三相交流系统短路电流计算GBT 155441995Word下载.docx

三相交流系统短路电流计算GBT 155441995Word下载.docx

《三相交流系统短路电流计算GBT 155441995Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相交流系统短路电流计算GBT 155441995Word下载.docx（41页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

即：

3.7短路电流直流（非周期）分量iDCD.C（aperiodic）componentofshort-circuitcurrent

短路电流上下包络线间的平均值，该值从初始值衰减到零值（见图1和图12）。

3.8短路电流峰值iPpeakshort-circuitcurrent

预期（可达到的）短路电流的最大可能瞬时值（见图1和图12）。

短路电流峰值的大小与短路发生的瞬间有关。

三相短路电流峰值ip的计算只对会出现最大短路电流的某相和某一瞬间进行。

不考虑连续发生的故障。

三相短路指三相同时短路。

3.9开断电流short-circuitbreakingcurrent

3.9.1对称开断电流Ibsymmetricalshort-circuitbreakingcurrent

在开关设备的第一对触头分断瞬间，预期短路电流对称交流分量在一个周期内的有效值。

3.9.2不对称开断电流Ibasymasymmetricalshort-circuitbreakingcurrent

不对称开断电流Ibasym按下式计算：

3.10稳态短路电流IKsteady-stateshort-circuitcurrent

暂态过程结束后的短路电流有效值（见图1和图12）。

3.11对称堵转电流ILRsymmetricallooked-rotorcurrent

在额定电压Urm和额定频率下，异步电动机转子堵住时的最大对称电流有效值。

3.12等效电路equivalentelectriccircuit

用理想元件组成的网络来描述一个电路性能的模型。

3.13（独立）电压源（independent）voltagesource

用一个不受电路中所有电流和电压影响的理想电压源和一个无源电路元件相串联来表示的有源电路元件。

3.14系统标称电压Umnominalsystemvoltage

电力系统被指定的电压（线电压），此电压与电力系统的某些运行特性有关。

3.15等效电压源

equivalentvoltagesource

为计算正序系统短路电流，而加于短路点的理想电压源。

在网络中，等效电压源是唯一的有源电压。

3.16电压系数cvoltagefactorc

等效电压源与被

除的系统标称电压之比，该值在表1给出。

3.17同步电机的超瞬态电热EsubtransientvoltageE”ofasynchronousmachine

短路瞬间，在超瞬态电抗I〃d后起作用的同步电机对称内电势的有效值。

3.18远端短路far-fromgeneratorshortcircuit

预期（可达到的）短路电流对称交流分量的值在短路过程中基本保持不变的短路。

3.19近端短路near-togeneratorshortcircuit

至少有一台同步电机供给短路点的预期对称短路电流初始值超过这台发电机额定电流两倍的短路；

或同步和异步电动机反馈到短路点的电流超过不接电动机时该点的对称短路电流初始值I〃K的5%的短路。

3.20短路点F的短路阻抗short-circuitimpedancesattheshort-circuitlocationF

3.20.1三相交流系统的正序短路阻抗

positive-sequenceshort-circuitimpedance

ofathreephasea.c.system

从短路点看的正序系统阻抗（见第8.3.1条和图4a）。

3.20.2三相交流系统的负序短路阻抗

negative-sequenceshort-circuitimpedance

ofathreephasea.c.system

从短路点看的负序系统阻抗（见第8.3.1条和图4b）。

3.20.3三相交流系统零序短路阻抗

zero-sequenceshort-circuitimpedance

ofathree-phasea.c.system

从短路点看的零序系统阻抗（见第8.3.1条和图4c）。

3.20.4三相交流系统短路阻抗

short-circuitimpedance

ofathree-phasea.c.system

用作三相短路电流计算的正序短路阻抗的简略表示符号。

3.21电气设备的短路阻抗short-circuitimpedanceofelectricalequipment

3.21.1电气设备的正序短路阻抗

positive-sequenceshort-circuitimpedance

ofelectricalequipment

当由对称的正序电压系统供电时，线对中性点电压同电气设备相应相的短路电流之比（见第8.3.2条）。

