短路电流计算概述

短路电流计算

一、短路电流计算概述

1、电力系统或电气设备的短路故障原因

1）自然方面的原因。雷击、雾闪、暴风雪、动物活动、大气污染、其他外力破坏等，造成单相接地短路或相间短路。

2）人为原因。误操作、运行方式不当、运行维护不良或安装调试错误，导致电气设备过负荷、过电压、设备损坏等造成单相接地短路或相间短路。

3）设备本身原因。设备制造质量、设备本身缺陷、绝缘老化等原因造成单相接地或相间短路故障、 2、短路种类 1）单相接地短路

约占全部短路的75%以上，对大电流接地系统，继电保护应尽快切断单相接地短路。对中性点经小电阻或中阻接地系统，继电保护应瞬时或延时切断单相接地短路。对不接地系统，当单相接地电流超过允许值时，继电保护应有选择性地切断单相接地短路。对中性点经消弧线圈接地或不接地系统，单相接地电流不超过允许值时，允许短时间单相接地运行，但要求尽快消除单相接地短路点。 2）两相接地短路

一般不超过全部短路的10%。大电流接地系统中，两相接地短路大部分发生于同一地点，少数在不同地点发生两相接地短路。中性点非直接接地的系统中，常见是先发生一点接地，而后其他两相对地电压

升高，在绝缘薄弱处将绝缘击穿后造成第二点接地，此两点多数不在同一点，继电保护应尽快切断两相接地短路。 3）两相及三相短路

不超过全部短路的10%，这种短路更为严重，继电保护应迅速切断两相及三相短路。 4）断相或断相接地

线路断相一般伴随断相接地，两相运行一般不允许长期存在，应由继电保护自动或运行人员手动断开健全相 5）绕组匝间短路

多发生在发电机、变压器、电动机等电机电器的绕组中，占短路的概率很少，但对某一电机来说该概率不一定很少，如变压器绕组匝间短路占变压器全部短路的比例相当大，这种短路严重损坏设备，要求保护迅速切除这种短路。 3、短路电流计算的重要性

短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动

机过热受损等。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。 4、短路电流的限制措施

为保证系统安全可靠地运行，减轻短路造成的影响，除在运行维护中应努力设法消除可能引起短路的一切原因外，还应尽快地切除短路故障部分，使系统电压在较短的时间内恢复到正常值。为此，可采用快速动作的继电保护和断路器，以及发电机装设自动调节励磁装置等。此外，还应考虑采用限制短路电流的措施，如合理选择电气主接线的形式或运行方式，以增大系统阻抗，减少短路电流值；加装限电流电抗器；采用分裂低压绕阻变压器等。主要措施如下： 一是做好短路电流的计算，正确选择及校验电气设备，电气设备的额定电压要和线路的额定电压相符。

二是正确选择继电保护的整定值和熔体的额定电流，采用速断保护装置，以便发生短路时，能快速切断短路电流，减少短路电流持续时间，减少短路所造成的损失。

三是在变电站安装避雷针，在变压器附近和线路上安装避雷器，减少雷击损害。

四是保证架空线路施工质量，加强线路维护，始终保持线路弧垂一致并符合规定。

五是带电安装和检修电气设备，注意力要集中，防止误接线，误操作，在带电部位距离较近的部位工作，要采取防止短路的措施。 六是加强管理，防止小动物进入配电室，爬上电气设备。 七是及时清除导电粉尘，防止导电粉尘进入电气设备。

八是在电缆埋设处设置标记，有人在附近挖掘施工，要派专人看护，并向施工人员说明电缆敷设位置，以防电缆被破坏引发短路。 九是电力系统的运行、维护人员应认真学习规程，严格遵守规章制度，正确操作电气设备，禁止带负荷拉刀闸、带电合接地刀闸。线路施工，维护人员工作完毕，应立即拆除接地线。要经常对线路、设备进行巡视检查，及时发现缺陷，迅速进行检修。 二、对称短路电流计算 1、阻抗归算

