3×SB

=1.403×100

=140.3 MVA

5 结束语

电力系统的短路保护是基本保护之一，虽然现在的智能化系统已经让我们的维护和管理工作变的更加容易，但是，电力系统的设计和安装过程还是离不开基础参数的计算和整定。所以，研究电力系统的计算和整定，对我们的日常维护和系统升级更新工作有着重要的意义。

参考文献

[1]赵桂梅.继电保护整定计算平台的研究与设计[D].北京交通大学硕士论文，2012.

[2]尹海海.电网故障诊断及保护定值优化研究[D]南京理工大学硕士论文，2013.

[3]张丽.浅谈继电保护整定计算[J]科技创新与应用，2013.

作者简介

侯龙龙（1988-），本科，助理工程师，主要从事电力生产。

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【关键词】干式变压器 短路电流 承受能力

发电厂用树脂来浇注干式变压器的方式越来越受到青睐，主要由于它具有防火性能好、短路电流承受能力较强、局部释放的电量较低、在后期的维护中较方便以及其外形较美观等特征。虽然干式变压器在发电厂的应用有所增加，但从整体上来看，还是存在一些问题，笔者致力于对发电厂低压厂用干式变压器的短路电流承受能力进行探讨。

1 发电厂低压厂用电系统的特征

在发电厂电气系统中。低压厂用变压器是其重要的组成部分，它的作用主要是降低发电机产生的电能，以导向发电厂内的照明、其他辅助机械、还有泵的用电，低压厂用变压器对整个发电厂的运行有着极为重要的作用。因此，对于发电厂低压厂用干式变压器采用承受短路能力强的环氧树脂来浇注，可以使发电厂低压厂用变压器的短路电流承受能力逐渐加大。

电力系统中对变压器短路承受能力有着很高的要求，为了使厂用变压器低测压的短路容量控制在一定范围内，对其抗阻要求也会相对应增强；但是电压力的抗阻能力也不能无限制的加大，会造成常用电动机的自行启动，危险性较大。

在电气系统中，还需要考虑到在电气系统中不同位置发生短路对变压器绕组电流的影响，主要分成两种，一种是短路位置发生在变压器高压侧的入口，即短路电流并没有从变压器绕组通过，这时主要影响到高压侧入口的元件以及电气接线；另外一种即短路位置发生在低压侧，通过一次侧系统电压在变压器上的施压，变压器自身抗阻，这种情况极有可能使低压侧负载电动机产生故障，应做发电机状态运行，以向变压器提供反馈电流，这种状态即为变压器在运行过程中最严重的短路情况，需要投入大量的人力、物力和财力对其进行维修，还会对广大人民群众的日常生活造成影响。

2 发电厂低压厂用干式变压器

干式变压器主要分成两种形式：一种是环氧树脂浇注变压器，其具有很好的绝缘性和防潮防尘能力；另一种即为NOMEX绝缘纸，其具有耐热性强、稳定性强的特征。

干式变压器的在电气系统中应有的性能主要有以下几点：

（1）防污防潮能力。环氧树脂浇注干式变压器的过程中，整个线圈导体都被固体绝缘层所包裹，即使在强湿度和各种脏乱差的环境下，干式变压器也不会受其影响，照样正常运行。

（2）环保能力。变压器绝缘材料中，环氧树脂和NOMEX绝缘纸由于其特殊性，都不会对周边环境以及工作人员带来危害，即使在废弃之后进行燃烧也不会产生有害气体。

（3）绝缘能力。由于两种材料的使用，使干式变压器层间没有气泡，规避了局部放电的问题。

（4）抗短路能力。环氧浇注干式变压器使其抗短路能力增强，这是使用这种方式的重要原因。

3 发电厂低压厂用变压器中相关短路电流的概念

3.1 系统短路电流

系统短路电流是将低压厂用变压器一次侧前段转换成相对简单的电源系统之后，在变压器入口发生短路电流时，应如图1中1处的短路电流IS，此电流并没有流经变压器的绕组部分，而根据相关标准，具体给出了在没有规定系统短路视在容量时的推荐值，而系统短路电流则是与其相对应的。

3.2 变压器短路电流

厂用变压器的短路电流于图1中短路点2处的短路电流In，根据GB1094.5-2008进行计算，它规定了电力变压器在短路引起的过电流作用下必须是零损伤的要求。还提出了关于变压器承受短路的动稳定实验电流峰值的计算，并对其稳定我试验电流峰值进行了要求。

3.3 电动机反馈电流的380伏动力中心短路电流

发电厂用干式变压器承载了包括泵、电动机等的运转，当系统发生短路故障时，虽然极端电压成为零，但是电动机仍然在急速运转，成为一个电源点，并向短路点提供短路电流。这种备用电流即为电动机的短路反馈电流。

4 发电厂低压厂用变压器的改进措施

4.1 发电厂低压厂变压器的垫块问题

垫块具有支撑干式变压器中的高压低压绕组和其夹件的作用，它要承受的作用力来自很多个方向：

（1）来自高、低压绕组的轴向力的作用，由于力的作用是相反的，垫块所承受的是剪切力。

（2）受高、低压绕组的旋转力的作用，高低压绕组沿着圆周所产生的旋转力是相反的，垫块所承受的是固定压以及绕组不产生圆周方向旋转时所产生的摩擦力。

（3）受高压绕组的相间力的作用，垫块所承受的是高压绕组不产生相间位置移动的摩擦力。

基于垫块所承受的多种作用力，垫块所使用的材质与其结构形式也变得十分重要。从材质上来看，虽然垫块所用的材料较硬但是也很脆，当多种作用力产生时，很容易破裂。在采用树脂浇注过程中加入大量的玻璃纤维材料就可以更好的强化垫块的韧性，效果会更好。从垫块的结构来看，主要有以下几种结构如图2。