当负序阻抗和零序阻抗不可能同正序阻抗混淆时，表示正序阻抗的下标可以省略。

3.21.2电气设备的负序短路阻抗

negative-sequenceshort-circuitimpe-dance

当由对称的负序电压系统供电时，线对中性点电压同电气设备相应相的短路电流之比（见第8.3.2条）。

3.21.3电气设备的零序短路阻抗

zero-sequenceshort-circuit

ofelectricalequipment

当用三条并联的导线作为电流进线，第四根导线或大地作为回线，设备由交流电压供电时，线对地电压与电气设备相连的一个相的短路电流之比（见第8.3.2条）。

3.22同步电机的超瞬态电抗X〃dubtransientreactanceX〃dofasynchronousmachine

短路瞬间的有效电抗。

计算短路电流时，用的饱和值。

3.23断路器的最小延时tminminimumtimedelaytminofacircuitbreaker

从短路开始至开关设备第一对触头分离间的最短时间间隔。

时间tmin指瞬动继电器的可能最快动作时间与断路器的最短分离时间之和，不包括跳闸机构的可调延迟时间。

4符号、下角符和上角符

字母下划一横线表示复数，如

。



计算时可用有名值或相对值，因此标准中列出的公式没有注明单位。

用有名值计算时，本标准都用法定计量单位。

4.1符号

A非周期分量的初始值

c电压系数

等效电压源（有效值）

E〃同步电机超瞬态电势

f频率（50Hz）

Ib对称开断电流（有效值）

Ibasym不对称开断电流（有效值）

Ik稳态短路电流（有效值）

IKP在复励发电机端短路时的稳态短路电流

I〃K或I〃K3对称短路电流初始值（有效值）

ILR异步电动机堵转电流

iDC短路电流中的非周期分量

iP短路电流峰值

K阻抗校正系数

PKT变压器的负载损耗

q用于计算异步电动机开断电流的系数

qn标称截面

R和r电阻有名值和相对值

RG计算电流I〃K和iP时的同步电机的假想电阻

S〃K对称短路功率初始值（视在功率）

Sr电气设备的额定视在功率

tf假想变比

tmin最小延时

tr额定变比（分接位开关于主分接时）

Un系统标称电压,线电压（有效值）

Ur设备的额定电压,线电压（有效值）

ukr阻抗电压,%

uRr电阻电压,%

、

正序、负序和零序电压

X和x电抗有名值和相对值

Xd和Xq直轴同步电抗和交轴同步电抗

Xdq考虑励磁影响后，在复励发电机端稳态短路时的发电机计算电抗

X〃d和X〃q直轴超瞬态电抗和交轴超瞬态电抗（二者均为饱和值）

短路比的倒数

正序短路阻抗

负序短路阻抗

零序短路阻抗

η异步电动机效率

κ短路电流峰值计算系数

λ稳态短路电流计算系数

μ对称短路开断电流计算系数

u0真空绝对导磁率

ρ电阻率

φ相角

4.2下角符

（1）正序

（2）负序

（0）零序

f假想值

k或k3三相短路

k1单相接地短路或单相对中性线短路

k2两相不接地短路

k2E和kE2E两相接地短路时的线电流和流入地或中性线的电流

max最大值

min最小值

n标称值

r额定值

rs1结果

t换算值

AT厂用变压器

B母线

E大地

F故障点或短路点

G发电机

HV高压，变压器高压绕组

LV低压，变压器低压绕组

L相线

LR堵转转子

La、Lb、Lc三相系统的a、b、c相线

M异步电动机或异步电动机组

M断开异步电动机（组）或不考虑异步电动机（组）

MV中压，变压器中压绕组

N三相交流系统的中性线

P端，极

PSU发电机—变压器组

Q馈电网络连接点

T变压器

4.3上角符

″初始（超瞬态）值

′单位长度电阻或电抗

图1远端短路时的电流波形图

I″k—对称短路电流初始值；

iP—短路电流峰值；

Ik—稳态短路电流；

iDC—短路电流的非周期分量；

A—非周期分量iDC的初始值

5短路电流非周期分量iDC

在计算短路电流时，不仅要计算短路电流的对称交流分量，还要计算短路后瞬间出现的短路电流峰值iP，它的值与频率f和X/R有关。

在网状电网中，有若干个时间常数，因此在计算iP和iDC时不可能给出计算精度高的简易方法。

标准第9.1.3.2条推荐有关iP的计算方法。

在计算不对称开断电流ibasym时，应算非周期分量iDC（见图1和图12）。

iDC的计算公式如下：

（1）

式中：

I〃k——对称短路电流初始值；

f——电力系统标称频率,50Hz；

t——时间；

R/X——短路阻抗的电阻与电抗之比。

对于网状电网中的短路，按第9.1.3.2条方法B计算时，应在式

（1）右边乘1.15；

按第9.1.3.2条方法C计算时，其等效频率按下面选择：

t

0.01

0.02

0.05

0.1

0.25

fc/f

0.4

0.27

0.15

0.092

0.055

其中：

f=50Hz。

6计算前提条件

在计算短路电流时，根据不同用途需要计算最大和最小短路电流，用于选设备容量或额定值需要计算最大短路电流和作为选择熔断器、整定继电保护及校核电动机起动所需要的最小短路电流，它们都是以下面条件为基础的：

