短路电流计算在当前电力设计中采用的主要方法

迟 瑶

（哈尔滨市阿城电业局，黑龙江 哈尔滨 150300）

电力设计是对电力网络以及所使用的相关设备予以安排的重要工作，而计算短路电流是这一环节中必不可少的内容，是电力设计整体中最为重要的是的计算。在传统的设计工作中，对于短路电流的计算大多以手工方式进行，首先对电力网络进行简化，通过手工计算的方式，将电源点上对短路点进行转移所需要的阻抗计算出来，从而继续求出计算所需要的电抗XJS，再通过对运算曲线的查找，最终求出所选要找的周期分量。采用手工计算的方式不但计算过程十分复杂，并且工作量巨大，很容易由于计算人员的失误造成结果的偏差。但是计算机本身就是先进的逻辑计算工具，具有超强的计算能力，能够完成复杂的运算，所以在短路电流的计算上，人们开始研究，如何通过计算机计算来代替人工的方式。当前针对此类问题有过相关的研究报道，采用运算曲线查找的方式即简单插值法。但是这里提出的方式却能够大大的缩短计算周期，主要依照了同步电机过渡理论和电力网所具有的特点，采用三次样条函数插值法进行运算，因而预先需要进行储存的数据不多，但是在数据插值上却能够实现最平滑的结果，使得计算结果更加准确。

1 短路电流周期分量的计算

根据电力设计中对电力网络的假设，首先去掉电力系统中的负荷、线路电容等，同时忽略系统各元件的电阻。对于同类型的发电机，当它们对短路点的电气距离比较接近时，则假定它们的次暂态电动势的大小和变化规律相同。

假设有一个电力网络需要进行计算，该网络中发电机电动势可以用E1，E2，…，EG表示。而发电机节点向电力网络中注入的电流为I1，I2，…，IG。将该电力网络的短路点设为K点，VK为该电力网络的短路电压，当短路时短路电压为零，而用I’K表示该电路的短路电流，为了方便推导计算，将该网络电流的正方向规定为流入方向。另外在该网络中有浮动节点M个，其相应的节点电压为V1，V2，…，VM。然后采用导纳矩阵的形式将上述网络中各个节点的电动势、电压以及电流和网络参数进行表示、计算。然后通过一系列的计算求出计算用电抗XJS、发电机等效电动势以及短路时各节点的电压和之路电流。

2 三次样条函数插值概述

若发电机支路只有一个，那么对电源对短路点出的电抗继续拧计算得出XJS，那么对t秒内短路电流的分量值进行计算，可以得出Izt，其中计算需要查找相应的运算曲线。这是由于Izt=f（XJS，t）这里的自变量是XJS，t，并且该函数为二元函数，为了保证能够利用计算机对该组曲线进行自动查找，就需要将该组曲线预先保存到计算机中。但是，实际上预存的知识发电机运算曲线中具有代表性的有线的数字。在整个程序中，当t=11时，可以得出：

但是当XJS取37个值时，则可以得出:X1=0.12，X2=0.14，…，X36=3.0，X37=3.45。 那 么 在Izt=f（XJS，t） 中 可以得出37X11=407个值。将上述455个数值利用其规律向计算机中输入，并通过插值法，求出自变量的范围，即0.12≤XJS≤3.45及0≤t≤4.0，并得出在这一范围中电流Izt的任意值。

而在编程过程中，使用最广泛的函数为三次样条函数S（X）。在该函数中会对n个数据点进行插值，且数据点为给定数据点。

另外Izt=f（XJS，t）属于二元函数，对于该函数的运算只需要采用一元样条函数给予两次插值便可，通过计算得出电流值。当t为11时，对XJS进行计算，通过插值法可以得出该11种情况下XJS=X0的电流值;继而计算t，同样通过插值计算的方式，可以求出当t=t0时，电流为多少。进行程序的调整时，可以通过上面提到的插值运算将3674个数据计算出来，再查找手工计算曲线数据，继而进行对照。可以发现，小数点后3位至4位是基本保持一致的。即，采用插值法算出的结构同数字表中对应的数值是想通的，继而通过这一结果满足设计需要。

在对等效电动势进行计算时E=XJSIJS。IJS便是上面提到的Izt，通过上述方式，可以求出IJS，继而，可以对各个发电机等效电动势值予以求出。

结语

根据笔者所述的短路电流计算法编制的短路电流计算程序，适用于包括有汽轮发电机、变压器、厂用电动机的火力发电厂电力系统的短路电流计算，可计算具有1000节点、2000支路、300台发电机和150个故障点的网络的三相短路电流。该程序运用稀疏导纳矩阵等方法和插值法计算出电流值，所计算出的电流值与运算曲线数字表中相应的数据是一致的，完全满足设计要求。以具有20个节点的小型电力网络系统为例，如果用手工计算需要1d，复核还需要1d，如果计算正确，共计需要2d;通过计算机进行计算，将数据进行核对以及录入仅仅需要九分钟，而计算需要一分钟，总计十分钟。因此可以看粗，同手工计算比较，采用计算机能够将计算时间最大程度的缩减，不但提高了效率同时还减轻了计算人员的劳动强度。而在实际的电网计算中，节点远远大于20，因此采用计算机进行计算的优势便更为明显。

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