对于这几种结构，在最后的装配过程中一定要保证每个垫块上承受的力都是均衡的，否则，会在后期的使用中留下隐患，有可能造成位置移动甚至是变形。另外在制造过程中，应采用焊定位槽的方式来固定垫块，避免产生无转动位移的情况。

4.2 低压绕组和铁心之间的硬支撑

无论是哪一种高、低压绕组的组合形式，低压绕组和铁心之间都少不了硬支撑的作用。对于支撑条的材质，包括环氧玻璃布半条、硅橡胶棒形撑条，在这个过程中，一定要保证支撑条能够撑紧。反之，则会导致支撑条的位置移动，造成箔式不浇注的干式变压器出现变形。

4.3 低压绝缘子

绝缘子主要承受的是拉力，低压绝缘子是固定低压引出线铜排和中性点引出线铜排的。此处的机械强度是极容易被忽视的。

4.4 绕组端部处理

由于短路时绕组产生辐向、相间、轴向以及旋转力，所以就一定要保证绕组端面与垫块之间的接触面和接触压力。对高压和低压绕组都是通过导线浇注成型的，因此，主要绕组的端面是平整的，垫块与绕组端面就会有良好的接触。

4.5 借助计算机技术，检测变压器的内部故障

借助计算机技术，可对变压器油中的气体成分进行模糊的判断，可模拟出人工间隙式的巡回监测判断，组成可以自动预知监测的专家系统，可检测出变压器的内部故障、以及故障类别。

5 结束语

在发电厂低压厂用电系统的设计中，每一个细节都要十分注重。除了要考虑到发电厂低压厂用干式变压器的短路电流承受能力之外，还要考虑到电动机承载故障时所负担的反馈电流。我们在干式变压器的使用中，必须要注意支撑垫块的结构和材质，对绕组的端部进行处理以加强低压绕组和铁心之间没有空隙，起到极强的支撑作用。在装配上也一定要按照相关标准严格要求，只有这样，才能使发电厂低压厂用干式变压器上升到一个新水平。

参考文献

[1]唐金权，蔡定国，黎剑锋.发电厂低压厂用干式变压器短路电流承受能力要求的确定[J].变压器，2013（08）：21-24.

[2]沈庆贺.高压厂用故障后备保护方案研究[D].华北电力大学，2012.

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[4]梁玉枝，李琳，李江国.发电厂低压厂用变压器主保护配置分析[J].中国电力，2009（05）：82-84.

[5]杨军宝，李祥.发电厂厂用低压断路器选用中的几个重点问题[J].低压电器，2013（23）：65-70.

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作者简介

付强（1979-），男，山东省东营市人。大学本科学历。现为青海华电大通发电有限公司工程师，研究方向为火力发电厂电力系统自动化及电气设备精密检修。

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【关键词】短路电流；电动力；热效应

1 短路电流的电动力效应

1.1 导体间的作用力计算

对于两平行导体，通过电流分别为i1、和i2时，其相互间的作用力可以用比一沙定律计算为：

F=■×10-7（1）

式中：i1、i2――两导体中的电流瞬时值，A；

J――平行导体长度，m；

α――两平行导体中心线距，m。

式（1）在导体的尺寸与线间距离α相比很小，且导体很长时才正确。对于矩形截面的导体（如母线），相互距离较近时，其作用力可仍用上式计算，但需乘以形状系数加以修正。

式中 Ks――导体形状系数，对于矩形导体曲线求得。

形状系数曲线以■为横坐标，线间距离与导体半周长之比。参变量m是宽与高之比。

1.2 电气设备的动稳定电流

对于成套电气设备，因其长度L、导线间的中心距α、形状系数Ks均为定值，故此力只与电流大小有关。因此，成套设备的动稳定性常用设备极限通过电流来表示。

为了便于用户选择，制造厂家通过计算和试验，从承受电动力的角度出发，在产品技术数据中，直接给出了电气设备允许通过的最大峰值电流，这一电流称作电气设备的动稳定电流。有的厂家还给出了这个电流的有效值。

当成套设备的允许极限通过电流峰值（或最大值）ies>ish（三相短路电流冲击值）时，或极限通过电流有效值时Ies>Ish，设备的机械强度就能承受冲击电流的电动力，即电气设备的抗力强度合格。否则不合格，应按动稳定性要求重选。

2 短路电流的热效应

2.1 导体的长时允许温度和短时允许温度

导体通过正常负荷电流时，由于它具有电阻，因此要产生电能损耗。这种电能损耗转换为热能，一方面使导体的温度升高，另一方面向周围介质散热。当导体内产生的热量与导体向周围介质散发的热量相等时，导体就维持在一定的温度。

在线路发生短路时，强大的短路电流将使导体温度迅速升高。由于短路保护装置很快动作，切除短路故障，所以短路电流通过导体的时间不长，通常不会超过2～3s。因此，在短路过程中，可不考虑导体向周围介质的散热，即近似地认为在短路时间内短路电流在导体中产生的热量，全部用来升高导体的温度。

曲线是载流导体从正常工作状态进入短路状态的发热变化过程。在t1之前是正常的负荷电流通过导体时产生的温度，几乎恒定不变（假设恰好为长时允许温度θp）。

在t1时刻发生短路，温度近似直线上升。在t2时刻，断路器将短路故障切除，此时温度不再上升（设为θk）。短路时导体中产生的热量虽然很大，导体温升很高，但其作用时间很短，所以允许超过θp很多。如果作用时间稍长，将会使绝缘烧毁和造成导体氧化。因此，我国《高压配电装置规程》中规定了各种导体的短时允许温度θp.k与长时允许温度θp的差值，即导体的最大短时允许温升τp.k（τp.k=θp.k-θp）。

