短路电流

电力系统发生短路故障时，流经短路回路的电流。短路是电力系统最常见的一种故障形式。在三相系统中短路的基本形式有：三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路，其简略记号分别为d（3）、d（2）、d（1）、d（1·1）。根据发生短路后三相电压和电流是否对称，可分为对称短路与不对称短路。三相短路属于对称短路，其余三种短路属于不对称短路。

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电力系统发生短路故障时，流经短路回路的电流。短路是电力系统最常见的一种故障形式。在三相系统中短路的基本形式有：三相短路、两相短路、单相接地短路以及两相接地短路，其简略记号分别为d^（3）、d^（2）、d^（1）、d^（1·1）。根据发生短路后三相电压和电流是否对称，可分为对称短路与不对称短路。三相短路属于对称短路，其余三种短路属于不对称短路。发生短路的主要原因，多为过电压、绝缘老化、机械损伤等，引起电气设备和载流导体的绝缘损伤所致。此外断线、倒杆，运行人员误操作以及飞禽或动物跨接裸导体等也是导致短路的原因。发生短路时电流高达万安甚至十几万安，巨大的电流所产生的热和力的作用，使电气设备遭受破坏，电力网内发生短路影响用户供电，或中断供电，电力系统发生短路时，由于短路造成电网电压大幅度下降，将导致并列运行的发电机解列，或导致电网枢纽点电压崩溃，引起电力系统瓦解而造成大面积停电。

短路电流的变化

因故障点到电源之间的电气距离、电源容量及是否安装自动调节励磁装置而不同。

无限大系统短路电流

当系统的阻抗，即其等值电源的内阻抗不超过短路回路总阻抗的5%～10%时，该系统为无限大系统。当其发生三相短路的过渡过程与电阻（R）、电感（L）串联接通正弦电压时相似，突然短路时，描述短路电流的方程为：

短路电流

式中 i_d为突然短路电流的瞬时值；U_m为系统电压最大值；φ_ou为短路发生时电流、电压相位角。

求解上述方程得到短路电流瞬时值表达式：

短路电流

式中 φ为电流滞后于电压的相位角；i_dz为短路电流的稳态分量，又称为周期分量；i_fz为短路电流的暂态分量，又称非周期分量。

无限大系统短路电流（图1）的最大瞬时值称为冲击短路电流i_ch，它出现在短路后半个周波左右，当频率为50赫时，相应于0.01秒。冲击短路电流按下式计算：

图1 无限大系统短路电流的波形图

短路电流

式中

为短路电流冲击系数；I_d为短路电流周期分量有效值。

发电机端子发生三相短路时，短路电流的变化，因有无自动调节励磁装置而不同（图2、图3）。

次暂态短路电流、暂态短路电流、稳态短路电流 发电机端子发生三相短路时，如发电机具有阻尼绕组，于初始瞬间（t＝0），短路电流的周期分量即次暂态短路电流i

，因阻尼绕组而在几个周期内衰减消失，次暂态短路电流即由其初始值衰减为暂态电流i

。如发电机无阻尼绕组，短路电流的周期分量，于初始瞬间即为暂态短路电流，与发电机励磁绕组中所感应的电流有关，将按指数规律衰减（图4），衰减时间常数一般为0.5～3秒。当i

或i

衰减到其起始值的5%以下时，便进入稳态短路过程。在发电机无自动励磁调节器情况下，稳态短路电流i∞＝i_dz。

、

I_dz分别为次暂态、暂态、稳态短路电流周期分量的有效值，前二者是校核断路器切断电流的依据，后者用于校验电气设备的热稳定性。

图2 无自动调节励磁装置的发电机三相短路电流变化曲线

图3 有自动调节励磁装置的发电机三相短路电流变化曲线

图4 三相短路电流周期分量幅值衰减变化的包络线

短路电流计算

用以下方法：

标么制等效网络

为了使短路电流计算实用化而将电力系统进行适当简化（如高压系统元件电阻比电抗小得多，当R＜

x时，可略去各元件电阻），绘出计算用等效网络。对电压等级多的网络，各电压级区段内的元件参数须按照变压器的变化，归算到选定的基本电压级，采用有名制计算比较繁琐，故多采用标么值。

标么制是一种相对单位制，广泛用于短路电流计算中。某个物理量的标么值是其有名值与选定基准值的比值，即：

短路电流

电压、电流、功率和电抗的标么值可分别以下式确定：

表1 常用基值表

短路电流

当采用标么制等效网络时，各电压级下的基准功率W_j是相同的，基准电压U_j则选用各电压区段的平均额定电压，其值为各段电路额定电压的1.05倍。各段电路的基准电流、基准电抗可由下式导出：

短路电流

当W_j＝100兆伏安时常用的基准值如表1。

对称分量及序网络

将一组大小不等或相位差不为120°的三相的对称系统的电气量，分解为具有不同相序的两组对称的三相系统，即正序系统及负序系统，和一组相位相同的零序系统。所分解得到的三组不同相序的分量称为对称分量，于是原来不对称的三相系统电气量，为正序、负序、零序对称分量的叠加，实质上是一种相似变换。三相系统不论对称与否统称ABC系统，对称分量系统称012系统，二者的变换关系如表2所示。

表2 对称分量012与三相ABC的关系

如三相对称系统ABC发生单相接地故障，即形成由对称系统向不对称系统供电的情况，不对称接线和对称系统相连接的点，就是系统的故障点。如图5所示，利用对称分量法将其变换为012系统，分解后得到与故障点所连接的原始对称系统的模型，即形成序网络，其网络元件由各序参数构成，分别为正序、负序、零序电抗。正序网络为有源网络，负序网络与零序网络为无源网络。元件的负序参数与正序参数相同，零序电抗为网络元件对零序电流所呈现的电抗。应指出只有当中性点接地或有公共接地零线的系统，才会出现零序网络。对每一序网络都可用戴维南定理分析，求出各序电流，合成所得三相对称系统的短路电流。

图5 单相接地故障及电压、电流对称分量

表3 简单故障时边界条件（以A相为基准）

图6 复合序网

简单故障计算

对于简单的横向或纵向故障，根据短路时的边界条件，变换为012系统的序电流分量的要求，建立复合序网络。利用复合网络分析计算，可得对应于不同故障的序电流、序电压，于是可合成三相对称系统发生短路故障时的故障电流或故障电压。简单故障时的边界条件如表3所示，根据此边界条件建立的复合序网络如图6所示。

短路点故障相的短路电流绝对值

可按下式求出：

短路电流

式中 E_1Σ为所有电源对短路点的等值开路电势（伏）；Z_1∑为归并到故障点的综合正序阻抗（欧）；

为短路点附加阻抗（欧），它与故障类型有关；m^（n）为与故障类型有关的比例系数，表示短路点故障相短路电流绝对值与短路电流正序分量的比例关系。m^（n）及

值如表4所示。

表4 m^（n）及0值

如果需要计算短路暂态过程中任意时刻的短路电流，往往采用事先制作的整套计算曲线（称为“运算曲线”）的方法，以简化计算过程。