为方便和简化计算，通常将发电机、变压器、电抗器、线路等元件的阻抗归算至同一基准容量和基准电压时的基准标么阻抗。 标么阻抗的归算

1）发电机等旋转电机阻抗的的归算

发电机等旋转电机一般给出的是额定条件下阻抗相对值，其标么阻抗计算为

*XG XGSBS SGN2）变压器阻抗归算 XT*

Uk%SBS 100STN

3）电抗器阻抗归算

* XLSXL%ULNIbsXL%ULNBS 2100UbsILN1003ILNUBS XL%——电抗器在额定条件下电抗的百分值 4）线路阻抗归算

SBSSBSZZL2ZL2UBSUav*LSBSSBSRRL2RL2UBSUav*L

SBSSBSXXL2XL2UBSUav*L***ZLRLjXL

ZLRLjXL2、短路电流计算举例 2.1整定计算参数 1）系统阻抗

根据调度部门下发等值阻抗文件 最大方式系统阻抗标幺值Xsmax：0.0200 最小方式系统阻抗标幺值Xsmin：0.0285 系统基准容量100MW，基准电压220kV

2）主变参数

型号：SFZ10-100000/220 额定容量：100000kVA

额定电压：(230错误!未找到引用源。8错误!未找到引用源。

1.25%)/35kV

连接组别：YND11 短路阻抗：14.15%

3） 35kV系统参数 （1）35kV SVG连接变

型号：S11-6000kVA/35

额定电压：(35错误!未找到引用源。2错误!未找到引用源。

2.5%)/10kV

连接组别：Yyn0 短路阻抗：11.66%

（2）35kV 风机箱变

容量：1800kVA

额定电压：(35错误!未找到引用源。2错误!未找到引用源。2.5%)