各种导体的长时允许温度θp、短时允许温度θp.k和最大短时允许温升τp.k。

规定了导体的最大短时允许温升τp.k后，导体或电气设备的短路热稳定条件便可确定为τk≤τp.k（2）

式中：τk――电气设备载流导体短路时的实际温升，℃。

2.2 短路电流的假想作用时间

要计算短路后导体的最高温度θk，必须计算短路过程中短路电流ik在导体中产生的热量θtk。根据焦耳一楞次定律，短路电流在导体中产生的热量可由下式确定：θtk=■i■■R■dt

式中：ik――短路电流，A；

Rav――导体的平均电阻，Ω；

tk――短路电流存在的时间，s。

由于短路电流是一个幅值变动的量，尤其在有限容量电源系统中，短路电流周期分量的幅值也在变化，因此利用上式进行发热计算比较困难，在实际计算中都采用简化的计算方法。这种简化的计算方法是将短路电流产生的热量，假设是由短路电流稳态值I∞。经某一假想时间所产生，又由于短路电流由周期分量和非周期分量组成，在短路过程中总的发热量应 等于这两个短路电流分量发出的热量之和。与这两个分量对应，假想时间也应由周期分量的假想时间和非周期分量的假想时间组成。根据这种假设，短路电流的发热量为则短路电流的假想作用时间为

式中：ti――短路电流的假想作用时间，s；

ti.pe――短路电流周期分量的假想作用时间，s；

ti.op――短路电流非周期分量的假想作用时间，s。

上式说明，短路电流的稳态值I∞。在假想作用时间ti内，在导体中所产生的热量等于短路电流ik，在实际作用时间tk内所产生的热量。短路电流的假想作用时间等于短路电流周期分量的假想作用时间ti.pe与非周期分量的假想作用时间ti，op之和。在无穷大容量电源系统中，周期分量的假想作用时间就等于短路电流的实际作用时间，即ti.pe=tk。

短路电流的实际作用时间tk等于继电保护动作时间tr，与断路器的断路时间tc之和，即：

ts=tr+tc（3）

继电保护的动作时间tr可由保护装置的整定时限确定。断路器的断路时间tc对快速动作的断路器取0.1s，对低速动作的断路器取0.2s。

在有限容量电源系统中，短路电流周期分量的假想时间需查曲线来求取。用时请查有关手册。

非周期分量的假想作用时间ti.op，无论对有限容量电源系统，还是无限大容量电源系统，均可采用有名制法导出，即：

ti.op=0.05β"2（4）

对于无限大容量电源系统，由于I"=I∞，β"=I"/I∞=1，故短路电流非周期分量的假想作用时间ti.oP=0.05s。于是短路电流的假想作用时间ti为

ti=tk+0.05（5）

当短路电流持续时间tk≥1s，时，非周期分量的假想作用时间ti.op可忽略不计，此时认为ti=ti.pe=tk。

2.3 导体的最小热稳定截面

对于母线和电缆等导线，常需要确定其满足短路热稳定条件的最小允许截面积Smin。由于认为短路电流所产生的热量全部用于提高导体的温度，使其产生温升τk，因此可写出导体在短路时的热平衡方程式为：

I■■R■t■=slyc■τ■，

式中：S――导体的截面积，mm2；

L――导体的长度，m；

Y――导体的密度，g/cm3；

Cav――导体的平均比热容，J/（g・℃）。

将导体电阻Rav=■代入上式，并整理得：

I2∞ti=DYCavτks2

当导体截面积S≥Smin时，便可满足导体的热稳定条件。

2.4 成套电气设备的热稳定校验

对于断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器及高压配电箱等高压成套电气设备，导体的材料和截面积已确定，其温升主要取决于通过的电流大小和作用时间的长短。为了便于用户进行热稳定性校验，厂家在这些电气设备的技术参数中给出了与某一时间t（如1s、5s、10s等）相对应的热稳定电流Its，此时可直接通过下式进行热稳定校验：

I2tstts≥I2∞ti

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【关键词】电力系统频率 峰值短路电流 非周期分量 周期分量

1 前言

电力系统频率是指电力系统的运行参数。电力系统的频率取决于负荷的频率特性和发电机的频率特性。中国、东南亚国家和欧洲国家电力系统采用50Hz频率，而美国、日本、加拿大及台湾地区等则采用60Hz频率。随着国内高压开关技术的发展与成熟，各厂家陆续开始生产60Hz电网需求的订单。不同频率的产品需要区别地进行设计和试验考核。由于50Hz和60Hz 下短路峰值电流不同，因此在电动力计算和母线校核时需要区别对待。

2 50Hz、60H峰值短路电动流Ρ

由于交流电随着时间作正弦变化，导体间电动力也相应作脉动变化。但交流电路的短路电流更为复杂，电流中除正弦周期分量外通常还含有非周期分量，非周期分量电流值大小与发生短路时的电压相位角有关。

非周期分量的产生是由于短路回路中存在着电感，根据楞次定律理论，短路瞬间短路电流不能突变而产生。在短路瞬间为了维持电流的连续性，系统在短路回路中产生一个自感电流来阻止电流的突变，这个自感电流就是非周期分量。短路电流的非周期分量是按指数规律衰减，其衰减快慢取决于短路回路的时间常数t，一般在0.2S即衰减到初值的2%。如图1所示。

不含周期分量和含有非周期分量的短路电流表达式分别如下：

i=Im sin（ωt） （1）

（2）

式中：

Icc――额定短路电流的有效值，电力设备通常按照标准将其为12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.kA、40kA、50kA等。

