短路電流范文

導語：如何才能寫好一篇短路電流，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：電力系統中性點的運行方式；泵站系統短路電流計算及應用

Abstract: This paper introduces the calculation of short circuit current operation mode and pump system neutral point of power system, which can provide reference for small and medium-sized pumping station electrical design.

Keywords: power system operation mode of neutral point; pumping system short-circuit current calculation and Application

TV675

在供電網絡中由發電機、升壓和降壓變電所、送電線路以及用電設備有機的連接在一起的整體，稱為電力系統。電力系統中由升壓和降壓變電所、各種不同電壓等級的送電線路連接在一起的部分，稱為電力網。

電力系統中性點（即就是發電機、變壓器的中性點）的運行方式分為直接接地或經過低阻抗接地，稱為大接地電流系統；另一類是中性點不接地、經過消弧線圈或高阻抗接地，稱為小接地電流系統。其中采用最廣泛的是中性點不接地、中性點經過消弧線圈接地、中性點直接接地三種方式。當前，我國電力系統中性點的運行方式分為（1）對于6~10KV系統由于設備絕緣水平按照線電壓設計對設備的造價影響不大，為提高供電可靠性，一般采用中性點不接地或中性點經過消弧線圈接地。（2）對于110KV及以上的系統，考慮到降低設備絕緣水平，簡化繼電保護裝置，一般采用中性點直接接地方式，并對送電線路全程架設避雷線和自動重合閘裝置，以提高供電可靠性。（3）20~60KV的系統，屬于中間情況，由于一相接的的電容電流不很大，網絡不復雜，設備的絕緣水平變動對造價影響不大，所以一般采用中性點經過消弧線圈接地（4）1KV以下的電網的中性點采用不接地方式，但電壓220/380V的電網，為適應設備獲得相電壓而要求直接接地。

在電力系統和電力網的運行中，常會發生電氣故障，而這些故障多是由于短路引起；短路指電力系統中相與相或相與地之間經過電弧或其他較小的電抗的一種不正常的連接。短路通常形成的原因有（1）雷擊短路（2）設備絕緣老化短路（3）設備長期過載、過熱短路（4）機械損傷短路（5）人員違反安全規程、運行規程形成的誤操作短路(6)飛禽、動物跨接導線短路。在三相系統中短路分為：三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路。除三相短路是對稱短路外，其他都是非對稱短路；運行實踐表明；中性點直接接地系統中，最常見的是單相短路，約占總故障的70%，兩相短路約占13%，兩相接地短路約占10%，三相電路約占5%。不同的短路類型，其形成的短路電流也不同，通常三相短路電流為最大，危害最重，因此常將三相短路電流作為電氣設備選擇的重要依據。

在電氣設計中，短路計算的作用有（1）選擇電氣設備，使設備具有足夠的電動（機械）穩定性和熱穩定性（2）選擇限制短路電流的方式（3）進行繼電保護的設計和整定計算。下面以XX泵站的短路計算為例簡要說明以標幺制進行的短路電流計算過程：

1. 系統參數的收集：根據短路計算的目的，搜集包括電力

系統的電氣主接線圖、系統的運行方式、系統中架空線路、

電纜、變壓器、電動機等各個元件的技術參數；其中系統

母線短路阻抗（標準值）可以從供電局查詢得到。

XX變電站：35KV母線短路阻抗（標準值）

變電站—田市泵站 LGJ—70 10.6Km 系統接線圖

2. 系統接線圖繪制：依據收集的各個元件的技術參數，繪

制系統接線圖，再簡化為系統等值電路圖，如右圖所示。

3.系統阻抗圖：由簡化的系統等值電路圖，利用網絡簡化規定

將等值電路圖逐步簡化，求出短路回路的總阻抗，然后就可以

對系統中的短路點進行短路電流和短路容量計算。

3.1參數計算

系統阻抗圖

4.網絡簡化

5. 短路電流計算d1-2點短路阻抗計算

6. 短路電流計算成果列表如下：

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[關鍵詞]變壓器 短路電流 計算方法 適用范圍

中圖分類號：TM424 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）03-0265-01

0.引言

對于變壓器而言，短路分為三相短路，兩相短路，兩相短路接地和單相接地三種情況，但是三相短路時短路電流最大。傳統的短路電流的計算標準或方法主要有運算曲線法、計算短路電流基頻交流分量初始值的實用計算方法等。

為了更直觀的比較三種計算方法的不同之處，本文著眼于簡化的電網接線圖，分別運用三種計算方法計算短路電流，最后總結出各自的適用范圍。

1.變壓器短路電流計算方法原理介紹

1.1 運算曲線法

20世紀80年代以來，我國電力設計部門開始普遍應用查通用曲線的方法來計算短路電流值，此方法針對我國的電機參數有很強的實用性。

1.2 短路電流交流分量初始值計算法

短路交流電流初始值的計算實質上是一個穩態交流電路的計算問題，但有一定的計算條件和近似要注意：對于電源，各個發電機均用次暫態電抗作為其等值，近似認為次暫態電動勢不突變。電網方面，做短路電流計算時候可以比潮流計算簡化。可以不計接地支路。

不計負荷，短路前按空載情況決定次暫態電動勢。

1.3 簡化計算方法

此方法實用于計算一定容量變壓器出口三相短路時高壓側短路電流和低壓側短路電流。

首先，介紹變壓器低壓側三相短路時高壓側短路電流的計算，當變壓器低壓繞組短接，在高壓繞組中施加逐步增大的電壓，當高壓繞組中電流達到額定電流時，這時施加在高壓側的電壓我們稱作阻抗電壓，那么，變壓器的短路電壓百分值與變壓器的電抗和阻抗電壓之間有如下關系式：

比較這三種方法計算出來的短路電流值，可以看到，利用曲線法和初始值法計算的短路電流值幾乎沒有什么差別，而利用簡化方法算出來的短路電流值跟前兩種方法比起來會有差別，隨著降壓變壓器容量的不斷增加，相對誤差就不斷的加大。進一步分析，當系統容量跟變壓器容量滿足一定關系的時候，三種方法計算結果接近，這個時候，方法三不失為快速計算短路電流的實用方法。

4.結論說明

（1）方法一和方法二更貼合工程現場，考慮更為全面，而且原理大致相同，所以結果很接近，可以作為計算短路電流的一般方法。而方法三是一種簡化方法，有一定的實用價值，而且計算快速簡便。

（2）方法三最好是只用于低壓側三相短路時候短路電流的計算，因為這種計算相較于高壓側短路電流計算誤差會小很多。

（3）變壓器高壓側系統短路容量越大，變壓器的額定容量越小，那么當變壓器低壓側出現三相短路時候，電力系統高壓側的電壓損失會相對很小，用方法三計算短路電流會很方便。經過上面計算，我們可以看到當時，我們可以利用方法二計算，相對誤差會維持在10%以內，如果時，建議改用傳統方法。

參考文獻

[1] 李光琦，電力系統暫態分析.北京：中國電力出版社，2007.

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關鍵詞：低壓配電系統;保護配合;短路電流

中圖分類號：TM713 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）06-0085-01

1 低壓配電系統的設計要求

TN-C系統是工業上比較常用的低壓配電系統，這種系統實際上是通過零線形成的單獨相接的短路電流的回路，也就是常說的接零保護。

而且這種回路，可以使得線路在故障發生的時候，可以保護系統能夠第一時間發生作用，隔離故障的影響，減少故障帶來的經濟損失，人力物力的損失。

一般使用斷路器（空氣自動開關），以及熔斷器做為低壓配電線路的保護裝置。一旦低壓配電系統短路或者出現相關的故障時，保護裝置都要迅速的采取一定的保護措施，防止意外的發生，這種保護機制能否起到作用，關鍵在于短路電流的大小和保護裝置是否穩定，這對于裝置的設計提出了一定的要求，要將兩者有效地配合。

1.1 要符合支持斷路器的分斷能力

如果斷路器的分斷時間>0.02 s時，斷路器的極限分斷能力，應該≥被保護線路的三相短路電流的周期分量有效值。而另一種情況就是，如果斷路器的分斷時間

上述情況中，如果斷路器的分斷能力選小，當被保護線路，出現三相短路故障的時候，斷路器分斷不了，不僅會燒毀該斷路器，還可能影響到母線，使得后果更加嚴重，或是造成大面積的停電，另一方面，也不可以過分選大斷路器，一同接在母線上的斷路器數量很多，不同分斷能力的斷路器雖然是同型號和規格的，但是價格相差很多，不利于節省資金投入。

