152水电工程三相交流系统短路电流计算导则.docx
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152水电工程三相交流系统短路电流计算导则
I
DL／T5163-2002
前言
电力系统短路电流计算是发电厂、变电所设计的重要内容之一。
正确的短路电流计算对于工程设计的安全和经济合理性有十分重要的意义。
国家标准GB/T15544-1995《三相交流系统短路电流计算》（以下简称GB/T15544）等效采用IEC9091988《三相交流系统短路电流计算》，但在“适用范围”一节中规定：
“本标准主要作为进出口设备及对外工程投标使用，在国内工程计算中逐步推广采用。
”
事实上，GB/T15544采用的等值电压源计算法与我国目前普遍采用的运算曲线法有相当大的差别。
前者采用衰减系数的概念计算短路电流，且规定衰减系数仅与初始短路电流的标么值有关，对于汽轮发电机和水轮发电机、不同励磁方式的发电机均未作区别。
经分析，GB/T15544中规定的衰减系数与我国发电机组的实际情况不尽相符，用于汽轮发电机偏小，用于水轮发电机
则偏大。
由于GB/T15544是等效采用IEC标准，不便于对其中、的曲线进行修改。
但若将这一曲线用于我国的工程计算则不十分
恰当，正因为如此，GB/T15544对其适用范围作了如上的说明。
我国目前采用的运算曲线也有不足之处。
这些曲线是按照配备直流励磁机的发电机做出的，而自20世纪80年代以来，我国投产的大中型水轮发电机组绝大多数为自并励机组，这类机组的短路电流与以往的电机励磁机组有明显的区别。
本标准列出了自并励水轮发电机的运算曲线，以便设计人员使用。
此外，由西安交通大学和北京勘测设计研究院联合开发、采用暂态解析法的短路电流计算软件包已于1993年通过由水电规
Ⅱ
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划设计总院组织的专家鉴定，在需要精确计算时，可以采用暂态解析法进行计算。
本标准介绍了暂态解析法的使用方法。
本标准按暂态解析法和运算曲线法编写，推荐采用暂态解析法。
本标准有一个算例作为标准的附录，为了便于比较，算例的接线与《水电站机电设计手册电气一次》（水利电力出版社，1982年11月第一版）中所举的算例大致相同。
本标准为推荐性标准。
本标准由国家电力公司水电规划设计标准化技术委员会提出并归口。
本标准的起草单位是国家电力公司北京勘测设计研究院、西安交通大学。
本标准的主要起草人：
姜树德、肖惕、梁见诚。
Ⅲ
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1范围
本标准规定了水电工程三相交流系统的短路电流计算方法。
本标准适用于水力发电厂和变电所的三相交流系统的短路电流计算，其他型式的发电厂可参照执行。
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2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程
GB/T15544-1995三相交流系统短路电流计算
GB50217-1994电力工程电缆设计规范
DL/T559-1994（220-500）kV电网继电保护装置运行整定规程
DL/T584-1995（3-110）kV电网继电保护装置运行整定规程
DL/T615-1997交流高压断路器参数选用导则
DL/T621-1997交流电气装置的接地
DL/T684-1999大型发电机变压器继电保护整定计算导则
SL26-1992水利水电
SDGJ14-1986导体和电器选择设计技术规定
IEC909-1988三相交流系统短路电流计算（Short-circuitcurrentcalculationinthree-phasea.c.systems）
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3总则
3.0.1本标准规定了水电工程三相交流系统短路电流计算的一般原则、步骤和方法。
3.0.2本标准推荐采用暂态解析法和运算曲线法计算短路电流，优先采用暂态解析法。
3.0.3计算短路电流时应按发电厂或变电所（远景规划容量除外）全部建成投产后5-10年的电力系统发展规划和设备参数进行，特大工程根据具体情况确定。
3.0.4采用暂态解析法计算短路电流的基本假设条件如下：
1电力系统在正常工作时三相对称；
2电力系统的所有电机均为理想电机，不计其参数的非线性；
3电力系统中各元件的阻抗值不随电流大小的变化而变化，元件参数均取其额定值，不计误差；
4短路发生在短路电流为最大值的瞬间；
5除计算接地短路电流外，不计变压器的励磁阻抗；
6不计短路点阻抗，即假定短路为金属性的。
3.0.5采用运算曲线法计算短路电流时，除采用3.0.4的全部假设条件外，还需补充以下假设条件：
1电力系统中所有电源的电动势相位均相同；
2电力系统中的所有电源都在额定负荷下运行；
3除计算短路电流的非周期分量衰减时间常数和计算低压网络的短路电流外，不计各元件的电阻；
4不计输电线路的电容。
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4术语和主要符号
4.1术语
下列术语适用于本标准：
4.1.1
短路shortcircuit
电路中正常情况下电压不同的两点或多点间经低电阻或低电抗意外或有意的连接。