?――短路瞬间电压的相位角。

φ――电流滞后于电压的相位角。

R――线路电阻。

L――线路电感。

R/L――短路电流非周期分量的衰减系数，系统平均值约为22.311S-1。

从含有周期分量的短路电流表达式可以看出，第一项为电流的周期分量，即稳态分量；第二项为电流的非周期分量即瞬态分量。由上式可以看出，当?= φ时非周期分量电流为零，即电流是周期回路；当?-φ=-π/2时周期分量最大，瞬态分量最大，也就是短路电流的最大值。此时交流电短路电流公式为：

（3）

图2中：

is――短路电流。

Ism――含非周期分量短路电流最大值。

Im――周期分量短路电流最大值。

is1――短路电流周期分量。

is2――短路电流非周期分量。

对于50Hz电网，交流电频率f=50Hz，交流电流以20mS为周期变化。对于公式2.29，当ωt=π，即半周期10mS时短路电流达到最大，电动力也达到峰值。同样的对于60Hz电网，交流电频率f=60Hz，交流电以17mS为周期变化。对于上式当ωt=π，即半周期8.3mS时短路电流达到最大，峰值电流结果分别如下。

（4）

（5）

由此可见，60Hz系统的峰值短路电动力大于50Hz。在普通电力系统（R/L=22.311S-1）中，峰值短路电流60Hz约为50Hz的1.04倍，峰值短路电动力60Hz约为50Hz的1.08倍。

正如公式2.20和公式2.21计算所示，与50Hz相比60Hz达到峰值的半波时间从10mS缩短到8.3mS，峰值电流冲击系数，即峰值电流Ism与交流分量有效值Icc的比值，50Hz为2.5，60Hz为2.6。例如，额定断流电流31.5KA在50Hz频率下的考核的峰值短路电流为80KA，而在60Hz频率下考核为82KA，额定短路电流为40KA在50Hz和60Hz条件下分别为100KA和104KA。因此，在开关产品设计时，需要考虑频率对电动力峰值的影响。

3 总结

（1）相同短路条件下，60Hz电力系统电流达到短路峰值更早，60Hz情况下为8.3mS，50Hz情况下为10mS。

（2）因短路周期不同，60Hz电力系统峰值短路电流Ism是额定短路电流的2.6倍，50Hz是额定短路电流的2.5倍。

（3）通过理论计算可得，相同短路条件下60Hz电力系统更为严酷，6Hz峰值短路电动力为50Hz短路电动力的1.1倍。

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关键词：低压断路器；反时限过电流脱扣器；定时限过电流脱扣器；瞬动脱扣器；供配电系统 文献标识码：A

中图分类号：TM561 文章编号：1009-2374（2016）02-0110-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.054

低压断路器具有体积小、机构紧凑、安装方便等特点，被广泛应用于配电线路及电动机保护领域。随着电气技术的不断发展，低压断路器性能也得到日益完善和提高，现已逐步实现智能化、模块化和小型化，与此同时，低压断路器的可靠性和安全性均得到很大提高。但在使用低压断路器的过程中应合理选型，避免因断路器选型不当造成其不能发挥应有的保护作用，使配电系统在运行中存在一定安全隐患，对使用人员的人身安全构成一定威胁。

1 低压断路器简介

1.1 低压断路器分类

低压断路器（以下简称断路器）按使用类别可分为A类（非选择型）和B类（选择型）；按设计型式可分为万能式（或框架式）断路器、塑料外壳式断路器及微型断路器；按用途可分为配电用断路器、电动机保护用断路器和漏电断路器，其他分类不再列举。

1.2 断路器过电流脱扣器

1.2.1 断路器过电流脱扣器主要包括长延时脱扣器（反时限特性）、短延时脱扣器（根据不同的动作电流，呈现反时限和定时限特性）、瞬动脱扣器。

1.2.2 反时限过电流断开脱扣器在基准温度下，在约定不脱扣电流，即电流整定值的1.05倍时，脱扣器的各相极同时通电，断路器从冷态开始，在小于约定时间内不应发生脱扣；在约定时间结束后，立即使电流上升至电流整定值的1.3倍，即达到约定脱扣电流，断路器在小于约定时间内脱扣。

1.2.3 瞬时或定时限过电流脱扣器在达到电流整定值时应瞬时（固有动作时间）或在规定时间内动作。其电流脱扣器整定值有±10%的准确度。

1.3 断路器的选择应符合的要求

断路器的额定电压应与所在回路的标称电压相适应；断路器的额定频率应与所在回路的标称频率相适应；断路器的额定电流不应小于所在回路的负荷计算电流；断路器应满足短路条件下的动、热稳定要求，用于分断短路电流时，应满足在短路条件下分断能力的要求。

1.4 断路器的选择性配合

各级保护电器之间的动作选择性分为以下三种：

1.4.1 完全选择性。故障点的所有故障电流值，从过载到金属性短路故障电流，均由故障点最近的上一级断路器切断。

1.4.2 部分选择性。在全短路故障电流情况下，不能满足完全选择性，但可能在某一较低故障值（选择性极限值）以下具有选择性。

1.4.3 无选择性。当故障发生时，无法实现选择性，可能出现越级跳闸或同时动作。《低压配电设计规范》规定，配电线路采用的上下级保护电器，其动作应具有选择性；各级之间应能协调配合。但对于非重要负荷的保护电器，可采用无选择性跳闸。

2 各种过电流脱扣器的整定计算

断路器的实际动作时间还可以根据厂家提供的时间-电流特性曲线直接查取。确定实际动作时间非常重要，可以实现正常工作时不动作、躲过尖峰电流、完成热稳定校验、满足断路器动作的选择性等用途。

