什么是短路电流?

[拼音]：duanlu dianliu

[外文]：short-circuit current

电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接（短路）时流过的电流。在三相系统中发生短路的基本类型有三相短路、两相短路、单相对地短路和两相对地短路。三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的，故称为对称短路；其他几种短路均使三相电路不对称，故称为不对称短路。在中性点直接接地的电力网络中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发生短路时，由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程，使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的额定电流许多倍。短路电流的大小取决于短路点距电源的电气距离。例如在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达发电机额定电流的10～15倍。在大容量的电力系统中，短路电流可高达数万安。

在发生短路时，电力系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒的时间。在这个暂态过程中，短路电流的变化是很复杂的。图示为具有自动励磁调节的发电机出口三相短路时，一相电流的变化曲线。图>中的曲线表明：

（1）短路电流it由对称的周期分量iz和不对称的非周期分量if两部分合成。

（2）短路电流的非周期分量是由于磁链守恒原理电流不能突变而产生的自由电流。它的初瞬值i


取决于短路瞬间的相位，并按照短路回路的时间常数Ta随时间按指数规律衰减，一般经过 0.15～0.2秒即衰减完毕。

（3）短路电流周期分量由次暂态短路电流分量i"、暂态短路电流分量i┡和稳态短路电流分量i三者构成。

次暂态短路电流分量i"与发电机阻尼绕组中所感应的电流有关，按指数规律衰减，其时间常数 Tа"一般为0.03～0.1秒，可在10个周波内衰减完毕。

暂态短路电流分量i┡与发电机励磁绕组中所感应的电流有关，也按指数规律衰减，其时间常数 Tа┡一般为0.5～3秒，比次暂态短路电流分量的衰减慢得多。

自由分量和次暂态与暂态短路电流衰减结束后，便进入稳定的短路状态。如果不存在发电机自动励磁调节的作用，稳态短路电流i∞就等于稳态短路电流分量i；在自动励磁调节作用下，稳态短路电流将由i逐渐增加到稳态值i∞。

综上所述，短路电流的幅值随时间变化的表达式可以写成

式中i


为非周期分量的初瞬值；


为次暂态短路电流周期分量幅值；


为暂态短路电流周期分量幅值;I


为稳态短路电流周期分量幅值。

在最严重的情况下，约在短路后半个周波（0.01秒）将出现短路电流最大瞬时值，称为冲击电流。冲击电流将产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。冲击电流i


可用次暂态短路电流周期分量


通过下式估算

式中


，为短路冲击系数，其值在1～2之间。实用计算中，若Tа取0.05秒，则K


=1.8。

次暂态短路电流周期分量有效值


，是计算断路器遮断容量的依据。在选择高速断路器时，其遮断电流值还须计及短路电流非周期分量的影响。在实用计算中，可用下列近似公式

式中αf为非周期分量系数。其值与Tа、继电保护的动作时间?投下菲鞯姆终⑹奔溆泄亍５敝鞅；ざ魇奔浼由隙下菲鞣终⑹奔湓?0.04～0.12秒时，αf一般取1.1～1.4。

求解次暂态短路电流周期分量起始值是短路电流计算的主要任务。计算时采用如下假定：

（1）各发电机均取次暂态电抗X姏作为其等值电抗。发电机次暂态电动势的标幺值取为 1。

（2）一般情况下负荷电流忽略不计。

（3）忽略线路对地电容和变压器励磁回路。

系统中任一点对称三相短路电流周期分量起始值等于该点短路前的电压（取标幺值为 1）除以从该点向网络看进去的等值阻抗Z∑

不对称短路电流的计算采用对称分量法。

简单网络的对称三相短路电流可用网络化简的方法手算。复杂电网的对称短路和不对称短路电流计算须借助于计算工具完成。最初的短路电流计算工具是1916年出现的直流计算台。由于它原理简单、运行可靠，在很长时间内是计算短路电流的有效工具。

电子计算机的应用给实用的短路电流计算带来显著变化：

（1）可考虑复杂的数学模型。如发电机及其调节系统的详细模拟、计入负荷电流的影响、考虑线路的对地电容等，使计算结果更加精确。

（2）可计算实际系统暂态过程中短路电流的变化。

（3）可计算不同地点、不同相别同时发生短路或其他故障的多重复故障方式

短路电流的分析、计算是电力系统分析的重要内容之一，它为电力系统规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析系统事故提供了有效的手段。

参考书目

东北电业管理局调度局编：《电力系统运行 *** 作和计算》，水利电力出版社，北京，1977。西安交通大学、清华大学、浙江大学、湖南大学、成都工学院、水利电力部电网调度研究所合编：《电力系统计算》，水利电力出版社，北京，1978。

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