4.1.2
短路电流short-circuitcurrent
电路中由于故障或不正确连接造成短路时产生的电流。
4.1.3
对称短路电流（周期分量）symmetricalshort-circuitcurrent（periodicalcomponent）
不计非周期分量时的短路电流交流对称分量有效值。
4.1.4
初始对称短路电流I〞kinitialsymmetricalshort-circuitcurrentI〞k
短路发生瞬间的短路电流交流对称分量有效值。
4.1.5
初始对称短路视在功率S〞kinitialssymmetricalshort-circuitpowerS〞k
初始对称短路电流I〞k与系统标称电压Un及系数√3的乘积。
4.1.6
短路电流直流分量（非周期分量）IDCD.C.componentofshort-circuit（aperiodicalcomponent）IDC
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短路电流上下包络线间的平均值，该值从其初始值衰减到零。
4.1.7
短路电流峰值Ip，peakshort-circuitcurrentIp
短路电流可能出现的最大瞬时值。
4..1.8
短路电流全电流了k以totalshort-circuitcurrentIktot
计及周期分量和非周期分量的短路电流总有效值，通常指其最大值。
4.1.9
时间为t时的短路电流Iktshort-circuitcurrentattimetIkt
短路持续至t。
时的短路电流周期分量有效值。
4.1.10
等效电路equivalentelectricalcircuit
用理想元件组成的网络来描述电路性能的模型。
4.1.11
系统标称equivalentelectricalcircuit
标识一个电力系统并确定其某些运行特性的线电压有效值。
我国电力系统的标称电压为O．38kV、3kv、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kVo
4.1.12
基准值basevalue
为统一全系统相对值的基准而选定的符合电路基本关系、和实际值同单位的有名值，通常取基准容量为100MVA或1000MVA，基准电压为系统平均电压。
4.1.13
系统基准电压basesystemvoltage
用运算曲线法计算短路电流时，取系统平均电压，即线路始端电压和末端电压的平均值，作为系统基准电压，其值为标称电
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压的105倍。
基准电压的值为0.4kV、3.15kV、6.3kv、10.5kV、13.8kV、15.75kV、18kV、37kV，115kV、230kV、345kv、525kV，其中138kV、15.75kV、18kV为常用的发电机额定电压。
4.1.14
标值per－unitvalue
电气量（如阻抗、导纳、电流、电压与功率等）的相对值，即电气量的实际值与同单位基准值之比。
4.1.15
系统的正序电抗X
（1）positive-sequencereactanceofasystemX
（1）
从短路点看的正序系统电抗。
4.1.16
系统的负序电抗X
（2）negativesequencereactanceofasystemX
（2）
从短路点看的负序系统电抗。
4.1.17
系统的零序电抗X（0）zero-sequencereactanceofasystemX（0）
从短路点看的零序系统电抗。
4.1.18
电气设备的正序电抗X
（1）positive-sequencereactanceofelectricequipmentX
（1）
由平衡的正序电压系统供电时，相线对中性点电压与电气设备相应相的短路电流之比。
4.1.19
电气设备的负序电抗X
（2）negativesequencereactanceofelectricequipmentX
（2）
由平衡的负序电压系统供电时，相线对中性点电压与电气设
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备相应相的短路电流之比。
4.1.20
电气设备的零序电抗X（0）zero－sequencereactanceofelectricequipmentX（0）
由交流系统供电时，将三条相线并联用于电流输人，第四条线或大地用作回线，电气设备的相线对地电压与相短路电流之比。
4.1.21
计算电抗xcalcalculationreactancexcal
经网络化简得到的电源至短路点的电抗，通常归算到以电源额定容量为基准的标幺值。
4.1.22
极限频率法extremefrequencymethod
计算短路电流非周期分量衰减时间常数的一种近似方法。
具体做法是：
首先假设电源频率为零，从而使网络中所有元件的电抗值为零，网络仅由电阻构成，对网络进行化简，求得电源至短路点的电阻。
再假设电源频率为无穷大，从而使网络中所有元件的电阻皆可忽略，网络仅由电抗构成，对网络进行化简，求得电源至短路点的电抗。
根据此电阻与电抗求得网络的非周期分量衰减时间常数。
只有当各支路的X／R比较接近时方可使用此法。
4..2主要符号、下角标和上角标
4.2.1主要符号
BL线路每千米容纳（S）；
fK并联容性补偿装置周期分量助增校正系数；