2.1.5 消防配电线路的过负荷保护。根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）规定，消防配电线路应设过负荷及短路保护，其过负荷保护应动作于信号，不动作于脱扣。工程设计中，消防配电线路采用电磁脱扣器（仅有瞬动脱扣器），其过负荷保护功能应借助其他设备实现：（1）采用过载时只报警不脱扣的特殊断路器，在过载时可提供一个无源信号触点，从而驱动报警装置；（2）利用数显表的报警功能，在实际电流超过设定电流时提供报警信号。此时应采用三相表并配合三相CT。如使用单相表，无法检测另外两相的故障；（3）电动机可使用热继电器提供过载保护，通过其过载信号触点驱动报警装置。

2.2 短延时脱扣器的短路保护整定计算

案例分析：某低压配电房发生短路事故，短路点位于分支母线处，即分支回路断路器电源侧。断路器智能控制器保留的技术数据：分断电流18.67kA，动作时间0.5s。断路器出厂数据：型号CW2-2500/3P，In=2500A；额定极限短路分断能力Icu=85kA/AC400V；额定运行短路分断能力Ics=85kA/AC400V；额定短时耐受电流Icw=65kA/AC400V；长延时脱扣器Ir1=1.0In，t1=15s；短延时脱扣器Ir2=8.0In，t2=0.4s，瞬动脱扣器Ir3=12Ir1，接地故障保护位于OFF位置。要求判断该断路器是否在规定时间内切除故障线路。

额定极限短路分断能力Icu>Ik。首先计算动作电流倍数：18.67*1000/2500=7.468倍，未达到预设的短延时脱扣电流倍数（8倍），查产品样本，应根据I2T2=（8Ir1）2t2校验。T2=（8*1*2500）2*0.4/（18.67*1000）2=0.459s。根据厂家样本，动作时间允差为±15%，则断路器允许动作时间为（0.459*1.15）s=0.528s。本案例断路器动作时间0.5s在此时间范围内切除故障线路。

I′stM1――线路中最大一台电动机的全启动电流，A，包括周期分量和非周期分量，其值可取电动机启动电流IstM1的2倍

Ijs（n-1）――除启动电流最大的一台电动机以外的线路计算负载电流，A

如果没有人为的延时环节，瞬动脱扣器一旦启动，必将触发后继动作，分闸在所难免。启动冲击电流在1/4周期（0.005s）即达峰值，瞬动原件是否启动仅取决于电磁力的大小，与后继的断路器机械动作固有时间无关。因此，为防止断路器在电动机启动时误动作，其瞬动脱扣器的动作电流应躲过启动电流峰值或至少高于第一半波有效值。

2.3.3 瞬动脱扣器用于电动机的短路保护。

第一，断路器瞬动脱扣器动作电流与长延时脱扣器动作电流之比（以下简称瞬动电流倍数）宜为14倍左右或10～20倍可调。

第二，仅用于短路保护时，即在另行装设过载保护电器（如热继电器等）的常见情况下，宜采用只带瞬动脱扣器的断路器或把长延时脱扣器作为后备过电流保护。

第三，兼作过载保护时，即在没有其他过载保护电器的情况下，断路器应设瞬动脱扣器和长延时脱扣器，且必须为电动机保护型。

第四，兼作低电压保护时，即不另装接触器或起动器的情况下，断路器应装有低电压脱扣器。

第五，断路器的各种附件应根据电动机的控制要求装设。

第六，瞬动脱扣器的整定电流应为电动机启动电流的2～2.5倍，本文取2.2倍。

第七，长延时脱扣器用作后备保护时，其整定电流应按满足相应的瞬动脱扣整定电流为电动机起动电流2.2倍的条件确定。

第八，长延时脱扣器用作电动机过载保护时，其整定电流应接近但不小于电动机的额定电流，且在7.2倍整定电流下的动作时间应大于电动机的启动时间。同时，相应的瞬动脱扣器应满足第六条的要求，否则应另设过载保护电器，而不得随意加大长延时脱扣器的整定电流。

2.4 断路器接地故障保护的整定计算

《低压配电设计规范》规定，相线对地标称电压为220V的TN系统配电线路的接地故障保护，其切断故障回路的时间应符合下列规定：（1）配电线路或仅供给固定式电气设备用电的末端线路，不宜大于5s；（2）供给手握式电气设备和移动式设备的末端线路或插座回路，不应大于0.4s。

以下介绍TN、TT及IT系统发生接地故障时断路器脱扣器的选择及整定方法。

案例分析：某回路由低配室放射供电，变压器容量1000kVA，Uk=6%，出线开关QF1（Ir1=50A），配线YJV-5x16，线路末端下级断路器采用A类微断QF2（MCB-C32/1P，Ir1=32A，Ir3=10Ir1=320A）。设QF2前端A点发生接地故障，QF2后端B点发生接地故障，试对QF1进行接地故障保护整定计算。

第一种情况：线路长100m，A点发生单相接地故障时，查得Id=0.61kA，则根据式（9），Ir3≤（0.61*1000）Ir1/（1.3*50）=9.38Ir1，取整后Ir3=9，则Ir3=9*50A=450A。

第二种情况：线路长100m，B点发生单相接地故障时，由于A、B点仅相隔QF2，其阻抗可忽略不计，则QF1整定计算同上。

此两种情况下，QF1的Ir3=450A，QF2的Ir3=320A，450/320=1.406倍，可满足选择性要求的1.3或1.4倍。

第三种情况，线路长140m，查得Id=0.44kA，则根据式（9），Ir3≤（0.44*1000）Ir1/（1.3*50）=6.77Ir1，取整后Ir3=6，则Ir3=6*50A=300A。此时若B点发生单相接地故障，上下级断路器已不具选择性。