因此，滿足斷路器的分斷能力，不僅關系到供電的可靠性、安全性，還關系到經濟性。

1.2 要滿足動作的選擇性

在這一方面上可作出如下調整：

①提高上級斷路器的整定值，使其高于下級配電線路，其中，整定值的范圍應保持在整個回路的最大短路電流值之上。

②將上、下級斷路器的整定周期分別設計成0.2 s與0.4 s，使它們的級差為0.2 s。

③若有要求需對整個回路進行過流保護時，還應當讓變壓器低壓一側的母線，能夠在穩定電流的作用之下，實現單相接地，同時還應設計高壓側保護裝置短路電流的值為1.5倍過流保護整定值。

2 短路電流的計算

2.1 計算電路

我們在計算短路電流的值的時候，一般情況下，給予假設供電電源處于一個無窮大的條件下，就低壓配電系統來說，它和高壓供電系統的區別，就在于它的變壓器，線路等元件的電阻值，通常情況下是不可以忽略的。一旦忽略，就會造成很大的誤差，影響到整個系統的功能。具體計算電路如圖1、圖2所示。

2.2 計算式

歸算到低壓倒（0.4 kV）的高壓系統阻抗值（單位：mΩ）。

2.3 短路數值

2.3.1 三相短路電流

2.3.2 單相接地短路電流

2.3.3 短路電流沖擊值

2.3.4 短路全電流最大有效值

3 短路電流計算的分析

3.1 路電流最大值和最小值的求解

在計算短路電流的時候，要先求出電流短路時候的最大短路電流，用其檢測電氣設備的熱、動穩定，以及他們的分斷能力。

整定繼電保護裝置，同時，也要計算出最小的短路電流值，短最小短路電流值可以用作檢驗繼電保護裝置靈敏度，以及作為檢驗電動機啟動的根據。在220/380 V網絡中，一般來說最大的短路電流是三相短路電流，當配電線路達到一定的長度，產生的線路阻抗對電流產生的作用是不能忽略不計的。而一般來說，最小的短路電流值出現在以末端相接的故障電流處。

3.2 變壓器高壓側系統阻抗的影響

10 kV一般用作客戶端配電所，一般可以引自上級區域的變電站。因而區域配電站10 kV電源線路阻抗以及10 kV母線段短路容量，是計算變壓器高壓側系統阻抗的關鍵參數。

3.3 電線路過長時存在問題及處理措施

在建筑工程中，一般的低壓配電線路都比較短，而配電線路的末端，接地故障電流偏大。因而通常使用斷路器的瞬時過電流脫扣器，同時也做接地故障保護。這種方法也是比較容易實現的。而局部線路在不能滿足要求時，可以提高加大線路的橫截面、減少瞬時過電流、脫扣器整定電流等方法，來滿足單相接地故障保護的要求。而對于市政工程而言，因為用電設備十分散亂、路徑長、低壓配電線路在一般情況下都可以達到500 m。

3.4 配電線路單相接地故障保護整定

在用配電箱過電流保護電器的時候，故障電流不能被切斷，需單獨裝設置接地故障保護電器，使用剩余電流動作保護器，作為保護電器，為避免誤動作，斷路器剩余電流保護整定值應大于正常運行時線路，以及設備的泄漏電流總和的2.5～4倍左右。

4 結 語

TN-C系統的工作零線不但要通過單相負載電流、短路電流以及三相不平衡電流，除此之外，還需要承受意外故障的沖擊電流，零線工作的負擔在某種程度上又加重了。因此，在高負荷運轉的情況下，工作零線斷線的可能性是非常高的，而在斷線以后，負載側的中心線對地電壓可以達到相電壓。這就會導致安全隱患的出現，比如觸電。而在工程中要想實現和達到三相平衡，就需要保證工作零線中沒有電流的通過。但是實際中這一點是很難達到和實現，如果使用TN-S系統，那么工作零線只通過單相負載電流，以及三相不平衡電流。護零線，確保零線只做接零使用。而只通過短路電流就可以極大程度的加強供電的安全性以及可靠性，避免觸電等安全隱患以及帶來的巨大損失。

參考文獻：

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【關鍵詞】電力系統 短路電流 繼電保護 整定計算

電力系統的短路繼電保護是最基礎的電力系統保護裝置之一，這種保護裝置是在跌落式熔斷器的替代裝置，擁有可以多次使用以及可以實現整定保護等多種機械化的功能，是電力系統自動化之前的電力系統機械化的主推技術之一。因為電力系統短路繼電保護的超穩定性，以及“不加電”的工作模式，電力系統短路繼電保護目前仍然是電力系統的基本配置，所以，雖然我們已經使用了自動化開關系統和自動化監控系統，但是，對于電力系統的短路電流的繼電保護，還是必須安裝、配置和維護的。

1 電力系統短路的原理

電力系統是一個輸變配用一體的電能傳輸和使用網絡，我們希望的是發電廠發出的電能，經過一系列的變電和配電網絡，完整的傳輸到用戶的用電器中，重新轉化成動能、光能或者熱能。或者說，電能本身是一個二次能源，或者叫中間能源，我們只是利用他傳輸時的便利性，實現對于能量的快捷搬運。但是，輸配電系統的一些故障，可能導致電能不能完整的到達用戶的用電器，而是在中途發生急劇的消耗或者流入大地。這種故障叫做短路。

短路分為多種形式，總的來說，分為相間短路和對地短路，相間短路分為兩相短路和三相短路，對地短路分為單相對地短路，兩相對地短路，三相對地短路。從短路點的數量上劃分，我們可以將其分為單一地點短路和多地點短路。

不管是何種方式發生短路，都是在短路點的回路阻抗，遠小于系統的設計阻抗，導致大部分電流根據分流法則從短路點分流，導致用電器一側電壓急劇下降。

2 電力系統短路的危害

2.1 導致用戶側低壓

在用戶側看來，線路中間短路會直接導致用戶側的故障相電壓約等于零，也就是我們常說的缺相故障。如果用戶直接將缺相的線路接入電動機，缺相故障會導致用戶側電動機等設備發生缺相事故，導致燒毀。

2.2 導致變壓器變損

如果發生中間短路的設備接入變壓器電源側，發生短路時比發生短路前變壓器的輸出功率會有明顯的下降，效率也會出現明顯的下降。

2.3 導致電源端電流及負荷增大

因為發生了短路，因為短路阻抗約等于零，所以理論上線路的負荷會達到無限大，因為過大的電流，會導致設備劇烈發熱，如果沒有響應的保護，就會導致設備燒毀。

2.4 導致相位角的混亂

傳輸到客戶用電器的電能如果能被使用，依賴于完整的相位控制，使得客戶的電動機能夠復制電能實現轉動。因為發生了短路，所以導致系統內的相位分布完全混亂，導致了即使仍然有一小部分電能傳送到客戶的用電器，但是也失去了作用。

3 短路保護方案

3.1 熔斷器保護

早期的短路保護，是根據電源端的電流增大造成線路發熱而設計的。熔斷器是一個發熱的自熔組件。當該相電流足夠大時，熔斷器的溫度會先于系統其他部分而升高到將自身熔斷的臨界點，從而切斷電流。

熔斷器是一種一次性的組件。他的的缺點不僅僅是不能重復使用。因為熔斷器在切斷故障一相的電流后，其他向的電流還會繼續供電，這種缺相的故障狀態可能會持續很長時間，直到變電工趕到現場處理。而這個時間段內，很容易造成用電方的一些次生災害。

所以，后來發明了三聯裝熔斷器，當其中一相發生熔斷時，另外兩相卡死機構中會有一個被彈簧鎖死的機構收回，導致另外兩相的熔斷器一起跌落。這種熔斷器就解決了長時間缺相運行的缺點。但是，因為熔斷器的熔斷需要一個時間周期，雖然后來通過技術進步使得這個周期可以變的非常短，但是，這個周期仍然是存在的。

3.2 相電流保護

相電流保護是基于短路電流計算原理和電流互感器配合作用，使用純機械的方式來操作繼電器切斷線路的一種保護模式。最初的相電流保護模式，是將互感器取出的電流，直接流經繼電器吸合保持回路上的一個常閉節點，當取得的電流強度足夠大，使得這個常閉節點的電磁力可以抵消常閉節點的彈簧壓力時，常閉節點可以將主接觸器的吸合電流拿掉，從而實現切斷線路負荷的目的。我們通過調節常閉節點的彈簧壓力可以實現對系統短路電流的整定。

因為這一系統過于靈敏，極端時間的過流故障，都會造成開關的斷路動作，所以，人們逐漸對這一系統進行改造，使用了延時繼電器等其他部件來延長系統的相應時間，以排除其他原因導致的系統順勢大電流對保護系統的擾動和計劃外的觸發。