fP并联容性补偿装置峰值电流助增校正系数；
fQ并联容性补偿装置热效应助增校正系数；
I交流电流有效值一般符号；
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Ⅰ〞k初始对称短路电流；
Ⅰ〞k计及并联容性补偿装置影响的短路电流周期分量；
Iktot短路电流全电流；
Ⅰkt短路持续至ts时的短路电流有效值；
IkM异步电动机的反馈电流；
IDC短路电流非周期分量；
Ip峰值短路电流；
IpC计及并联容性补偿装置影响的峰值电流；
△Ke励磁顶值校正系数；
KM异步电动机反馈电流衰减系数；
Kp峰值电流系数；
Kq同步电机励磁顶值电压倍数；
mIkt与短路电流正序分量的比值；
Q补偿装置容量；
Qk短路电流的热效应；
QktC计及并联容性补偿装置影响的短路电流热效应；
r*电阻标么值的一般符号（在不会引起歧义时，下角标的星号通常省略）；
R电阻有名值的一般符号；RL线路每千米电阻（n）；
TM异步电动机反馈电流衰减时间常数；
Ta同步电机定子短路时间常数，电力系统短路电流直流
分量衰减时间常数；
Teq非周期分量热效应等效时间；
T〞do同步电机直轴超瞬态开路时间常数；
I〞do同步电机直轴瞬态开路时间常数；
Ⅰ〞qo同步电机交轴超瞬态开路时间常数；
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K2E两相接地短路；
k3三相短路；
M电动机；
N标称值；r额定值；
（1）正序；
（2）负序；
（0）零序：
*标么值。
4.2.3上角标
〞初始值。
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5短路电流计算的项目
5.1选择导体和电气设备时短路电流计算的项目
5.1.1校验导体和电气设备的动、热稳定时，应计算正常接线方式下的最大短路电流。
出现最大豁名电流的短路方式按图5.1.1确定。
5.1.2校验导体和电气设备的动稳定时，应计算短路电流峰值。
5.1.3校验导体和电气设备的热稳定时，应计算短路电流周期分量有效值和非周期分量。
采用运算曲线法时，应计算周期分量
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5.1.4校验断路器的开断能力时，应分别计算分闸瞬间的短路电流周期分量和非周期分量。
5.1.5校验断路器的关合能力时，应计算短路电流峰值。
5.1.6校验非限流熔断器的开断能力时，应计算短路电流全电流的最大有效值。
校验限流熔断器的开断能力时，应计算短路电流的周期分量初始值。
5.2设计接地装置时短路电流计算的项目
设计中性点直接接地系统的接地装置时，应按图5.1．1确定导致短路电流最大的接地短路方式，然后计算流经接地装置的最大人地短路电流。
此外还应计算在这种情况下流经主变压器中性点的初始短路电流。
5.3设计继电保护时短路电流计算的项目
5.3.1对于利用短路电流原理的继电保护装置，在计算动作值时，应计算最大运行方式下的最大短路电流，详见表5.3.1。
5.3.2对于利用短路电流原理的继电保护装置，在校验灵敏度时，应计算最小运行方式下的最小短路电流，详见表5.3.1。
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6短路点与短路时间的选定
6.1短路点的选定
6.1.1用短路电流校验导体或电气设备的动稳定和热稳定时，短路点应按下列原则选定：
1、对于不带电抗器的回路，短路点应选在正常接线方式时短路电流为最大的地点；
2、对于带电抗器的（6-10）kV出线和厂用分支线回路，除其母线与母线隔离开关之间隔板前的引线和套管应选择在电抗器之前外，其余导体和电器宜选择在电抗器之后。
6.1.2用短路电流校验电缆热稳定时，短路点应选在通过电缆回路最大短路电流可能发生处。
6.1.3用短路电流检验开断设备的开断能力时，短路点应选在使流经设备的短路电流最大的短路点。
6.1.4设计继电保护时短路点应按表5.3.1选取。
6.2短路时间的确定
6.2.1校验断路器的额定短路开断电流时，宜采用主保护动作时间与断路器的分闸时间之和。
6.2.2校验导体和电气设备的热稳定时，应遵守下列规定：
1、裸导体：
宜采用主保护动作时间与断路器的分闸时间之和。
如主保护有死区，则采用能对该死区起作用的后备保护动作时间，并采用相应处的短路电流。
2、电动机馈线电缆：
宜采用主保护动作时间与断路器的分闸时间之和。
3、其他电缆：
宜采用后备保护动作时间与断路器分闸时间之和。
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4、高压开关设备：
额定电压在110kv及以下为4s，在220kV及以上为25。
5、其他电气设备：
根据各设备的国家标准和行业标准确定。
6.2.3继电保护整定计算时，应根据不同的保护类别计算初始短路电流或稳态短路电流。
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7.2们零序网络的等效电路的节点和支路数应与正序网络的相同。
此外还应准备接地支路的电阻和电抗值。
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7.3短路电流计算方法
7.3.1在计算机上执行编写数据文件程序，根据屏幕提示将计算所需的所有参数输人，形成各程序运行所需的数据文件。