第四种情况：条件同第三种情况，但QF2所保护的设备为15kW鼠笼式电动机。按电动机保护整定计算，Ir3≥2.2*7*15/0.8/0.38/1.732A=438.72A，QF2选用D型断路器，即Ir1=32A，Ir3=14Ir1=14*32A=448A，而QF1的Ir3=300A。此时电动机启动，必将越级跳闸。

第二，提高TN系统接地故障电流Id的措施：选用D，yn11变压器，其零序阻抗比Y，yn0变压器小很多，Id明显增大；增大电缆截面以降低阻抗，此方案不适用于裸干线及架空线等电抗较大的线路；改变线路结构，如改裸干线及架空线为封闭母线或电缆，以降低阻抗。

当变压器容量较小时，配电线路较长而保护电器的整定电流不能满足灵敏度系数的要求时，可减少配电级数，以减小整定电流。

第三，当采用短路保护兼做接地故障保护，不能满足其灵敏度要求或不能满足选择性要求时，还可采用带接地故障保护的断路器。

零序电流保护：检测零序电流通常在断路器后三个相线上各装设一只电流互感器（也可在中性线上安装一个零序互感器），取3只互感器的矢量和乘以变比，即零序电流：IN=IL1+IL2+IL3。

剩余电流保护：检测剩余电流通常在断路器后三个相线及中性线上各装设一只电流互感器（或采用专用剩余电流互感器），取4只互感器二次侧电流的向量和乘以变比，即剩余电流：IPE=IN+IL1+IL2+IL3。为避免误动作，断路器采用剩余电流保护时，其接地故障电流整定值应躲过正常运行时线路和设备的泄露电流，通常取泄露电流总和的2.5～4倍。剩余电流保护整定值可在满足Id≥1.3Ir4的前提下尽可能选大一些，甚至可选断路器允许的IΔn最大值。剩余电流保护适用于TN-S系统，但不适用于TN-C系统。

2.4.2 TT系统。TT接地系统常用于工业与民用建筑的照明、动力混合供电的三相四线配电系统，三相不平衡电流较大。发生单相接地时，Id回路阻抗包括相线阻抗、PE线阻抗、负载侧接地电阻、电源侧接地电阻、接触阻抗等。由于负载侧接地电阻和电源侧接地电阻值一般均比较大，TT系统的故障环路阻抗大，产生的单相接地故障电流远小于不平衡电流，所以TT系统不能采用短路保护兼做接地故障保护，也不能采用零序电流保护。TT系统采用剩余电流保护的整定计算同TN系统。

2.4.3 IT系统。三种系统中，IT系统接地故障电流最小，用于对供电可靠性要求较高、对单相接地不需要立即切断的供电回路。发生接地故障时，需发出绝缘破坏信号。目前最典型的IT系统就是10kV配电系统，采用中性点不接地或经高电阻接地的运行方式（小电流接地系统）。该系统最大的优点是发生单相接地故障时，不破坏系统电压的对称性，且故障电流值较小，不影响对用户的连续供电。电力系统供电规程规定，发生接地故障时，可带故障运行1～2小时。

3 结语

在使用断路器作为保护电器时，只有正确分析负载性质、结合断路器保护特性选择断路器，才能有效切除事故回路，保证供配电系统的可靠运行。除了技术上的必要性和可靠性，还要兼顾经济上的可行性和实用性，才能使断路器的选择满足合理性要求。

参考文献

[1] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2007.

篇9

关键词：城市轨道交通；直流牵引式；短路

中图分类号： C913.32文献标识码： A

引言

做好城市轨道交通直流牵引供电网，不仅仅可实现车辆的跨线运行、将备用车数量不断减少，也可以减少车辆以及牵引供电系统设备的备品备件品种以及数量、可以方便备品备件的统一调配，此外，还可以便于车辆以及牵引供电系统检修设施、人力资源的综合利用以及管理。

一、轨道交通供电系统结构 

1-城市电网 2—主变电站 3—直流牵引变电所 4—馈电线5—接触网 6—走行轨道

7—回流线

图1 地铁供电系统

如图1地铁供电系统所示，地铁供电系统负责为车辆及供电设备提供动力能源，一般包括高压供电系统(外部电源，即城市电网提供的交流电源点如110 kV：35 kV或10 kV等)和地铁内部供电系统2大部分。地铁内部供电系统由牵引供电系统和动力照明供电系统组成 。牵引供电系统中的牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆运用的低压直流电，馈电系统再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过受流器与接触网接触而获得电能。。

2、直流短路故障分析的工程意义

直流牵引网线路保护是保障牵引系统安全运行的一个重要环节。与交流系统相比，直流牵引系统在结构、运行方式以及故障特征方面存在着较大的差异，使得直流牵引系统线路保护的实现也有其独特之处，需要具体问题具体分析。在地铁供电系统中，短路故障分析极其重要，通过它可以正确地进行设备选择，整定直流开关及保护装置，验证直流牵引供电系统运行的可靠性并校核测试段牵引直流回路的完整性。高速直流断路器作为大电流故障的主保护装置，隔断线路正负极间金属性或近端经小过渡电阻的大电流。

根据直流牵引系统的故障特点，当直流侧近端发生正负极直接金属性短路时，电流上升率很大，故障电流甚至可高达到数万安培，此时直流断路器本体大电流脱扣须可靠、迅速地动作以切断故障电流。对于高速直流断路器本体大电流脱扣的整定，当采用双端供电方式时，其整定保护范围应该大于线路的一半，避开机车正常运行时可能产生的最大负荷电流峰值，并考虑一定的可靠性系数。从未来发展来看，为了减少地铁牵引供电系统内部故障，需要构建先进的城市轨道交通电力综合自动化。3、保护配置原则