3.3 零序電流保護

因為發生任何一種短路時，都會直接造成系統電流的相位紊亂，所以，只要是發生短路，就會出現零序電流。所以，從理論上，我們判斷是否發生了零序電流和是否發生了短路是等效的。所以，在相當的一段時間內，基于零序電流整定的短路繼電保護有取代相電流保護的趨勢。因為首先零序電流保護的系統更加簡單，故障率低，判斷準確度高，最關鍵的是零序電流保護造價低廉，安裝和維護都比相電流保護要簡單的多。

3.4 智能化保護

上世紀90年代，因為單片機技術和PLC技術的逐漸普及，基于一定的程序化保障的智能綜合保護模塊開始在開關上應用，不久，該模塊就成為一些高級別用電線路上的必裝模塊。因為采用了綜合保護模塊的開關，只要探頭安裝正確，只要將運行參數輸入其中，就可以對開關實現漏電、短路、過熱、過負荷、缺相、欠壓等全方位的綜合保護。

進入21世紀以來，隨著智能化保護器的發展，我們的開關保護裝置進入了物聯化時代，開關系統可以在綜合遠控裝置協助下，實現智能判斷全網狀態而實現對自己的不斷電保護。

4 短路電流計算（以110KV為例）

4.1 選擇10KV高壓部分的補償器安裝位置（見圖1）

我們將系統的基準容量定位100MVA，因為在之前的工程實踐中個，習慣將基準電壓的一般選取標準定位Ub=Uav=1.05Ue。基準電壓的選取一般有三檔也就是10.5千伏，37千伏，115千伏。基準電流的選擇也有三檔，5.5千安，1.56千安，0.5千安。

4.2 計算主變壓器的電抗

SFSZQ7-40000/110型變壓器的技術參數

阻抗電壓：

高-中：10.5%；

高-低：17.5%；

中-低：6.5%；

高-中：17%-18%；

高-低：10.5%；

中-低：6.5%；

Ud1% =1/2×（Ud12%+ Ud31%- Ud23%）= 10.75%

Ud2% =1/2×（Ud12%+ Ud23%- Ud31%）= -0.5%≈ 0

Ud3% =1/2×（Ud23%+ Ud31%- Ud12%）= 6.75%

X12* =（ Ud1%/100）×（Sj/SB）= 0.269

X13* =（ Ud2%/100）×（Sj/SB）= 0

X14* =（ Ud3%/100）×（Sj/SB）= 0.169

4.3 系統線路

系統線路的總長度為50KM，設：

SB=100MWA

VB1=110kV

系統電壓平均為115kV

則可以得到線路阻抗（X1=0.4 /km）：

X1* =1/2×（X1×SB/VB2）= 0.165

4.4 負荷線路

設35kV一側的VB2為37kV

X2* = X2×SB/VB22=0.877

同時，在10kV一側VB3為10.5kV

X3* = X3×SB/VB32=7.256

4.5 三相相短路（見圖2）

（1）110kV發生三相短路時，故障等值網絡如圖3。

如果F1發生短路，

I'F1= SB/（√3VB1）=0.643 kA

短路電流

I"F1=3.636

穩態短路電流的有名值

I〃F1′= I'F1×I"F1

=0.643×3.636

=2.34 kA

沖擊電流

I'ch1

=2.55×2.34

=5.96 kA

短路全電流最大有效值

I"ch1

=1.51×2.34

=3.53 kA

短路容量

S1"= I"F1 ×SB

=3.636×100

=363.6MVA

（2）35kV三相短路，圖4

當F2短路時，

I'F2 = SB/（√3VB2）

=100/（1.732×37）

=1.56 kA

短路電流

I"F2 =1/（0.11+0.165+0.269+0）

=1/0.505

=1.838

穩態短路電流的有名值

I F2′= I'F2×I"F2"

=1.56×1.838

=2.867 kA

沖擊電流

I'ch2 =2.55×2.867

=7.31 kA

短路全電流最大有效值

I"ch2 =1.51×2.867

= 4.329 kA

短路容量

S2"= I"F2×SB

=1.838×100

=183.8 MVA

（3）10kV三相短路，圖5

當F3短路時，

I'F3 = SB/（√3VB3）

= 100/（1.732×10.5）

=5.499 kA

短路電流

I"F3"=1/（0.11+0.165+0.269+0.169）=1.403

穩態短路電流的有名值

I F3′= I'F3×I"F3"

= 5.499×1.403

=7.715 kA

沖擊電流

I'ch3 =2.55×7.715

= 19.67 kA

短路全電流最大有效值

I"ch3 =1.51×7.715

=11.65 kA

短路容量

S3"= I"F3×SB

=1.403×100

=140.3 MVA

5 結束語

電力系統的短路保護是基本保護之一，雖然現在的智能化系統已經讓我們的維護和管理工作變的更加容易，但是，電力系統的設計和安裝過程還是離不開基礎參數的計算和整定。所以，研究電力系統的計算和整定，對我們的日常維護和系統升級更新工作有著重要的意義。

參考文獻

[1]趙桂梅.繼電保護整定計算平臺的研究與設計[D].北京交通大學碩士論文，2012.

[2]尹海海.電網故障診斷及保護定值優化研究[D]南京理工大學碩士論文，2013.

[3]張麗.淺談繼電保護整定計算[J]科技創新與應用，2013.

作者簡介

侯龍龍（1988-），本科，助理工程師，主要從事電力生產。

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【關鍵詞】干式變壓器 短路電流 承受能力

發電廠用樹脂來澆注干式變壓器的方式越來越受到青睞，主要由于它具有防火性能好、短路電流承受能力較強、局部釋放的電量較低、在后期的維護中較方便以及其外形較美觀等特征。雖然干式變壓器在發電廠的應用有所增加，但從整體上來看，還是存在一些問題，筆者致力于對發電廠低壓廠用干式變壓器的短路電流承受能力進行探討。

1 發電廠低壓廠用電系統的特征

在發電廠電氣系統中。低壓廠用變壓器是其重要的組成部分，它的作用主要是降低發電機產生的電能，以導向發電廠內的照明、其他輔助機械、還有泵的用電，低壓廠用變壓器對整個發電廠的運行有著極為重要的作用。因此，對于發電廠低壓廠用干式變壓器采用承受短路能力強的環氧樹脂來澆注，可以使發電廠低壓廠用變壓器的短路電流承受能力逐漸加大。

電力系統中對變壓器短路承受能力有著很高的要求，為了使廠用變壓器低測壓的短路容量控制在一定范圍內，對其抗阻要求也會相對應增強；但是電壓力的抗阻能力也不能無限制的加大，會造成常用電動機的自行啟動，危險性較大。

在電氣系統中，還需要考慮到在電氣系統中不同位置發生短路對變壓器繞組電流的影響，主要分成兩種，一種是短路位置發生在變壓器高壓側的入口，即短路電流并沒有從變壓器繞組通過，這時主要影響到高壓側入口的元件以及電氣接線；另外一種即短路位置發生在低壓側，通過一次側系統電壓在變壓器上的施壓，變壓器自身抗阻，這種情況極有可能使低壓側負載電動機產生故障，應做發電機狀態運行，以向變壓器提供反饋電流，這種狀態即為變壓器在運行過程中最嚴重的短路情況，需要投入大量的人力、物力和財力對其進行維修，還會對廣大人民群眾的日常生活造成影響。

2 發電廠低壓廠用干式變壓器

干式變壓器主要分成兩種形式：一種是環氧樹脂澆注變壓器，其具有很好的絕緣性和防潮防塵能力；另一種即為NOMEX絕緣紙，其具有耐熱性強、穩定性強的特征。

干式變壓器的在電氣系統中應有的性能主要有以下幾點：

（1）防污防潮能力。環氧樹脂澆注干式變壓器的過程中，整個線圈導體都被固體絕緣層所包裹，即使在強濕度和各種臟亂差的環境下，干式變壓器也不會受其影響，照樣正常運行。

（2）環保能力。變壓器絕緣材料中，環氧樹脂和NOMEX絕緣紙由于其特殊性，都不會對周邊環境以及工作人員帶來危害，即使在廢棄之后進行燃燒也不會產生有害氣體。

（3）絕緣能力。由于兩種材料的使用，使干式變壓器層間沒有氣泡，規避了局部放電的問題。

（4）抗短路能力。環氧澆注干式變壓器使其抗短路能力增強，這是使用這種方式的重要原因。

3 發電廠低壓廠用變壓器中相關短路電流的概念

3.1 系統短路電流

系統短路電流是將低壓廠用變壓器一次側前段轉換成相對簡單的電源系統之后，在變壓器入口發生短路電流時，應如圖1中1處的短路電流IS，此電流并沒有流經變壓器的繞組部分，而根據相關標準，具體給出了在沒有規定系統短路視在容量時的推薦值，而系統短路電流則是與其相對應的。

