供電短路電流研究

（黑龍江龍煤七臺河礦業(yè)有限責(zé)任公司電力部，黑龍江 七臺河 154600）

所謂短路就是指供電系統(tǒng)中不等電位的點(diǎn)破電弧或很小的阻抗相連通。例如,供電系統(tǒng)中相與相之間的短路；中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中一相或幾相的接地短路；三相四線制供電系統(tǒng)中相線與中線的短路等。

一、短路的原因

在三相供電系統(tǒng)中，造成短路故障的原因很多，主要有以下幾個方面：

（一）電氣設(shè)備的絕緣損壞是造成短路的主要原因。電氣設(shè)備年久陳舊，絕緣自然老化：絕緣瓷瓶表面污穢,使絕緣下降；絕緣受到機(jī)械性損傷等都會造成短路。

（二）供電系統(tǒng)受到雷電的侵襲或在切換電路時產(chǎn)生過電壓，將電氣裝置絕緣薄弱處擊穿，造成短路。

（三）工作人員誤操作造成短路。例如，在未斷開斷路器之前,拉切隔離開關(guān)，形成強(qiáng)大的電弧,造成強(qiáng)光短路等。

（四）鳥獸跨越不同電位的裸露導(dǎo)體時，造成短路。

（五）惡劣的氣候條件以及其他的意外事故也可能造成短路故障。

二、短路的類型

在三相供電系統(tǒng)中，短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路等。第一種短路稱為對稱短路，后三種短路統(tǒng)稱為不對稱短路。

三相短路時，三相短路回路中的阻抗相等，三相電壓和電流仍然保持對稱，屬于對稱短路。短路時電流增大，短路點(diǎn)的電壓為零，電壓完全降落于短路回路中，短路后電壓與電流的相位差校正常時增大，接近90 °。

兩相短路時，整個系統(tǒng)的電壓、電流的對稱性遭到破壞，屬于不對稱短路。短路后短路點(diǎn)相間電壓為零，故障兩相短路電流的大小相等而方向相反。

兩相接地短路是指兩相在同一地點(diǎn)或不同地點(diǎn)同時發(fā)生單相接地。在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，單相接地屬于短路，將被繼電器保護(hù)裝置迅速切除。因此，在不同地點(diǎn)同時發(fā)生兩相接地短路的可能性較小，只有在雷電強(qiáng)烈的時期，尤其在雙回路供電的情況下有可能在兩點(diǎn)或三點(diǎn)同時發(fā)生接地故障。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，其接地電流一般很小，常允許工作0.5--2h。在此期間，由于其他兩相對地電壓的升高，容易擊穿絕緣，造成另一相也接地而形成兩相接地短路。兩相接地短路后的情況與前述的兩相短路的情況基本一樣。

單相短路只發(fā)生在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，又稱單相接地短路。短路時，非故障相無短路電流，短路后故障相電壓下降，電壓和電流的對稱關(guān)系均受到破壞,屬于不對稱短路。

除了上述短路外,對變壓器和電動機(jī)等電氣設(shè)備還有可能發(fā)生一相繞組的匝間及層間短路。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗統(tǒng)計，在三相供電系統(tǒng)中最為常見的是單相接地短路。三相短路在短路故障中占的比例最小，但三相短路電流值最大，造成的危害也最嚴(yán)重。因此，在選擇電氣設(shè)備時，常以三相短路參數(shù)作為計算依據(jù)，因而以此驗算電氣設(shè)備的能力。此外，三相短路狀態(tài)的分析是其他不對稱短路的基礎(chǔ),所以本章主要討論三相短路電流的特點(diǎn)和計算方法。

三、短路的危害

供電系統(tǒng)發(fā)生短路時，由于系統(tǒng)中總阻抗大大減小，因而短路電流將大幅度增加。通常短路電流可達(dá)正常工作電流的幾十倍甚至幾百倍。在大的電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬甚至幾十萬安培。這樣大的短路電流對供電系統(tǒng)將產(chǎn)生極大的危害，歸納起來其危害有以下幾種：

（一）強(qiáng)大的短路電流所產(chǎn)生的電動力作用和熱作用、使故障設(shè)備及短路回路中的其他設(shè)備遭到破壞；

（二）短路時電網(wǎng)電壓突然下降，會影響其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行或被迫中斷；

（三）嚴(yán)重的短路會影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使各電廠并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步；

（四）短路會造成大范圍停電，而且越靠近電源,短路引起的停電范圍越大，還可能使整個電力系統(tǒng)運(yùn)行解裂，給國民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失；

（五）不對稱短路的不平衡電流，在周圍空間將產(chǎn)生很大的交變磁場，在鄰近的通訊線路內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢,干找附近的通訊線路和自動控制裝置的正常工作，也可能危及人身安全。

由此可見，短路的后果是非常嚴(yán)重的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素。同時，還需進(jìn)行短路電流計算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使電氣設(shè)備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能的最大短路電流之時不致?lián)p壞。另一方面，一旦發(fā)生短路，應(yīng)能迅速、準(zhǔn)確地把故障線路和設(shè)備從電網(wǎng)中切除,盡量減少短路所造成的危害和損失。

四、研究短路的目的

為了限制短路的危害。并將短路帶來的損失和影響限制在最小范圍內(nèi)，使供電系統(tǒng)可靠、安全地運(yùn)行，在變電所和供電系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行中，必須進(jìn)行短路電流計算，以解決下列技術(shù)問題：

（一）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體

在選擇各種電氣設(shè)備和電力線路的截面時，需要計算出可能通過電氣設(shè)備的最大短路電流及其產(chǎn)生的電動力效應(yīng)及熱效應(yīng)，以便檢驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

（二）選擇和整定繼電保護(hù)裝置

在選擇和整定繼電保護(hù)裝置時，需要計算被保護(hù)范圍內(nèi)可能產(chǎn)生的最小短路電流，以便校驗繼電保護(hù)裝置動作的靈敏度是否符合要求。

（三）確定限流措施

當(dāng)短路電流過大時，造成設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟(jì)，這時可在供電線路中串接電抗器來限制短路電流。通過短路電流的計算，決定是否使用限流電抗器.并確定所選電抗器的參數(shù)。

（四）確定供電系統(tǒng)的主接線方案和主要運(yùn)行方式

供電系統(tǒng)的接線和運(yùn)行方式不同，短路電流的大小也不同，只有計算出在某種接線和運(yùn)行方式下的短路電流,才能判斷這種接線及運(yùn)行方式是否合適。