轨道交通直流牵引供电系统每个供电分区可以是单边供电、双边供电或大双边供电。当发生接触网故障时，不只是靠近短路点的2座牵引变电所向短路点供电，而是全线的牵引变电所都向短路点供电。因此直流牵引供电系统的保护计算不能简单套用一般的交流系统保护计算方法，应根据直流牵引供电的特点整定计算。

直流系统的多数保护都是为了切除正极对负极短路故障,一般为大电流脱扣、DDL-Delta-I保护,框架保护则是为了切除正极对地短路故障。

2.1、大电流脱扣保护

用以快速切除金属性近端短路故障,通过断路器内设置的脱扣器实现。一旦检测到瞬时短路电流超过保护定值,磁场产生的作用力将使断路器动、静触头迅速脱扣,使断路器跳闸,起到保护作用,其固有动作时间仅几毫秒,往往先于电流上升率及电流增量保护动作。

2.2、di/dt和ΔI保护

两种保护相互配合使用,简称DDL-Delta-I,应用于中、远端短路故障保护,既能切除近端短路电流,也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障,谁较早激活就由谁先出口跳闸。

2.3、框架保护

直流设备外壳即为框架,框架泄露保护由电流元件和电压元件组成。当任意一个直流设备内发生正极对外壳短路时,接地电流通过框架电流元件流入综合接地网,再通过钢轨与地之间的绝缘泄漏电阻回到钢轨(负极)。当接地电流超过整定值(80 A)时,框架泄漏保护的电流元件迅速动作。电压元件检测设备外壳与直流设备负极之间的电位差,等价于钢轨和地之间的电压,与轨电位限制装置配合使用。

电压型框架保护定值和时间要与轨道电位限制装置相互配合，电压型框架保护的电压定值和时间上迟后于轨道电位限制装置。电流型框架保护定值和时间要求，属于小电流接地故障，其电压和电流检测对故障点的定位都比较困难，选择性较差，电流元件动作说明有主绝缘击穿。一旦保护出口，整流机组高压侧断路器及所有直流断路器跳闸，并跳同一供电区的相邻牵引变电所直流断路器，同时闭锁本所、相邻牵引变电所直流断路器。电流元件由于灵敏度过高，可调整定值，定值为35～85 A，苏州轨道交通一号线框架保护定值为80 A，动作时限为0 s。电压型框架保护装置与轨道电位限制装置定值和时间配合的参数可供类似的工程借鉴

4、直流系统短路故障原因

牵引电流经直流馈线开关、馈线电缆、上网隔离开关输送到接触网上,再经列车、钢轨、回流线回到负极,形成一个有效的闭合回路。造成直流牵引供电系统短路故障的原因总体来说归纳为以下两大类。

4.1、 正极对负极短路故障

多数是由于架空接触网对钢轨短路所引起的,如接触网断线掉落到钢轨上、机车顶部对接触网放电、错误挂接地线等,造成直流正极对负极瞬时短路,短路电流可达几万安,导致直流开关大电流脱口保护瞬间动作,DDL-Delta-I相继启动。

4.2、正极对大地短路故障

设备本体:老鼠、蜈蚣等小动物爬入带电回路；小金属线头、未使用的螺丝、垫圈等零件,掉落在带电回路上,造成直流正极与框架短路,引起框架保护动作。线路:可能是接触网、馈线或变电所馈线电缆接地；绝缘子击穿、折断；隔离开关处于接地状态、引线脱落；接触网对架空地线放电；机车主回路接地等。正极接地故障多为持续性短路故障,如不及时清除,容易将故障扩大为直流正极通过综合接地装置、钢轨与地之间的泄露电阻到负极的短路事故,对多处直流设备将造成严重烧损,会产生较大的破坏性以及危害。

5、直流系统短路故障排查方法

为尽快恢复供电,同时避免断路器合到在故障线路上,直流开关保护模块具有通过线路测试,判别故障性质的自动重合闸功能。重合闸成功与否和保护动作情况可作为判别短路故障原因的重要依据。

5.1、重合闸原理

线路测试功能通过测量直流母线电压和馈线电压可以判断出主回路是否正常工作,这样一来,线路测试回路电阻Rx将决定断路器是否被允许合闸。根据计算结果可知：

Rx>2 .5Ω ,瞬时性故障 ,重合闸成功。

R x

5.2、重合闸成功

一般是由列车故障等外部原因或接触网短时闪络造成金属性短路所致,多为瞬时性短路故障,且保护类型多为大电流脱扣、DDL-Delta-I。此时供电设备均能够正常运行,应注意观察设备运行状况并对直流开关动作过程进行录波；组织该趟列车下线运营,安排接触网人员对故障区段正线进行登乘巡视,待运营结束后组织相关专业对直流开关本体、接触网、列车做详尽的检查和分析。

5.3、重合闸不能成功

此时故障应为持续性故障。若框架保护动作,应尝试对故障信号进行复归。若复归成功,经电调允许后进行试送电,按照电调要求作进一步处理；若不能复归,则解除故障所对相邻牵引变电所的闭锁条件,退出本所的整流机组,通过越区开关进行大双边供电。若大电流脱扣保护动作,故障点有可能在馈线至上网电缆处,现场人员应听从电调安排进行设备检查。

6、结语

直流牵引供电网的关系比较复杂,其短路故障的原因比较多,不容易找到,应该根据故障的现象、保护动作情况、重合闸情况等等情况进行综合的分析，保证城市交通的顺畅，方便人们的生活。

参考文献：

[1]王乃永,艾兵,李静,曹晖,吴广宁. 城市轨道交通直流牵引供电网短路故障分析[J]. 大功率变流技术,2010,03:24-27+32.

