利用短路容量计算短路电流法初探

马远

摘要：在电网的短路电流计算中，我国一直以来使用阻抗标幺运算和阻抗标有名值运算来计算系统的短路电流和短路容量。但是上述二种计算方法互有优劣，笔者基于设备的短路容量提出一种新的计算系统的短路电流和短路容量的方法。该方法每个元件只需计算一次其短路容量且具有实际的物理便于理解。

关键词：短路容量法;短路电流计算;短路容量计算;

前言：在电网的短路电流计算中，我国一直以来使用阻抗标幺值运算和阻抗标有名值运算来计算系统的短路电流和短路容量。阻抗标幺值运算采用标幺运算，虽然可以一次性将整个电力系统折算完成;但是没有实际物理意义，有的时候很难直观感受其物理意义。阻抗有名值运算虽然有实际物理意义;但是每次每个短路点的计算都需要重新归算且其计算相当复杂和繁琐。本文提供一种兼顾上述两种问题的新的短路电流计算法。笔者暂定其为——基于设备短路容量的短路电流（短路容量）计算法。

一、基于设备短路容量的短路电流计算法的基本原理

假设系统为有多个同步发电机、双绕组变压器、电抗器、线路和电力系统组成的系统。系统电抗的标幺值如下：

由上式可以看出：

（1）故障点短路容量的倒数为各个串联系统组成部分的短路容量倒数之和。这个同电阻并联个关系很像。

（2）故障点短路容量为各个并联系统的短路容量之和。

由（1）其数学关系可以看出：;那么当已知系统中最小的设备短路容量的时候就可以得到系统短路容量的上界。同时也可以得到系统短路电流的上界。在工程设计中，工程师知道变压器容量后就很容易估算出系统的短路容量和短路电流从而估算系统的设备分断、动稳定和热稳定能力。由（2）其数学关系可以看出：并联于多个系统中可以增大整个系统的短路容量。

下标表示第个系统元件的设备参数。

二、设备短路容量的计算

由上面的推倒過程可以知道各个设备的短路容量可以取值如下：

三、基于设备短路容量的短路电流的运用

例子：某企业新建35/10kV 变电所，短路电流计算系统图如下图1所示，第一电源短路容量为S=800MVA;35kV架空线路的电抗为0.4Ω/km ;第二电源为汽轮发电机额定功率PN=20MV，功率因数=0.8，超瞬态电抗相对值Xd=12.5，汽轮发电机运算曲线见《工业与民用供配电设计手册》（第四版）表4.6-6;双绕组升压变压器T1额定容量SNT=31.5MVA，其额定阻抗电压相对值Uk=9.45%;变电所内降压变压器T2额定容量SNT=20MVA，其额定阻抗电压相对值Uk=8%。计算变电所35kV母线k1处和10kV母线k2处的三相短路容量和短路电流。

四、结论与展望

基于设备短路容量的短路电流计算法比较传统的阻抗标幺值计算方法和阻抗有名值计算方法有折算步骤不重复，其有明确的物理的优点。同时还可以根据系统中最小的设备短路容量估算系统短路容量和短路电流的上界值。有利于在设计的初步的阶段估计电气设备的分断能力、动稳定和热稳定。但是，同时该短路电流计算方法的在计算短路容量的式子略显复杂。通过分析为电力系统短路电流计算提供一些新参考，从而使电气工程师在选择设备元器件的时候可以减小工作量。

参考文献：

[1]刘屏周.工业与民用配电设计手册[M]. 中国电力出版社，2017年3月北京第三十五版.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会著.导体和电器选择设计技术规定（DL/T 5222-2005）[S]中国电力出版社 2016年11月北京第十三次印刷.

[3]杨岳. 供配电系统[M]. 科学出版社，2018年1月北京第十次印刷.