a.在短路持续时间内，短路相数不变，如三相短路保持三相短路，单相接地短路保持单相接地短路；

b.具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置；

c.不计弧电阻。

对于图2所示的对称短路和不对称短路，可用对称分量法计算其短路电流。

图2短路方式和电流方向

注：

图中箭头方向为任意选定的电流流向

7短路点的等效电压源

对于远端和近端短路都可用一等效电压源计算短路电流。

用等效电压源计算短路电流时，短路点用等效电压源

代替，该电压源为网络的唯一的电压源，其它电源，如同步发电机、同步电动机、异步电动机和馈电网络的电势都视为零并用自身内阻抗代替。

用等效电压源计算短路电流时，可不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式。

用等效电压源时，除零序网络外，线路电容和非旋转负载的并联导纳都可忽略。

计算近端短路时，对于发电机及发电机—变压器组的发电机和变压器的阻抗应用修正后的值（见第10.3.2.6、10.3.2.7和10.3.2.8条）。

同步电机用超瞬态阻抗，异步电动机用堵转电流算出的阻抗。

在计算稳态短路电流时，才需考虑同步机同步电抗和其励磁顶值。

除等效电压源法外，如果能得到同样的计算精度，不排除在特殊情况下，用特殊计算方法，如叠加法，或其它精确计算方法。

图3为一单侧电源馈电并用等效电压源计算短路网络的一个算例。

各阻抗按第8.3.2条计算。

等效电压源

中的电压系数c根据表1选用，计算最大值用最大电压系数（Cmax），最小值用最小电压系数（Cmin）。

图3用等效电压源计算

示意图

表1

标称电压

Un

计算最大短路电流的电压系数

cmax

计算最小短路电流的电压系数

cmin

220/380V

380/660V和1140V

1.00

1.05

0.95

3～35kV

1.10

35～220kV

电压系数c与标称电压Un的积应不超过设备最高电压Um。

用于计算短路电流最大值的等效电压源按式

（2）计算。

a.电压为220/380V：

（2a）

b.电压为380/660V和1140V：

（2b）

c.电压为3～35kV及35～220kV：

（2c）



第二篇短路电流中交流分量不衰减的系统

（远端短路）

8远端短路

远端短路的短路电流波形如图1所示。

对于远端短路，可以认为短路电流的交流分量是不衰减的，即预期短路电流是由不衰减的交流分量和以初始值A衰减到零的非周期分量组成。

因此，可以认为远端短路的对称电流初始值I〃K和稳态短路电流IK（有效值）是相等的，计算远端短路，认为I〃K=Ib=IK，三者相等，只需对I〃K和iP进行计算。

对一电网经变压器馈电的短路，当馈电网络电抗XQt与变压器低压侧电抗XTLV满足关系式XTLV≥2XQt时，可视为远端短路（如图3）。

8.1对称短路

计算对称三相短路时，只需计算正序阻抗

8.2不对称短路

本标准只对以下三种短路形式进行计算：

两相不接地短路（图2b）；

两相接地短路（图2c）；

单相接地短路（图2d）。

通常，三相短路时的电流最大，但在靠近中性点接地的变压器或接地变压器附近发生单相接地短路时，其短路电流可能大于三相短路电流。

具有Yz、Dy和Dz向量组结线的变压器，其低压绕组Y或Z接地时，更是如此。

用对称分量法时，将不对称短路的系统分解为三个独立的对称系统，各相电流由以下三个对称分量系统的电流叠加。



（3a）

（3b）

（3c）

；

（4）

用对称分量法求解时，假定系统阻抗平衡，对不换位线路，短路电流计算的结果也具有可接受的精度。

8.3短路阻抗

在应用此标准时，应区分短路点F的短路阻抗和电气设备的短路阻抗。

用对称分量法时还应考虑序网阻抗。

8.3.1短路点F的短路阻抗

研究短路点F的正序或负序阻抗时，电网内的所有同步电机和异步电动机都用自身的相应序阻抗代替，

图4三相交流系统F点短路时的短路阻抗

根据图4a或图4b即可确定F点的正序或负序短路阻抗

或

，按第9章计算短路电流时，线路电容和非旋转负载的并联导纳均可忽略。

对于三相对称短路，正序阻抗是唯一需用的阻抗，在这种条件下，

旋转电机的正序和负序阻抗可能不相等。

在本篇“远端短路”的计算中，通常取

在短路线和共用回线（如接地系统、中性线、地线、电缆外壳和电缆铠装）间加一交流电压，根据图4c即可确定F点的零序短路阻抗