3.2 變壓器短路電流

廠用變壓器的短路電流于圖1中短路點2處的短路電流In，根據GB1094.5-2008進行計算，它規定了電力變壓器在短路引起的過電流作用下必須是零損傷的要求。還提出了關于變壓器承受短路的動穩定實驗電流峰值的計算，并對其穩定我試驗電流峰值進行了要求。

3.3 電動機反饋電流的380伏動力中心短路電流

發電廠用干式變壓器承載了包括泵、電動機等的運轉，當系統發生短路故障時，雖然極端電壓成為零，但是電動機仍然在急速運轉，成為一個電源點，并向短路點提供短路電流。這種備用電流即為電動機的短路反饋電流。

4 發電廠低壓廠用變壓器的改進措施

4.1 發電廠低壓廠變壓器的墊塊問題

墊塊具有支撐干式變壓器中的高壓低壓繞組和其夾件的作用，它要承受的作用力來自很多個方向：

（1）來自高、低壓繞組的軸向力的作用，由于力的作用是相反的，墊塊所承受的是剪切力。

（2）受高、低壓繞組的旋轉力的作用，高低壓繞組沿著圓周所產生的旋轉力是相反的，墊塊所承受的是固定壓以及繞組不產生圓周方向旋轉時所產生的摩擦力。

（3）受高壓繞組的相間力的作用，墊塊所承受的是高壓繞組不產生相間位置移動的摩擦力。

基于墊塊所承受的多種作用力，墊塊所使用的材質與其結構形式也變得十分重要。從材質上來看，雖然墊塊所用的材料較硬但是也很脆，當多種作用力產生時，很容易破裂。在采用樹脂澆注過程中加入大量的玻璃纖維材料就可以更好的強化墊塊的韌性，效果會更好。從墊塊的結構來看，主要有以下幾種結構如圖2。

對于這幾種結構，在最后的裝配過程中一定要保證每個墊塊上承受的力都是均衡的，否則，會在后期的使用中留下隱患，有可能造成位置移動甚至是變形。另外在制造過程中，應采用焊定位槽的方式來固定墊塊，避免產生無轉動位移的情況。

4.2 低壓繞組和鐵心之間的硬支撐

無論是哪一種高、低壓繞組的組合形式，低壓繞組和鐵心之間都少不了硬支撐的作用。對于支撐條的材質，包括環氧玻璃布半條、硅橡膠棒形撐條，在這個過程中，一定要保證支撐條能夠撐緊。反之，則會導致支撐條的位置移動，造成箔式不澆注的干式變壓器出現變形。

4.3 低壓絕緣子

絕緣子主要承受的是拉力，低壓絕緣子是固定低壓引出線銅排和中性點引出線銅排的。此處的機械強度是極容易被忽視的。

4.4 繞組端部處理

由于短路時繞組產生輻向、相間、軸向以及旋轉力，所以就一定要保證繞組端面與墊塊之間的接觸面和接觸壓力。對高壓和低壓繞組都是通過導線澆注成型的，因此，主要繞組的端面是平整的，墊塊與繞組端面就會有良好的接觸。

4.5 借助計算機技術，檢測變壓器的內部故障

借助計算機技術，可對變壓器油中的氣體成分進行模糊的判斷，可模擬出人工間隙式的巡回監測判斷，組成可以自動預知監測的專家系統，可檢測出變壓器的內部故障、以及故障類別。

5 結束語

在發電廠低壓廠用電系統的設計中，每一個細節都要十分注重。除了要考慮到發電廠低壓廠用干式變壓器的短路電流承受能力之外，還要考慮到電動機承載故障時所負擔的反饋電流。我們在干式變壓器的使用中，必須要注意支撐墊塊的結構和材質，對繞組的端部進行處理以加強低壓繞組和鐵心之間沒有空隙，起到極強的支撐作用。在裝配上也一定要按照相關標準嚴格要求，只有這樣，才能使發電廠低壓廠用干式變壓器上升到一個新水平。

參考文獻

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作者簡介

付強（1979-），男，山東省東營市人。大學本科學歷。現為青海華電大通發電有限公司工程師，研究方向為火力發電廠電力系統自動化及電氣設備精密檢修。

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【關鍵詞】短路電流；電動力；熱效應

1 短路電流的電動力效應

1.1 導體間的作用力計算

對于兩平行導體，通過電流分別為i1、和i2時，其相互間的作用力可以用比一沙定律計算為：

F=■×10-7（1）

式中：i1、i2――兩導體中的電流瞬時值，A；

J――平行導體長度，m；

α――兩平行導體中心線距，m。

式（1）在導體的尺寸與線間距離α相比很小，且導體很長時才正確。對于矩形截面的導體（如母線），相互距離較近時，其作用力可仍用上式計算，但需乘以形狀系數加以修正。

式中 Ks――導體形狀系數，對于矩形導體曲線求得。

形狀系數曲線以■為橫坐標，線間距離與導體半周長之比。參變量m是寬與高之比。

1.2 電氣設備的動穩定電流

對于成套電氣設備，因其長度L、導線間的中心距α、形狀系數Ks均為定值，故此力只與電流大小有關。因此，成套設備的動穩定性常用設備極限通過電流來表示。

為了便于用戶選擇，制造廠家通過計算和試驗，從承受電動力的角度出發，在產品技術數據中，直接給出了電氣設備允許通過的最大峰值電流，這一電流稱作電氣設備的動穩定電流。有的廠家還給出了這個電流的有效值。

當成套設備的允許極限通過電流峰值（或最大值）ies>ish（三相短路電流沖擊值）時，或極限通過電流有效值時Ies>Ish，設備的機械強度就能承受沖擊電流的電動力，即電氣設備的抗力強度合格。否則不合格，應按動穩定性要求重選。

2 短路電流的熱效應

2.1 導體的長時允許溫度和短時允許溫度

導體通過正常負荷電流時，由于它具有電阻，因此要產生電能損耗。這種電能損耗轉換為熱能，一方面使導體的溫度升高，另一方面向周圍介質散熱。當導體內產生的熱量與導體向周圍介質散發的熱量相等時，導體就維持在一定的溫度。

在線路發生短路時，強大的短路電流將使導體溫度迅速升高。由于短路保護裝置很快動作，切除短路故障，所以短路電流通過導體的時間不長，通常不會超過2～3s。因此，在短路過程中，可不考慮導體向周圍介質的散熱，即近似地認為在短路時間內短路電流在導體中產生的熱量，全部用來升高導體的溫度。

曲線是載流導體從正常工作狀態進入短路狀態的發熱變化過程。在t1之前是正常的負荷電流通過導體時產生的溫度，幾乎恒定不變（假設恰好為長時允許溫度θp）。

在t1時刻發生短路，溫度近似直線上升。在t2時刻，斷路器將短路故障切除，此時溫度不再上升（設為θk）。短路時導體中產生的熱量雖然很大，導體溫升很高，但其作用時間很短，所以允許超過θp很多。如果作用時間稍長，將會使絕緣燒毀和造成導體氧化。因此，我國《高壓配電裝置規程》中規定了各種導體的短時允許溫度θp.k與長時允許溫度θp的差值，即導體的最大短時允許溫升τp.k（τp.k=θp.k-θp）。

各種導體的長時允許溫度θp、短時允許溫度θp.k和最大短時允許溫升τp.k。

規定了導體的最大短時允許溫升τp.k后，導體或電氣設備的短路熱穩定條件便可確定為τk≤τp.k（2）

式中：τk――電氣設備載流導體短路時的實際溫升，℃。

2.2 短路電流的假想作用時間

要計算短路后導體的最高溫度θk，必須計算短路過程中短路電流ik在導體中產生的熱量θtk。根據焦耳一楞次定律，短路電流在導體中產生的熱量可由下式確定：θtk=■i■■R■dt

式中：ik――短路電流，A；

Rav――導體的平均電阻，Ω；

tk――短路電流存在的時間，s。

由于短路電流是一個幅值變動的量，尤其在有限容量電源系統中，短路電流周期分量的幅值也在變化，因此利用上式進行發熱計算比較困難，在實際計算中都采用簡化的計算方法。這種簡化的計算方法是將短路電流產生的熱量，假設是由短路電流穩態值I∞。經某一假想時間所產生，又由于短路電流由周期分量和非周期分量組成，在短路過程中總的發熱量應 等于這兩個短路電流分量發出的熱量之和。與這兩個分量對應，假想時間也應由周期分量的假想時間和非周期分量的假想時間組成。根據這種假設，短路電流的發熱量為則短路電流的假想作用時間為