篇10

[关键词]110kV ；变电站电气；短路电流

中图分类号：TM4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0075-01

引言

电力工程设计是电力基本建设的重要环节，工程能否如期建成投运，保证质量，节约投资，取得更好的经济效益，设计是关键。而变电站是整个电力系统中最为重要的组成部分之一，也是电网的主要监控点，其运行质量的优劣，直接关系到供电质量。变电站是由诸多一次设备组成，在对其进行设计时，必须合理选择好一次设备，这是确保变电站安全、稳定、可靠运行的关键。

1.110kV变电站变压器的选择

1.1 变压器是110kV变电站中较为重要的电气设备之一，它的选择对于变电站的安全、可靠、稳定、经济运行有着至关重要的作用。当变电站负荷满足以下条件中的任何一条时，均必须安装至少两台以上的变压器。

①存在大量的一级负荷，或者虽属于二级负荷但从安全角度考虑时。

②季节性负荷变化较大的地区。

③几种特定负荷较大的情况下，如动力电与站名共用变压器、电源系统不接地、电气装置外露等等。

1.2 变电站中一般都配有两台或两台以上的主变，当某一台变压器出现故障时，可以将其上的负荷转移到另一台变压器上，以确保电力系统能够正常供电。对110kV变电站而言，安装几台变压器更合理，要按照该区域的具体供电条件、负荷性质、运行方式等等进行确定。具体来说，主要是以下几个方面

①确定主变容量。在总负荷一定时，当停止其中某一台变压器，要求供电能力保持不变。

②变压器自身的容量上限。

③变压器的实际占地面积。由于110kV变电站多位于市区，节约变压器的占地面积显得尤为重要。而安装三台变压器显然要比两台占地面积大。

④设备投资。当采用高压有断路的接线方式时，通常都会使用SF6断路器，而采用T接线方式或是线路变压器组接线方式时，则需要建设出线间隔，这样一来投资势必会有所增大。

⑤短路电流水平。当变压器单台容量提高以后，势必会使低压侧的短路容量有所增大，这样一来就会给10kV配电设备的选型带来一定的困难。为此，当变压器容量较大致使10kV配电无法选用轻型设备时，应采取限制短路电流的措施。

⑥变压器成本。

选用两台变压器与三台变压器所需的总容量要相对较多，但总体投资却所差无几。若是以两台主变和三台主变两种方案为例，两台变压器的方案要比三台占地面积小很多，并且投资成本和运行维护费用也都低得多，同时容载比较大、电网适应能力强，优越性非常明显。但需要注意的是，随着城市的不断发展，用电密度势必会有所增加，加之为了进一步提高变电站运行的安全性和灵活性，110kV变电站的电气设计上，应当采用三台主变，这是变电站一次电气设备设计的必然趋势。

2.主接线方式的选择

在实际设计中经常会采用较为复杂的主接线，这种接线方式有许多不足，如接线方式较为复杂、运行操作过于频繁、检修维护量大、投资成本大、占地面积多等等。为了解决以上各种问题，在变电站电气设计中，应当按照实际负荷性质、电气设备特点、变压器负载率以及上级电网强度等等因素确定主接线方式。

本文以某城区110KV总降压变电站为设计目标，该变电站为110KV/10KV降压变电站，110kv有两回线路，10kv有十回线路110KV电源进线，采用外桥式接线的设计方案，主变压器2台。采用西安高压开关厂生产的户内布置的全封闭式GIS高压组合电器设备，由断路器、隔离开关、接地开关和故障接地开关进行控制保护。并引用北京四方立德公司的LDS311主变压器差动、本体保护测控装置；LDS321A、LDS321B主变压器后备高低压侧保护装置。其电气主接线图如下图。

10KV侧电气主接线设计：10kv侧出线有十回，故考虑单母接线和单母分段，优缺点比较如下：

单母接线， 不够灵活可靠，母线或隔离开关故障或检修时均使整个配电装置停电 接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置；单母分段接线， 用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源；当一段母线故障时分段断路器能将故障切除保证正常段的不间断供电和不致使用户停电 简单经济方便实用，克服了单母接线的缺点。

10kv侧出线有十回，按照规程规定：单母分段既具有单母接线简单经济方便的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，对重要用户从不同段引出两个回路，使重要用户有两个电源，提高了供电可靠性。现在220kv及以下变电所供应当地的6-10kv配电装置，由于采用了制造厂制造的成套开关柜，地区电网成环网运行检修水平的迅速提高，采用单母分段一般能满足要求。

3.短路电流的计算

为了选择断路器等电器设备或对这些设备提出技术要求；评价并确定网络方案；研究限制短路电流的措施；为继电保护整定和调试提供数据；分析计算送电线路对通讯设施的影响。在电力系统设计中，短路电流的计算应按照远景规划水平考虑，远景规划水平一般按建成后5-10年。计算内容为系统在最大运行方式时各枢纽点的三相短路电流。工程设计中，短路电流计算均采用实用计算法。所谓实用计算法是指在一定的假设条件下计算出短路电流的各个分量，而不是用微分方程求解短路电流的完整表达式。

4.结语

城市变电站是城市电力系统的重要组成部分，因而，为了不断提高城市电力系统的运行稳定性和提高其供电质量，从而使变电站的建设带来更大的投资收益和社会收益，要随着电力系统的发展不断优化变电站电气一次设计，这就要求我们从优化设计思路、积极采用新型设备、优化电气布置等方面共同努力。

参考文献

[1] 潘建勋、丘丰隆.城市变电站一次设计分析.[J].北京电力高等专科学校学报.2011（1）：12.