在计算中性点不接地或经消弧线圈接地的中、高压电力系统中不对称短路电流时，线路零序电容和非旋转负载的零序并联导纳不能忽略。

对于中性点接地的电力系统，在不计线路零序电容情况下，短路电流计算值要比实际值大。

其差值与系统中某些数据有关，如中性点接地变压器间的线路长度。

在计算低压系统中的短路电流时，可忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳。

除特殊情况外，零序短路阻抗与正序短路阻抗不等。

8.3.2电气设备短路阻抗

对于馈电网络、变压器、架空线路、电缆线路、电抗器和其它类似电气设备，它们的正序和负序短路阻抗相等，即

计算线路零序阻抗时，在零序网络中，假设在三条平行导线和返回的共用线间有一交流电压，共用线流过三倍零序电流，如图5d所示。

一般情况下，零序短路阻抗与正序短路阻抗不相等。

可以小于、等于和大于

图5测量零序短路阻抗接线图

图6电网馈电短路的系统图和等值电路

8.3.2.1馈电网络阻抗

如图6a所示，由电网向短路点馈电的网络，仅知节点Q的对称短路功率初始值S〃KQ或对称短路电流初始值I〃KQ，在Q点的网络阻抗ZQ按下式计算：

（5a）

如果由中压或高压电网经变压器向短路点馈电，仅知节点Q的对称短路功率初始值S〃KQ或对称短路电流初始值I〃KQ，如图6b所示，应归算到变压器低压侧的阻抗ZQt按下式计算：

（5b）

ZQt——归算到变压器低压侧的阻抗；

UnQ——Q点的系统标称电压；

S〃KQ——馈电网络在节点Q的对称短路功率初始值（视在功率）；

I〃KQ——流过Q点的对称短路电流初始值；

c——电压系数，见表1和式

（2）；

tr——分接开关在主分接位置时的变压器额定变比。

若电网电压在35kV以上时，网络阻抗可视为纯电抗（略去电阻），即ZQ=0+jXQ。

计算中若计及电阻但具体数值不知道，可按式RQ=0.1XQ和XQ=0.995ZQ计算。

可以不计算馈电网络的零序阻抗，仅在特殊场合才计算此值。

8.3.2.2变压器的阻抗

双绕组变压器的正序短路阻抗

按下式计算：

（6）

（7）

（8）

式中UrT——变压器高压侧或低压侧的额定电压；

IrT——变压器高压侧或低压侧的额定电流；

SrT——变压器额定容量；

PkrT——变压器的负载损耗；

uKr——阻抗电压，%；

uRr——电阻电压，%。

计算大容量变压器短路电流时，可略去绕组中的电阻，只计电抗，只是在计算短路电流峰值iP或非周期分量iDC时才计及电阻。

双绕组或多绕组变压器的零序短路阻抗

，由制造厂给出。

对于有分接开关的变压器，按式（6）算出的阻抗是对应主分接时的值。

对电流、电压和阻抗进行换算时，用主分接位置的变比。

仅以下情况需特殊考虑；

a.计算单侧电源馈电的短路电流且短路电流方向与短路前电流方向一致时（如图3或图6b所示的有分接开关的单台或多台并联变压器低压侧的短路）。

b.有分接开关变压器，其变比变化范围可能较大时，即：

UTHV=UrTHV（1±

PT）而PT＞0.05

c.变压器最小短路电压ukmin比对应主分接的额定短路电压ukr小（ukmin＜ukr）时。

d.变压器运行时的实际电压高于系统标称电压Un（U≥1.05Un）时。

图7所示三绕组变压器的正序短路阻抗

按下式计算（换算到H侧）

图7三绕组变压器

（L侧开路）（9a）

（M侧开路）（9b）



（H侧开路）（9c）

代入下式可得：

（10a）

（10b）

（10c）

UrTH——变压器额定电压；

SrTHM——H、M间的额定容量；

SrTHL——H、L间的额定容量；

SrTML——M、L间的额定容量；

ukrHM——H、M间的阻抗电压，%；

ukrHL——H、L间的阻抗电压，%；

ukrML——M、L间的阻抗电压，%。

8.3.2.3架空线和电缆的阻抗

架空线和电缆的正序短路阻抗

=RL+jXL可按导线有关参数计算。

其零序短路阻抗Z（0）=R（0）+jX0可通过测量或按R（0）L/RL和X（0）L/XL计算。

高、低压电缆的正序和零序阻抗

的大小与国家的制造工艺水平和标准有关，具体数值可从手册或制造厂给出的数据中得到。

导线平均温度20℃时的架空线单位长度有效电阻RL可根据电阻率ρ和标称截面qn，用下式计算：



（11）

ρ——材料电阻率，铜为ρ=1/54Ω·

mm2/m，铝为ρ=1/