式中：ti――短路電流的假想作用時間，s；

ti.pe――短路電流周期分量的假想作用時間，s；

ti.op――短路電流非周期分量的假想作用時間，s。

上式說明，短路電流的穩態值I∞。在假想作用時間ti內，在導體中所產生的熱量等于短路電流ik，在實際作用時間tk內所產生的熱量。短路電流的假想作用時間等于短路電流周期分量的假想作用時間ti.pe與非周期分量的假想作用時間ti，op之和。在無窮大容量電源系統中，周期分量的假想作用時間就等于短路電流的實際作用時間，即ti.pe=tk。

短路電流的實際作用時間tk等于繼電保護動作時間tr，與斷路器的斷路時間tc之和，即：

ts=tr+tc（3）

繼電保護的動作時間tr可由保護裝置的整定時限確定。斷路器的斷路時間tc對快速動作的斷路器取0.1s，對低速動作的斷路器取0.2s。

在有限容量電源系統中，短路電流周期分量的假想時間需查曲線來求取。用時請查有關手冊。

非周期分量的假想作用時間ti.op，無論對有限容量電源系統，還是無限大容量電源系統，均可采用有名制法導出，即：

ti.op=0.05β"2（4）

對于無限大容量電源系統，由于I"=I∞，β"=I"/I∞=1，故短路電流非周期分量的假想作用時間ti.oP=0.05s。于是短路電流的假想作用時間ti為

ti=tk+0.05（5）

當短路電流持續時間tk≥1s，時，非周期分量的假想作用時間ti.op可忽略不計，此時認為ti=ti.pe=tk。

2.3 導體的最小熱穩定截面

對于母線和電纜等導線，常需要確定其滿足短路熱穩定條件的最小允許截面積Smin。由于認為短路電流所產生的熱量全部用于提高導體的溫度，使其產生溫升τk，因此可寫出導體在短路時的熱平衡方程式為：

I■■R■t■=slyc■τ■，

式中：S――導體的截面積，mm2；

L――導體的長度，m；

Y――導體的密度，g/cm3；

Cav――導體的平均比熱容，J/（g?℃）。

將導體電阻Rav=■代入上式，并整理得：

I2∞ti=DYCavτks2

當導體截面積S≥Smin時，便可滿足導體的熱穩定條件。

2.4 成套電氣設備的熱穩定校驗

對于斷路器、負荷開關、隔離開關、電抗器及高壓配電箱等高壓成套電氣設備，導體的材料和截面積已確定，其溫升主要取決于通過的電流大小和作用時間的長短。為了便于用戶進行熱穩定性校驗，廠家在這些電氣設備的技術參數中給出了與某一時間t（如1s、5s、10s等）相對應的熱穩定電流Its，此時可直接通過下式進行熱穩定校驗：

I2tstts≥I2∞ti

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【關鍵詞】電力系統頻率 峰值短路電流 非周期分量 周期分量

1 前言

電力系統頻率是指電力系統的運行參數。電力系統的頻率取決于負荷的頻率特性和發電機的頻率特性。中國、東南亞國家和歐洲國家電力系統采用50Hz頻率，而美國、日本、加拿大及臺灣地區等則采用60Hz頻率。隨著國內高壓開關技術的發展與成熟，各廠家陸續開始生產60Hz電網需求的訂單。不同頻率的產品需要區別地進行設計和試驗考核。由于50Hz和60Hz 下短路峰值電流不同，因此在電動力計算和母線校核時需要區別對待。

2 50Hz、60H峰值短路電動流Ρ

由于交流電隨著時間作正弦變化，導體間電動力也相應作脈動變化。但交流電路的短路電流更為復雜，電流中除正弦周期分量外通常還含有非周期分量，非周期分量電流值大小與發生短路時的電壓相位角有關。

非周期分量的產生是由于短路回路中存在著電感，根據楞次定律理論，短路瞬間短路電流不能突變而產生。在短路瞬間為了維持電流的連續性，系統在短路回路中產生一個自感電流來阻止電流的突變，這個自感電流就是非周期分量。短路電流的非周期分量是按指數規律衰減，其衰減快慢取決于短路回路的時間常數t，一般在0.2S即衰減到初值的2%。如圖1所示。

不含周期分量和含有非周期分量的短路電流表達式分別如下：

i=Im sin（ωt） （1）

（2）

式中：

Icc――額定短路電流的有效值，電力設備通常按照標準將其為12.5kA、16kA、20kA、25kA、31.kA、40kA、50kA等。

?――短路瞬間電壓的相位角。

φ――電流滯后于電壓的相位角。

R――線路電阻。

L――線路電感。

R/L――短路電流非周期分量的衰減系數，系統平均值約為22.311S-1。

從含有周期分量的短路電流表達式可以看出，第一項為電流的周期分量，即穩態分量；第二項為電流的非周期分量即瞬態分量。由上式可以看出，當?= φ時非周期分量電流為零，即電流是周期回路；當?-φ=-π/2時周期分量最大，瞬態分量最大，也就是短路電流的最大值。此時交流電短路電流公式為：

（3）

圖2中：

is――短路電流。

Ism――含非周期分量短路電流最大值。

Im――周期分量短路電流最大值。

is1――短路電流周期分量。

is2――短路電流非周期分量。

對于50Hz電網，交流電頻率f=50Hz，交流電流以20mS為周期變化。對于公式2.29，當ωt=π，即半周期10mS時短路電流達到最大，電動力也達到峰值。同樣的對于60Hz電網，交流電頻率f=60Hz，交流電以17mS為周期變化。對于上式當ωt=π，即半周期8.3mS時短路電流達到最大，峰值電流結果分別如下。

（4）

（5）

由此可見，60Hz系統的峰值短路電動力大于50Hz。在普通電力系統（R/L=22.311S-1）中，峰值短路電流60Hz約為50Hz的1.04倍，峰值短路電動力60Hz約為50Hz的1.08倍。

正如公式2.20和公式2.21計算所示，與50Hz相比60Hz達到峰值的半波時間從10mS縮短到8.3mS，峰值電流沖擊系數，即峰值電流Ism與交流分量有效值Icc的比值，50Hz為2.5，60Hz為2.6。例如，額定斷流電流31.5KA在50Hz頻率下的考核的峰值短路電流為80KA，而在60Hz頻率下考核為82KA，額定短路電流為40KA在50Hz和60Hz條件下分別為100KA和104KA。因此，在開關產品設計時，需要考慮頻率對電動力峰值的影響。

3 總結

（1）相同短路條件下，60Hz電力系統電流達到短路峰值更早，60Hz情況下為8.3mS，50Hz情況下為10mS。

（2）因短路周期不同，60Hz電力系統峰值短路電流Ism是額定短路電流的2.6倍，50Hz是額定短路電流的2.5倍。

（3）通過理論計算可得，相同短路條件下60Hz電力系統更為嚴酷，6Hz峰值短路電動力為50Hz短路電動力的1.1倍。

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關鍵詞：低壓斷路器；反時限過電流脫扣器；定時限過電流脫扣器；瞬動脫扣器；供配電系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM561 文章編號：1009-2374（2016）02-0110-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.054

低壓斷路器具有體積小、機構緊湊、安裝方便等特點，被廣泛應用于配電線路及電動機保護領域。隨著電氣技術的不斷發展，低壓斷路器性能也得到日益完善和提高，現已逐步實現智能化、模塊化和小型化，與此同時，低壓斷路器的可靠性和安全性均得到很大提高。但在使用低壓斷路器的過程中應合理選型，避免因斷路器選型不當造成其不能發揮應有的保護作用，使配電系統在運行中存在一定安全隱患，對使用人員的人身安全構成一定威脅。

1 低壓斷路器簡介

1.1 低壓斷路器分類

低壓斷路器（以下簡稱斷路器）按使用類別可分為A類（非選擇型）和B類（選擇型）；按設計型式可分為萬能式（或框架式）斷路器、塑料外殼式斷路器及微型斷路器；按用途可分為配電用斷路器、電動機保護用斷路器和漏電斷路器，其他分類不再列舉。

