民用建筑供配電設(shè)計(jì)中短路電流的研究與設(shè)備校驗(yàn)

王利

摘 要：電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行中，首要任務(wù)就是保證系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。然而，短路故障是各種層出不窮的電力事故中最為常見的故障，嚴(yán)重危害系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、運(yùn)行，可見預(yù)防和控制短路故障至關(guān)重要。基于此，本文主要對(duì)民用建筑供配電設(shè)計(jì)中短路電流與設(shè)備校驗(yàn)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：供配電設(shè)計(jì)；短路電流；設(shè)備校驗(yàn)

1 前言

近年來(lái)，我國(guó)不斷加大對(duì)電力建設(shè)的投入，用電負(fù)荷密度也隨之不斷增加，其形式也越來(lái)越多樣化， 一些發(fā)電廠及發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大， 大容量低阻抗變壓器的推廣使用及全國(guó)很多地區(qū)嘗試電網(wǎng)互聯(lián)等， 都加重了電網(wǎng)的短路電流超標(biāo)問(wèn)題。尤其是一些大型發(fā)達(dá)城市， 短路電流超標(biāo)問(wèn)題較為嚴(yán)重，對(duì)該城市的電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定及其中的斷路器、變壓器、母線等設(shè)備，都提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)的短路電流已經(jīng)成為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行和制約我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的嚴(yán)重隱患，而且是至關(guān)重要的技術(shù)難題。

2 建筑電氣工程設(shè)計(jì)中短路分析

2.1 短路的類型及相關(guān)物理量

可靠安全地供電是保障電網(wǎng)正常運(yùn)行的重要任務(wù)，然而影響正常運(yùn)行的絕大多數(shù)原因是由短路故障造成的。在供電系統(tǒng)中，根據(jù)中性點(diǎn)接地與否，分為供電系統(tǒng)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)和中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)。在供電系統(tǒng)中，相與相之間、中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中相與地之間彼此都是絕緣的，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)負(fù)荷相連通的，而我們所說(shuō)的短路，也就是相與相或相與地之間不通過(guò)負(fù)荷而發(fā)生的直接連通的一種電路故障。

2.2 短路發(fā)生的原因

電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障原因各種各樣，而且比較復(fù)雜，其中常見原因如下所列：

（1）電力系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備載流元件的絕緣層遭受損壞，這是發(fā)生短路故障的主要原因。引起絕緣損壞的常見原因有：設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，絕緣層自然老化；設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)失誤，其中包括：設(shè)計(jì)方案的不合理，導(dǎo)致設(shè)備絕緣強(qiáng)度不夠，以及繼電保護(hù)裝置整定不當(dāng)，未及時(shí)切斷故障電路，造成設(shè)備絕緣損壞；施工人員施工不當(dāng)，致使設(shè)備絕緣材料遭受嚴(yán)重機(jī)械損傷而使絕緣能力下降，絕緣材料陳舊；設(shè)備絕緣正常而被過(guò)電壓（包括內(nèi)過(guò)電壓和外過(guò)電壓）擊穿等都可能造成短路。

（2）自然災(zāi)害，氣象條件惡化。例如雷擊、過(guò)電壓造成的閃絡(luò)放電，風(fēng)災(zāi)引起架空線路斷線或?qū)Ь€覆冰引起電線倒塌等原因造成短路。

（3）人為操作失誤，運(yùn)行人員違反操作規(guī)程。例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷誤拉隔離開關(guān)，造成弧光短路；檢修線路或設(shè)備時(shí)未及時(shí)拆除檢修接地線就合閘供電，造成金屬性短路；人為原因接錯(cuò)線等原因造成短路。

2.3 限制短路電流的常用措施

為降低短路造成的危害，保證整個(gè)電網(wǎng)的正常運(yùn)行，不僅要在發(fā)生短路故障時(shí)，盡快地切除短路故障部分，使電網(wǎng)在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)，還應(yīng)在日常運(yùn)行維護(hù)中盡可能的排除防范引起短路的一切原因。因此，采取行之有效的措施來(lái)限制電網(wǎng)的短路容量，降低電網(wǎng)短路電流水平是非常關(guān)鍵的。我國(guó)電力系統(tǒng)中限制短路電流的常用方案如下：