/ 0.69kV

连接组别：DYN11 短路阻抗：6.11%

（3）35kV线路参数

由于线路参数未能实际测量，按《电力设计手册》计算。 线路1: 其中LGJ-150/25导线长度为5.584km，LGJ-70/10导线长度为4.506km。

线路2：其中LGJ-150/25导线长度为10.15km，LGJ-70/10导线长

度为0.456km。

线路3：其中LGJ-150/25导线长度为8.28km，LGJ-70/10导线长

度为5.786km。

（4）接地变参数 额定容量：630KVA 额定电压：37kV 阻抗电压：5.99％ 连接组别：ZNyn11 零序阻抗：74.9／相

接地电阻：99.75ohm

（5）所用变参数 额定容量：630KVA 额定电压：37kV 阻抗电压：5.99％

2.2参数归算

1）主变阻抗归算

2）连接变阻抗归算

3）风机箱变阻抗归算

4）接地变阻抗归算

5）所用变阻抗归算

2.3短路电流计算

以下计算按短路点三相短路计算： 2.3.1最大方式短路电流计算 （1）220kV母线短路d1

d1Xsmax220kV d1点短路电流标幺值为

（2）35kV母线短路d2

XsmaxXztd235kV d2点短路电流标幺值为

（3）35kV连接变低压侧短路d3

XsmaxXzt35kVXljtd3 d3点短路电流标幺值为

（4）馈线末端短路d4

XsmaxXzt35kVXL1/2/3d4 d4点短路电流标幺值为 线路1

线路2

线路3

（5）0.69kV风机箱变低压侧短路d5

XsmaxXzt35kVXLXfjtd5 d5点短路电流标幺值为（按线路短路电流最大线路1考虑）

（6）35kV接地变低压侧短路d6

XsmaxXzt35kVXjdtd6 d6点短路电流标幺值为

（7）35kV所用变低压侧短路d7

XsmaxXzt35kVXsytd7 d7点短路电流标幺值为

2.3.2最小方式短路电流计算 （1）220kV母线短路d1

d1Xsmax220kV d1点短路电流标幺值为

（2）35kV母线短路d2

XsminXztd235kV d2点短路电流标幺值为

（3）35kV SVG连接变低压侧短路d3

XsminXzt35kVXljtd3 d3点短路电流标幺值为

（4）馈线末端短路d4

XsminXzt35kVXL1/2/3d4 d4点短路电流标幺值为 线路1

线路2

线路3

（5）0.69kV风机箱变低压侧短路d5

XsminXzt35kVXLXfjtd5 d5点短路电流标幺值为（按线路短路电流最小线路1考虑）

（6）35kV接地变低压侧短路d6

XsminXzt35kVXjdtd6 d6点短路电流标幺值为

（7）35kV所用变低压侧短路d7

XsminXzt35kVXsytd7 d7点短路电流标幺值为

2.4短路电流计算结果

2.4.1各个电压等级下基准电流：

2.4.2三相短路电流计算结果

最大方式 短路点 位置 短路电流 标幺值 50 5.88 0.48 2.22 2.17 1.75 0.26 0.11 0.11 短路电流 (kA) 13.1 9.70 2.77 3.66 3.58 2.89 21.76 15.88 15.88 最小方式 短路电流 标幺值 35 5.6 0.47 2.18 2.13 1.73 0.25 0.11 0.11 短路电流 (kA) 9.17 9.24 2.71 3.60 3.51 2.85 20.92 15.88 15.88 d1 d2 d3 220kV母线 35kV母线 10kV连接变低压侧 馈线末端 风机箱式变低压侧 接地变低压侧 所用变低压侧 d4 d5 d6 d7

2.4.3两相短路电流计算结果

两相短路电流按三相短路电流的0.866倍计算。

短路点 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7

位置 220kV母线 35kV母线 10kV连接变低压侧 馈线末端 风机箱式变低压侧 接地变低压侧 所用变低压侧 最大方式 短路电流 短路电流 标幺值 (kA) 43.30 11.34 5.09 8.40 0.42 2.40 1.92 3.17 1.88 3.10 1.52 2.50 0.23 18.84 0.10 13.75 0.10 13.75 最小方式 短路电流 短路电流 标幺值 (kA) 30.31 7.94 4.85 8.00 0.41 2.35 1.89 3.12 1.84 3.04 1.50 2.47 0.22 18.12 0.10 13.75 0.10 13.75 2.4.4 35kV单相接地短路电流

35kV系统发生单相接地时，接地电流为3I0f。

风电场几个相关问题

一、风电场汇集线系统接地方式 1、风电场汇集线系统接地方式要求

为实现汇集线系统发生单相接地故障时可靠快速跳闸，目前汇集线系统为不接地或经消弧柜接地的风电场，应按采用经电阻接地方式进行整改，不采用经消弧线圈接地方式。接地变和接地电阻的选择除满足一次系统设计要求外，还应保证单相接地故障时零序电流（3I0）不小于200A。

2、各种接地方式比较 汇集线系统中性点接地方式 当单相接地电容电流较单相接地时不能实现快小（35kV系统一般不大速跳闸，非故障相电压升不接地 于10A），接地故障时能高，薄弱环节（如电缆接自行灭弧，不存在系统头）可能故障从而发展为过电压问题。 短路故障。 功能及优点 存在问题 具有消弧、消谐和过电不能实现单相接地时快经消弧柜接地 压保护功能；投资较小。 速跳闸；存在非故障相电压升高问题；消弧柜为新生事物，可靠性差。 经消弧线圈

具有消弧、消谐和过电选线跳闸动作时间较长，

汇集线系统中性点接地方式 接地并配合接地选线跳闸 压保护功能；单相接地可靠性较差；不适合电容不跳闸时的传统方式。 电流较小的系统；设备选型困难。 具有消弧、消谐和过电需要进行接地变和接地压保护功能；投资较消电阻等一次设备投资；可经小电阻接地 弧线圈接地方式要小；能需要进行保护装置的可实现单相接地快速切程序升级。 除故障（有条件可整定为0秒） 3、结论说明

（1）风电场集电线路系统与城市配电网的主要区别：城市配网为用电负荷，应重点确保供电可靠性，风场集电线路为风机负荷，由于风机存在低电压穿越问题，应重点确保系统单相接地时可靠快速切除，避免事故扩大和发展。

（2）按零序电流不低于200A选择接地电阻主要从保护灵敏度角度考虑，在实际的设计选型中，还要兼顾一次系统设计原则，即根据系统电容电流水平合理配置接地变容量和电阻，200A只作为下限值。