1.2 斷路器過電流脫扣器

1.2.1 斷路器過電流脫扣器主要包括長延時脫扣器（反時限特性）、短延時脫扣器（根據不同的動作電流，呈現反時限和定時限特性）、瞬動脫扣器。

1.2.2 反時限過電流斷開脫扣器在基準溫度下，在約定不脫扣電流，即電流整定值的1.05倍時，脫扣器的各相極同時通電，斷路器從冷態開始，在小于約定時間內不應發生脫扣；在約定時間結束后，立即使電流上升至電流整定值的1.3倍，即達到約定脫扣電流，斷路器在小于約定時間內脫扣。

1.2.3 瞬時或定時限過電流脫扣器在達到電流整定值時應瞬時（固有動作時間）或在規定時間內動作。其電流脫扣器整定值有±10%的準確度。

1.3 斷路器的選擇應符合的要求

斷路器的額定電壓應與所在回路的標稱電壓相適應；斷路器的額定頻率應與所在回路的標稱頻率相適應；斷路器的額定電流不應小于所在回路的負荷計算電流；斷路器應滿足短路條件下的動、熱穩定要求，用于分斷短路電流時，應滿足在短路條件下分斷能力的要求。

1.4 斷路器的選擇性配合

各級保護電器之間的動作選擇性分為以下三種：

1.4.1 完全選擇性。故障點的所有故障電流值，從過載到金屬性短路故障電流，均由故障點最近的上一級斷路器切斷。

1.4.2 部分選擇性。在全短路故障電流情況下，不能滿足完全選擇性，但可能在某一較低故障值（選擇性極限值）以下具有選擇性。

1.4.3 無選擇性。當故障發生時，無法實現選擇性，可能出現越級跳閘或同時動作。《低壓配電設計規范》規定，配電線路采用的上下級保護電器，其動作應具有選擇性；各級之間應能協調配合。但對于非重要負荷的保護電器，可采用無選擇性跳閘。

2 各種過電流脫扣器的整定計算

斷路器的實際動作時間還可以根據廠家提供的時間-電流特性曲線直接查取。確定實際動作時間非常重要，可以實現正常工作時不動作、躲過尖峰電流、完成熱穩定校驗、滿足斷路器動作的選擇性等用途。

2.1.5 消防配電線路的過負荷保護。根據《民用建筑電氣設計規范》（JGJ16-2008）規定，消防配電線路應設過負荷及短路保護，其過負荷保護應動作于信號，不動作于脫扣。工程設計中，消防配電線路采用電磁脫扣器（僅有瞬動脫扣器），其過負荷保護功能應借助其他設備實現：（1）采用過載時只報警不脫扣的特殊斷路器，在過載時可提供一個無源信號觸點，從而驅動報警裝置；（2）利用數顯表的報警功能，在實際電流超過設定電流時提供報警信號。此時應采用三相表并配合三相CT。如使用單相表，無法檢測另外兩相的故障；（3）電動機可使用熱繼電器提供過載保護，通過其過載信號觸點驅動報警裝置。

2.2 短延時脫扣器的短路保護整定計算

案例分析：某低壓配電房發生短路事故，短路點位于分支母線處，即分支回路斷路器電源側。斷路器智能控制器保留的技術數據：分斷電流18.67kA，動作時間0.5s。斷路器出廠數據：型號CW2-2500/3P，In=2500A；額定極限短路分斷能力Icu=85kA/AC400V；額定運行短路分斷能力Ics=85kA/AC400V；額定短時耐受電流Icw=65kA/AC400V；長延時脫扣器Ir1=1.0In，t1=15s；短延時脫扣器Ir2=8.0In，t2=0.4s，瞬動脫扣器Ir3=12Ir1，接地故障保護位于OFF位置。要求判斷該斷路器是否在規定時間內切除故障線路。

額定極限短路分斷能力Icu>Ik。首先計算動作電流倍數：18.67*1000/2500=7.468倍，未達到預設的短延時脫扣電流倍數（8倍），查產品樣本，應根據I2T2=（8Ir1）2t2校驗。T2=（8*1*2500）2*0.4/（18.67*1000）2=0.459s。根據廠家樣本，動作時間允差為±15%，則斷路器允許動作時間為（0.459*1.15）s=0.528s。本案例斷路器動作時間0.5s在此時間范圍內切除故障線路。

I′stM1――線路中最大一臺電動機的全啟動電流，A，包括周期分量和非周期分量，其值可取電動機啟動電流IstM1的2倍

Ijs（n-1）――除啟動電流最大的一臺電動機以外的線路計算負載電流，A

如果沒有人為的延時環節，瞬動脫扣器一旦啟動，必將觸發后繼動作，分閘在所難免。啟動沖擊電流在1/4周期（0.005s）即達峰值，瞬動原件是否啟動僅取決于電磁力的大小，與后繼的斷路器機械動作固有時間無關。因此，為防止斷路器在電動機啟動時誤動作，其瞬動脫扣器的動作電流應躲過啟動電流峰值或至少高于第一半波有效值。

2.3.3 瞬動脫扣器用于電動機的短路保護。

第一，斷路器瞬動脫扣器動作電流與長延時脫扣器動作電流之比（以下簡稱瞬動電流倍數）宜為14倍左右或10～20倍可調。

第二，僅用于短路保護時，即在另行裝設過載保護電器（如熱繼電器等）的常見情況下，宜采用只帶瞬動脫扣器的斷路器或把長延時脫扣器作為后備過電流保護。

第三，兼作過載保護時，即在沒有其他過載保護電器的情況下，斷路器應設瞬動脫扣器和長延時脫扣器，且必須為電動機保護型。

第四，兼作低電壓保護時，即不另裝接觸器或起動器的情況下，斷路器應裝有低電壓脫扣器。

第五，斷路器的各種附件應根據電動機的控制要求裝設。

第六，瞬動脫扣器的整定電流應為電動機啟動電流的2～2.5倍，本文取2.2倍。

第七，長延時脫扣器用作后備保護時，其整定電流應按滿足相應的瞬動脫扣整定電流為電動機起動電流2.2倍的條件確定。

第八，長延時脫扣器用作電動機過載保護時，其整定電流應接近但不小于電動機的額定電流，且在7.2倍整定電流下的動作時間應大于電動機的啟動時間。同時，相應的瞬動脫扣器應滿足第六條的要求，否則應另設過載保護電器，而不得隨意加大長延時脫扣器的整定電流。

2.4 斷路器接地故障保護的整定計算

《低壓配電設計規范》規定，相線對地標稱電壓為220V的TN系統配電線路的接地故障保護，其切斷故障回路的時間應符合下列規定：（1）配電線路或僅供給固定式電氣設備用電的末端線路，不宜大于5s；（2）供給手握式電氣設備和移動式設備的末端線路或插座回路，不應大于0.4s。

以下介紹TN、TT及IT系統發生接地故障時斷路器脫扣器的選擇及整定方法。

案例分析：某回路由低配室放射供電，變壓器容量1000kVA，Uk=6%，出線開關QF1（Ir1=50A），配線YJV-5x16，線路末端下級斷路器采用A類微斷QF2（MCB-C32/1P，Ir1=32A，Ir3=10Ir1=320A）。設QF2前端A點發生接地故障，QF2后端B點發生接地故障，試對QF1進行接地故障保護整定計算。

第一種情況：線路長100m，A點發生單相接地故障時，查得Id=0.61kA，則根據式（9），Ir3≤（0.61*1000）Ir1/（1.3*50）=9.38Ir1，取整后Ir3=9，則Ir3=9*50A=450A。

第二種情況：線路長100m，B點發生單相接地故障時，由于A、B點僅相隔QF2，其阻抗可忽略不計，則QF1整定計算同上。

此兩種情況下，QF1的Ir3=450A，QF2的Ir3=320A，450/320=1.406倍，可滿足選擇性要求的1.3或1.4倍。

第三種情況，線路長140m，查得Id=0.44kA，則根據式（9），Ir3≤（0.44*1000）Ir1/（1.3*50）=6.77Ir1，取整后Ir3=6，則Ir3=6*50A=300A。此時若B點發生單相接地故障，上下級斷路器已不具選擇性。

第四種情況：條件同第三種情況，但QF2所保護的設備為15kW鼠籠式電動機。按電動機保護整定計算，Ir3≥2.2*7*15/0.8/0.38/1.732A=438.72A，QF2選用D型斷路器，即Ir1=32A，Ir3=14Ir1=14*32A=448A，而QF1的Ir3=300A。此時電動機啟動，必將越級跳閘。

第二，提高TN系統接地故障電流Id的措施：選用D，yn11變壓器，其零序阻抗比Y，yn0變壓器小很多，Id明顯增大；增大電纜截面以降低阻抗，此方案不適用于裸干線及架空線等電抗較大的線路；改變線路結構，如改裸干線及架空線為封閉母線或電纜，以降低阻抗。