（1）提升系統(tǒng)的電壓等級(jí)。（2）電力系統(tǒng)采用分層分區(qū)方式運(yùn)行，分割系統(tǒng)，分割母線。（3）采用直流送電。（4）適當(dāng)?shù)脑龃箅娏ο到y(tǒng)的零序阻抗，能有效的限制單相短路電流。（5）在發(fā)電機(jī)電壓母線分段中，加裝電抗器。（6）采用高阻抗設(shè)備。（7）變壓器分列運(yùn)行。（8）采用故障電流限流器。（9）采用低壓側(cè)為分裂繞組的變壓器，在相同電抗和容量的情況下，低壓側(cè)短路電流可減少至普通變壓器的0.5～0.25。

3 電氣設(shè)備的短路電流校驗(yàn)與選擇

3.1 高壓斷路器

高壓斷路器是所有高壓開關(guān)設(shè)備中具有最完善的滅弧裝置，其滅弧能力最強(qiáng)。高壓斷路器是高壓系統(tǒng)全面控制與保護(hù)各類高壓負(fù)荷，例如高壓電動(dòng)機(jī)及變壓器等，并完成對(duì)各類供電單位進(jìn)行輸配電的控制和保護(hù)，有著各種完善的保護(hù)功能，適用于不同的被控對(duì)象。因此高壓斷路器的選擇與校驗(yàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

（1）斷流能力校驗(yàn)。

（2）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)。

（3）熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

（4）關(guān)合校驗(yàn)。

3.2 高壓負(fù)荷開關(guān)

高壓負(fù)荷開關(guān)對(duì)高壓負(fù)荷進(jìn)行控制，具有一定的保護(hù)能力和簡(jiǎn)單的滅弧裝置，但是滅弧能力較弱，只能通斷正常負(fù)荷電流和過(guò)負(fù)荷電流，無(wú)法直接切斷短路電流，需要與高壓熔斷器配合使用，以借助高壓熔斷器切斷短路電流的能力。但對(duì)于有熔斷器保護(hù)的負(fù)荷開關(guān)，在選擇額定短時(shí)耐受電流和額定關(guān)合電流時(shí)，可考慮熔斷器在短路電流持續(xù)時(shí)間和數(shù)值的限流效應(yīng)，以最高額定電流的相應(yīng)熔斷器做為下限額定值。

3.3 高壓熔斷器

高壓熔斷器是最簡(jiǎn)單的一次性保護(hù)器件，它用來(lái)保護(hù)電氣設(shè)備免受過(guò)載和短路電流的損害，常用于保護(hù)高壓輸電線路和變壓器。一些滅弧能力很強(qiáng)的高壓熔斷器還具有限制短路電流的作用，能在短路電流未到達(dá)沖擊值之前，就能完全熄滅電弧。

3.4 高壓隔離開關(guān)

高壓隔離開關(guān)主要用于隔離電源，以保證檢修人員或調(diào)試人員安全，隔離檢修時(shí)需將上下隔離都拉開，有明顯可見斷口。高壓隔離開關(guān)無(wú)滅弧能力，除只能用于控制電流不超過(guò)2A的空載變壓器，其他場(chǎng)所均嚴(yán)禁帶負(fù)荷操作。高壓隔離開關(guān)的熱穩(wěn)定校驗(yàn)及動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)公式與高壓斷路器計(jì)算公式一致。

4 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備及導(dǎo)線的選擇與設(shè)計(jì)、合理配置繼電保護(hù)和參數(shù)整定，合理的選擇系統(tǒng)的運(yùn)行方式等問(wèn)題的重要依據(jù)均來(lái)自短路故障計(jì)算的電流數(shù)據(jù)。全面的認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)的短路故障，透徹的理解校驗(yàn)原則，對(duì)一個(gè)電氣設(shè)計(jì)專業(yè)人員來(lái)說(shuō)尤為重要。隨著我國(guó)各種模擬仿真軟件的應(yīng)用和對(duì)電力系統(tǒng)的深入研究，短路電流計(jì)算程序不僅操作方便簡(jiǎn)單，而且計(jì)算數(shù)據(jù)精確，能最大程度的提供滿足實(shí)際工程的預(yù)期短路電流故障數(shù)據(jù)需求，使得整個(gè)供配電系統(tǒng)更合理、安全和可靠。

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