短路计算及继电保护整定系统的设计

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摘要
供配电系统的稳定、合理运行，对于经济社会的发展起到至关重要的作用。然而，系统运行过程中由于电气设备的绝缘损坏，人为设计、维护不良等原因造成短路故障。鉴于供配电系统产生巨大的危害，工程设计人员通常采用短路电流计算来预估短路电流的大小，从而从开断容量、动稳定、热稳定等方面进行电气设备的选择校验。
由于供配电系统运行过程中难以预估短路故障的出现，所以强制性需求在系统二次回路中设置继电保护装置，这样能够使短路发生时及时根据合理的保护整定逻辑跳闸于断路器，切断故障，使系统恢复正常运行。
本文通过对于供配电系统短路故障类型及影响、短路电流计算方法及三段式电流继电保护介绍及分析，并结合工程实例进行完整的论证。

关键词：短路故障；标幺值短路计算；设备选择；继电保护整定

1供配电系统短路故障及短路电流计算
1.1 供配电系统短路故障影响及类型
供配电系统相与相之间、相与地之间因某些原因可能造成金属性非正常连接，这造成了供配电系统的短路故障。造成短路故障的原因多种多样，例如电力系统中电器设备载流导体的绝缘损坏，人为不当的设计、安装、维护及误操作等。
短路故障对于供配电系统会产生严重的影响。例如，短路故障会产生很大的热量，造成设备绝缘等由于导体温升而损坏，在继电保护中会通过热稳定校验确保在短路发生时设备能够承受短路热作用。短路故障还会造成很大电动力，使电气设备受到机械损坏，在继电保护中会通过动稳定校验确保在短路发生时设备能够承受短路机械破坏。此外，短路还会造成系统电压降低、电流升高，影响电器正常工作；破坏供配电系统的稳定运行，例如同步电机的失步；同步产生的不平衡电磁场会对通信设备产生难以估计的电磁干扰。
短路故障的类型如表所示。
表短路故障类型
对称短路不对称短路
三相短路单相短路两相短路两相接地短路

1.2 供配电系统短路电流计算
1.2.1 标幺值法短路电流计算方法
无限大容量系统三相短路电流计算方法有标幺值法及有名值法。标幺值法即电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用相对值表示。有名值法即电气设备的电阻和电抗及其他电气参数用有名值（即有单位的值）表示。其中标幺值法被广泛运用于电力系统短路电流计算中。
标幺值法进行短路计算的步骤为：选择基准容量、基准电压、计算短路点的基准电流，绘制短路回路的等效电路，计算短路回路中各元件的电抗标幺值，求短路总电抗标幺值，化简电路，计算三相短路电流周期分量有效值及其他短路参数。
采用标幺制法进行短路计算无限大容