當變壓器容量較小時，配電線路較長而保護電器的整定電流不能滿足靈敏度系數的要求時，可減少配電級數，以減小整定電流。

第三，當采用短路保護兼做接地故障保護，不能滿足其靈敏度要求或不能滿足選擇性要求時，還可采用帶接地故障保護的斷路器。

零序電流保護：檢測零序電流通常在斷路器后三個相線上各裝設一只電流互感器（也可在中性線上安裝一個零序互感器），取3只互感器的矢量和乘以變比，即零序電流：IN=IL1+IL2+IL3。

剩余電流保護：檢測剩余電流通常在斷路器后三個相線及中性線上各裝設一只電流互感器（或采用專用剩余電流互感器），取4只互感器二次側電流的向量和乘以變比，即剩余電流：IPE=IN+IL1+IL2+IL3。為避免誤動作，斷路器采用剩余電流保護時，其接地故障電流整定值應躲過正常運行時線路和設備的泄露電流，通常取泄露電流總和的2.5～4倍。剩余電流保護整定值可在滿足Id≥1.3Ir4的前提下盡可能選大一些，甚至可選斷路器允許的IΔn最大值。剩余電流保護適用于TN-S系統，但不適用于TN-C系統。

2.4.2 TT系統。TT接地系統常用于工業與民用建筑的照明、動力混合供電的三相四線配電系統，三相不平衡電流較大。發生單相接地時，Id回路阻抗包括相線阻抗、PE線阻抗、負載側接地電阻、電源側接地電阻、接觸阻抗等。由于負載側接地電阻和電源側接地電阻值一般均比較大，TT系統的故障環路阻抗大，產生的單相接地故障電流遠小于不平衡電流，所以TT系統不能采用短路保護兼做接地故障保護，也不能采用零序電流保護。TT系統采用剩余電流保護的整定計算同TN系統。

2.4.3 IT系統。三種系統中，IT系統接地故障電流最小，用于對供電可靠性要求較高、對單相接地不需要立即切斷的供電回路。發生接地故障時，需發出絕緣破壞信號。目前最典型的IT系統就是10kV配電系統，采用中性點不接地或經高電阻接地的運行方式（小電流接地系統）。該系統最大的優點是發生單相接地故障時，不破壞系統電壓的對稱性，且故障電流值較小，不影響對用戶的連續供電。電力系統供電規程規定，發生接地故障時，可帶故障運行1～2小時。

3 結語

在使用斷路器作為保護電器時，只有正確分析負載性質、結合斷路器保護特性選擇斷路器，才能有效切除事故回路，保證供配電系統的可靠運行。除了技術上的必要性和可靠性，還要兼顧經濟上的可行性和實用性，才能使斷路器的選擇滿足合理性要求。

參考文獻

[1] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2007.

篇9

關鍵詞：城市軌道交通；直流牽引式；短路

中圖分類號： C913.32文獻標識碼： A

引言

做好城市軌道交通直流牽引供電網，不僅僅可實現車輛的跨線運行、將備用車數量不斷減少，也可以減少車輛以及牽引供電系統設備的備品備件品種以及數量、可以方便備品備件的統一調配，此外，還可以便于車輛以及牽引供電系統檢修設施、人力資源的綜合利用以及管理。

一、軌道交通供電系統結構 

1-城市電網 2—主變電站 3—直流牽引變電所 4—饋電線5—接觸網 6—走行軌道

7—回流線

圖1 地鐵供電系統

如圖1地鐵供電系統所示，地鐵供電系統負責為車輛及供電設備提供動力能源，一般包括高壓供電系統(外部電源，即城市電網提供的交流電源點如110 kV：35 kV或10 kV等)和地鐵內部供電系統2大部分。地鐵內部供電系統由牽引供電系統和動力照明供電系統組成 。牽引供電系統中的牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動車輛運用的低壓直流電，饋電系統再將牽引變電所的直流電送到接觸網上，電動車輛通過受流器與接觸網接觸而獲得電能。。

2、直流短路故障分析的工程意義

直流牽引網線路保護是保障牽引系統安全運行的一個重要環節。與交流系統相比，直流牽引系統在結構、運行方式以及故障特征方面存在著較大的差異，使得直流牽引系統線路保護的實現也有其獨特之處，需要具體問題具體分析。在地鐵供電系統中，短路故障分析極其重要，通過它可以正確地進行設備選擇，整定直流開關及保護裝置，驗證直流牽引供電系統運行的可靠性并校核測試段牽引直流回路的完整性。高速直流斷路器作為大電流故障的主保護裝置，隔斷線路正負極間金屬性或近端經小過渡電阻的大電流。

根據直流牽引系統的故障特點，當直流側近端發生正負極直接金屬性短路時，電流上升率很大，故障電流甚至可高達到數萬安培，此時直流斷路器本體大電流脫扣須可靠、迅速地動作以切斷故障電流。對于高速直流斷路器本體大電流脫扣的整定，當采用雙端供電方式時，其整定保護范圍應該大于線路的一半，避開機車正常運行時可能產生的最大負荷電流峰值，并考慮一定的可靠性系數。從未來發展來看，為了減少地鐵牽引供電系統內部故障，需要構建先進的城市軌道交通電力綜合自動化。3、保護配置原則

軌道交通直流牽引供電系統每個供電分區可以是單邊供電、雙邊供電或大雙邊供電。當發生接觸網故障時，不只是靠近短路點的2座牽引變電所向短路點供電，而是全線的牽引變電所都向短路點供電。因此直流牽引供電系統的保護計算不能簡單套用一般的交流系統保護計算方法，應根據直流牽引供電的特點整定計算。

直流系統的多數保護都是為了切除正極對負極短路故障,一般為大電流脫扣、DDL-Delta-I保護,框架保護則是為了切除正極對地短路故障。

2.1、大電流脫扣保護

用以快速切除金屬性近端短路故障,通過斷路器內設置的脫扣器實現。一旦檢測到瞬時短路電流超過保護定值,磁場產生的作用力將使斷路器動、靜觸頭迅速脫扣,使斷路器跳閘,起到保護作用,其固有動作時間僅幾毫秒,往往先于電流上升率及電流增量保護動作。

2.2、di/dt和ΔI保護

兩種保護相互配合使用,簡稱DDL-Delta-I,應用于中、遠端短路故障保護,既能切除近端短路電流,也能切除大電流脫扣保護不能切除的故障電流較小的遠端短路故障,誰較早激活就由誰先出口跳閘。

2.3、框架保護

直流設備外殼即為框架,框架泄露保護由電流元件和電壓元件組成。當任意一個直流設備內發生正極對外殼短路時,接地電流通過框架電流元件流入綜合接地網,再通過鋼軌與地之間的絕緣泄漏電阻回到鋼軌(負極)。當接地電流超過整定值(80 A)時,框架泄漏保護的電流元件迅速動作。電壓元件檢測設備外殼與直流設備負極之間的電位差,等價于鋼軌和地之間的電壓,與軌電位限制裝置配合使用。

電壓型框架保護定值和時間要與軌道電位限制裝置相互配合，電壓型框架保護的電壓定值和時間上遲后于軌道電位限制裝置。電流型框架保護定值和時間要求，屬于小電流接地故障，其電壓和電流檢測對故障點的定位都比較困難，選擇性較差，電流元件動作說明有主絕緣擊穿。一旦保護出口，整流機組高壓側斷路器及所有直流斷路器跳閘，并跳同一供電區的相鄰牽引變電所直流斷路器，同時閉鎖本所、相鄰牽引變電所直流斷路器。電流元件由于靈敏度過高，可調整定值，定值為35～85 A，蘇州軌道交通一號線框架保護定值為80 A，動作時限為0 s。電壓型框架保護裝置與軌道電位限制裝置定值和時間配合的參數可供類似的工程借鑒

4、直流系統短路故障原因

牽引電流經直流饋線開關、饋線電纜、上網隔離開關輸送到接觸網上,再經列車、鋼軌、回流線回到負極,形成一個有效的閉合回路。造成直流牽引供電系統短路故障的原因總體來說歸納為以下兩大類。

4.1、 正極對負極短路故障

多數是由于架空接觸網對鋼軌短路所引起的,如接觸網斷線掉落到鋼軌上、機車頂部對接觸網放電、錯誤掛接地線等,造成直流正極對負極瞬時短路,短路電流可達幾萬安,導致直流開關大電流脫口保護瞬間動作,DDL-Delta-I相繼啟動。