二、风电场继电保护配置

功能及优点 存在问题

1、为实现汇集线系统母线相间故障有选择快速跳闸，汇集线系统母线应配置母差保护。

母差保护只作为母线相间故障的主保护，母线单相接地时由接地变零序保护经短延时切除。

2、风电场集电线路、电容器、电抗器、站用变保护除配置反应相间故障的保护外，还应同时配置反应单相接地故障的零序电流保护。

当零序电流为200A时，单相接地故障相电流为200A，按单条35kV集电线路运行带11台风机，单台容量为1500kW时，额定电流约为290A，显然相电流保护不能作为单相接地保护，汇集线单相接地时需由零序电流保护实现。

3、接地变压器除电源侧装设三相式电流速断保护、过电流保护作为接地变压器内部相间故障的主保护和后备保护外，接地变压器中性点上还应装设零序电流1段、零序电流2段保护，作为母线及变压器单相接地故障的主保护和各元件接地故障的总后备保护。

接地变的作用及单相接地电流分布特点：接地变一般采用Z型接线，目前风电场主变均为Y－△接线，接地变作用主要是人为制造中性点，用来接入消弧线圈或中性点电阻。在电磁特性上接地变对正、负序电流呈高阻抗，而对零序电流呈低阻抗。下图为A相接地时故障相电流分布示意图。

220/35kV IA0 IA1+IA2 IA 3I0

4、风电场应按反措要点要求在升压站配置故障录波器，并按要求接入相应的电气量，具体包括：各条送出线路的三相电流；升压站高、低压各段母线的三相及零序电压、频率；各条汇集线升压站侧的三相电流；升压站内的保护及开关的动作信息；升压站无功补偿设备的保护及开关动作信息和三相电流。 三、风电场有关继电保护整定原则

风电机组低电压适应原则要求当风电场并网点电压跌至0.2倍额定电压时，风电机组应能不脱网运行625ms。为防止系统短路时，由于低电压穿越问题造成风机大范围脱网，对风电场汇集线系统定值应首先按保证速动性，并尽量兼顾选择性的原则进行整定。

1、集电线路整定

（1）存在的问题

①快速段定值按躲线路末端整定，对全线无灵敏度。 ②灵敏段时间和箱变后备保护配合，整定时间为0.6秒至1秒，时间整定过长。

（2）整定原则

①距离、电流保护速动段定值按汇集线全线有灵敏度整定。 ②躲过箱变低压侧故障。 ③电流速断保护躲箱变励磁涌流。

④零序电流按保证汇集线单相接地有灵敏度并躲过箱变励磁涌流整定。

⑤速动段动作时间整定为0秒，经校验躲不过励磁涌流时，适当增加短延时。

2、主变压器的整定 （1）存在的问题

①主变压器低压侧配置电气量后备保护的，未整定定值，未投入运行。

②过流保护整定时间过长，部分为1.5秒以上。 （2）整定原则

①风电场主变低压侧配置过流保护的，过流保护作为低压侧母线和汇集线的后备保护，按躲最大负荷整定，整定第一时限跳本侧，第二时限跳主变各侧。

②风电场主变高压侧过流保护作为主变本体后备保护，按躲最大负荷整定，动作跳主变各侧。

③低压侧过流保护第一时限一般整定为0.3～0.6秒，过流保

护最长动作时间不大于1.5秒。 3、接地变的整定

为防止接地变跳开后，中性点失去接地电阻，接地变过流保护动作时间应不小于主变过流保护动作时间，具体原则如下：

①当接地变接于低压侧母线时，相电流速断和过流保护动作后应联跳主变压器的同侧开关，过电流保护的动作时间宜与主变压器后备保护跳低压侧断路器时间一致。

②当接地变接于供电变压器低压侧时，相电流速断和过流保护动作后应联跳供电变压器各侧开关，过流保护动作时间宜大于主变压器后备保护跳各侧断路器的时间。

③接地变零序电流保护动作跳闸方式：当接地变接于变电所相应母线上时，接地变零序保护动作应跳分段开关和升压变同侧开关。

4、电抗器、电容器的整定

风电场并联补偿电抗器、电容器电流速断保护定值应对电抗器和电容器端部引线故障时有灵敏度，并联补偿电抗器、电容器过电流保护时间一般整定为0.3～0.6秒。