4.2、正極對大地短路故障

設備本體:老鼠、蜈蚣等小動物爬入帶電回路；小金屬線頭、未使用的螺絲、墊圈等零件,掉落在帶電回路上,造成直流正極與框架短路,引起框架保護動作。線路:可能是接觸網、饋線或變電所饋線電纜接地；絕緣子擊穿、折斷；隔離開關處于接地狀態、引線脫落；接觸網對架空地線放電；機車主回路接地等。正極接地故障多為持續性短路故障,如不及時清除,容易將故障擴大為直流正極通過綜合接地裝置、鋼軌與地之間的泄露電阻到負極的短路事故,對多處直流設備將造成嚴重燒損,會產生較大的破壞性以及危害。

5、直流系統短路故障排查方法

為盡快恢復供電,同時避免斷路器合到在故障線路上,直流開關保護模塊具有通過線路測試,判別故障性質的自動重合閘功能。重合閘成功與否和保護動作情況可作為判別短路故障原因的重要依據。

5.1、重合閘原理

線路測試功能通過測量直流母線電壓和饋線電壓可以判斷出主回路是否正常工作,這樣一來,線路測試回路電阻Rx將決定斷路器是否被允許合閘。根據計算結果可知：

Rx>2 .5Ω ,瞬時性故障 ,重合閘成功。

R x

5.2、重合閘成功

一般是由列車故障等外部原因或接觸網短時閃絡造成金屬性短路所致,多為瞬時性短路故障,且保護類型多為大電流脫扣、DDL-Delta-I。此時供電設備均能夠正常運行,應注意觀察設備運行狀況并對直流開關動作過程進行錄波；組織該趟列車下線運營,安排接觸網人員對故障區段正線進行登乘巡視,待運營結束后組織相關專業對直流開關本體、接觸網、列車做詳盡的檢查和分析。

5.3、重合閘不能成功

此時故障應為持續性故障。若框架保護動作,應嘗試對故障信號進行復歸。若復歸成功,經電調允許后進行試送電,按照電調要求作進一步處理；若不能復歸,則解除故障所對相鄰牽引變電所的閉鎖條件,退出本所的整流機組,通過越區開關進行大雙邊供電。若大電流脫扣保護動作,故障點有可能在饋線至上網電纜處,現場人員應聽從電調安排進行設備檢查。

6、結語

直流牽引供電網的關系比較復雜,其短路故障的原因比較多,不容易找到,應該根據故障的現象、保護動作情況、重合閘情況等等情況進行綜合的分析，保證城市交通的順暢，方便人們的生活。

參考文獻：

[1]王乃永,艾兵,李靜,曹暉,吳廣寧. 城市軌道交通直流牽引供電網短路故障分析[J]. 大功率變流技術,2010,03:24-27+32.

篇10

[關鍵詞]110kV ；變電站電氣；短路電流

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）27-0075-01

引言

電力工程設計是電力基本建設的重要環節，工程能否如期建成投運，保證質量，節約投資，取得更好的經濟效益，設計是關鍵。而變電站是整個電力系統中最為重要的組成部分之一，也是電網的主要監控點，其運行質量的優劣，直接關系到供電質量。變電站是由諸多一次設備組成，在對其進行設計時，必須合理選擇好一次設備，這是確保變電站安全、穩定、可靠運行的關鍵。

1.110kV變電站變壓器的選擇

1.1 變壓器是110kV變電站中較為重要的電氣設備之一，它的選擇對于變電站的安全、可靠、穩定、經濟運行有著至關重要的作用。當變電站負荷滿足以下條件中的任何一條時，均必須安裝至少兩臺以上的變壓器。

①存在大量的一級負荷，或者雖屬于二級負荷但從安全角度考慮時。

②季節性負荷變化較大的地區。

③幾種特定負荷較大的情況下，如動力電與站名共用變壓器、電源系統不接地、電氣裝置外露等等。

1.2 變電站中一般都配有兩臺或兩臺以上的主變，當某一臺變壓器出現故障時，可以將其上的負荷轉移到另一臺變壓器上，以確保電力系統能夠正常供電。對110kV變電站而言，安裝幾臺變壓器更合理，要按照該區域的具體供電條件、負荷性質、運行方式等等進行確定。具體來說，主要是以下幾個方面

①確定主變容量。在總負荷一定時，當停止其中某一臺變壓器，要求供電能力保持不變。

②變壓器自身的容量上限。

③變壓器的實際占地面積。由于110kV變電站多位于市區，節約變壓器的占地面積顯得尤為重要。而安裝三臺變壓器顯然要比兩臺占地面積大。

④設備投資。當采用高壓有斷路的接線方式時，通常都會使用SF6斷路器，而采用T接線方式或是線路變壓器組接線方式時，則需要建設出線間隔，這樣一來投資勢必會有所增大。

⑤短路電流水平。當變壓器單臺容量提高以后，勢必會使低壓側的短路容量有所增大，這樣一來就會給10kV配電設備的選型帶來一定的困難。為此，當變壓器容量較大致使10kV配電無法選用輕型設備時，應采取限制短路電流的措施。

⑥變壓器成本。

選用兩臺變壓器與三臺變壓器所需的總容量要相對較多，但總體投資卻所差無幾。若是以兩臺主變和三臺主變兩種方案為例，兩臺變壓器的方案要比三臺占地面積小很多，并且投資成本和運行維護費用也都低得多，同時容載比較大、電網適應能力強，優越性非常明顯。但需要注意的是，隨著城市的不斷發展，用電密度勢必會有所增加，加之為了進一步提高變電站運行的安全性和靈活性，110kV變電站的電氣設計上，應當采用三臺主變，這是變電站一次電氣設備設計的必然趨勢。

2.主接線方式的選擇

在實際設計中經常會采用較為復雜的主接線，這種接線方式有許多不足，如接線方式較為復雜、運行操作過于頻繁、檢修維護量大、投資成本大、占地面積多等等。為了解決以上各種問題，在變電站電氣設計中，應當按照實際負荷性質、電氣設備特點、變壓器負載率以及上級電網強度等等因素確定主接線方式。

本文以某城區110KV總降壓變電站為設計目標，該變電站為110KV/10KV降壓變電站，110kv有兩回線路，10kv有十回線路110KV電源進線，采用外橋式接線的設計方案，主變壓器2臺。采用西安高壓開關廠生產的戶內布置的全封閉式GIS高壓組合電器設備，由斷路器、隔離開關、接地開關和故障接地開關進行控制保護。并引用北京四方立德公司的LDS311主變壓器差動、本體保護測控裝置；LDS321A、LDS321B主變壓器后備高低壓側保護裝置。其電氣主接線圖如下圖。

10KV側電氣主接線設計：10kv側出線有十回，故考慮單母接線和單母分段，優缺點比較如下：

單母接線， 不夠靈活可靠，母線或隔離開關故障或檢修時均使整個配電裝置停電 接線簡單清晰，設備少，操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置；單母分段接線， 用斷路器把母線分段后，對重要用戶可以從不同段引出兩個回路，有兩個電源；當一段母線故障時分段斷路器能將故障切除保證正常段的不間斷供電和不致使用戶停電 簡單經濟方便實用，克服了單母接線的缺點。

10kv側出線有十回，按照規程規定：單母分段既具有單母接線簡單經濟方便的優點，又在一定程度上克服了它的缺點，對重要用戶從不同段引出兩個回路，使重要用戶有兩個電源，提高了供電可靠性。現在220kv及以下變電所供應當地的6-10kv配電裝置，由于采用了制造廠制造的成套開關柜，地區電網成環網運行檢修水平的迅速提高，采用單母分段一般能滿足要求。

3.短路電流的計算

為了選擇斷路器等電器設備或對這些設備提出技術要求；評價并確定網絡方案；研究限制短路電流的措施；為繼電保護整定和調試提供數據；分析計算送電線路對通訊設施的影響。在電力系統設計中，短路電流的計算應按照遠景規劃水平考慮，遠景規劃水平一般按建成后5-10年。計算內容為系統在最大運行方式時各樞紐點的三相短路電流。工程設計中，短路電流計算均采用實用計算法。所謂實用計算法是指在一定的假設條件下計算出短路電流的各個分量，而不是用微分方程求解短路電流的完整表達式。

4.結語

城市變電站是城市電力系統的重要組成部分，因而，為了不斷提高城市電力系統的運行穩定性和提高其供電質量，從而使變電站的建設帶來更大的投資收益和社會收益，要隨著電力系統的發展不斷優化變電站電氣一次設計，這就要求我們從優化設計思路、積極采用新型設備、優化電氣布置等方面共同努力。

參考文獻

[1] 潘建勛、丘豐隆.城市變電站一次設計分析.[J].北京電力高等專科學校學報.2011（1）：12.