7.3.2根据计算的需要，在计算机上依次执行潮流分布程序、周期分量计算程序和非周期分量计算程序，根据屏幕提示输人数据文件名称及其他数据，计算结果将按清晰易读的格式自动排列在输出文件中。
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8短路电流计算的运算曲线法
8.1等效电路
8.1.1等效电路应根据系统可能出现最大或最小短路电流的正常运行接线分别制定，电路中将与短路电流计算有关的设备用理想元件代替。
8.1.2等值电路中各元件应以同一基准容量的电抗的标么值表刀屯。
8.1.3等值系统、发电机、同步电动机和同步调相机应作为电源处理，用电动势串接电抗表示。
8.1.4电压为6kV的异步电动机的反馈电流应当计人，计算方法按8.3.1进行。
8.1.5计算三相短路电流应做出正序网络的等效电路，计算不平衡接地短路电流还应做出负序网络和零序网络的等效电路。
8.2等效电路的化简
8.2.1等效电路应按网络变换规则进行化简，最终化简为从各等效电源至短路点的电抗。
8.2.2对于不同的短路点，应分别进行等效电路的化简。
8.2.3当网络中各电源的型式、参数相同且距短路点的电气距离大致相等时，可将各电源合并为一个总的计算电抗。
8.2.4当网络中各电源的型式、参数不尽相同时，可将符合下列条件的电源连成一组，分别求出各组至短路点的电抗：
1同型式且至短路点的电气距离大致相等的发电机。
3直接连接于短路上的同型发电机。
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8.3短路电流计算方法
8.3.1三相短路电流计算应按下列步骤进行：
1将化简后的正序网络等效电路中各有限电源（发电机、同步电动机和同步调相机）至短路点的电抗分别归算为以各电源容量为基准的计算电抗，由运算曲线分别查得各短路电流标么值并求得其有名值。
如果机组参数与标准参数接近，励磁顶值电压倍数不大于2.0，则此值可以用于下一步的计算，如果机组参数与标准参数相差较大或励磁顶值电压倍数大于2.0，则应分别根据8.3.2和833对计算结果进行修正。
标准参数见表8.3.1。
如果计算电抗的标么值大于等于3，则不计衰减，用计算电抗的标么值的倒数求得短路电流标么值后换算为有名值。
1、将化简后的正序网络等效电路中等值系统至短路点
的电抗求倒数，得到短路电流标么值后换算为有名值。
3、等效电路中6kv的异步电动机机端短路时应计及其
反馈电流。
4.8.31中的1、2、3的计算结果相加，得出短路点的
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短路电流有名值。
5、根据需要，计算有关支路的短路电流标么值和有名值。
832如果机组的励磁顶值电压倍数大于2.0，则应按式（8.3.2）对短路电流的标幺值进行修正：
8.3.3如果实际发电机的时间常数与标准参数差异较大，则应按式（8.3.3-1）和式（8.3.3.2）对短路时间t进行修正换算，然后用换算过的时间t〞（或t′）查运算曲线，以求得ts的实际
23
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8.3.5短路电流非周期分量的计算按下列步骤进行：
1、如果各支路的非周期分量衰减时间常数比较接近，可用极限频率法求得综合的等效时间常数Ta，并按式（8.3.5-1）计算短路电流非周期分量。
如果各支路的电阻值不易求得，可采用表8.3.5推荐的Ta值。
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8.3.6短路电流峰值的计算应按下列步骤进行：
1、如果各支路的非周期分量衰减时间常数比较接近，可用极限频率法求得综合的等效时间常数Ta，并按式（8.3.6-1）计算短路电流峰值。
3如果T。
不易求得，可采用表8.3.6中推荐的Kp值，按式（8.3.6-1）计算短路点的短路电流峰值。
4等值电路中，6kv的异步电动机机端短路时，应计及反馈电流峰值。
n台电动机反馈电流峰值按式（8.3.6-3）计算：
8.4励磁方式对短路电流的影响
8.4.1由直流励磁机和交流励磁机（含无刷励磁）励磁的发电机组的短路电流应采用压划14-1986中推荐的运算曲线进行计算。
8.4.2自并励的水轮发电机的短路电流应采用图8.4.2-1~图
8.4.2-3中推荐的运算曲线进行计算。
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8.5.2短路电流非周期分量的热效应按式（8.5.2）计算：
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.
8.6并联容性补偿装置对短路电流的影响
8.6.1当并联容性补偿装置（包括滤波装置）附近发生短路，且补偿装置的容量大于或等于短路点短路容量的5％时，必须考虑该补偿装置对短路的影响。
8.6.2计及并联容性补偿装置对短路电流的影响时，计算短路电流的步骤如下：
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A21运行编写数据文件程序，输人计算所需的各个参数
在本算例中，程序所需的大部分参数都是原始参数，只有等值系统的短路容量需做简单的计算。
对于变压器，额定电压实际上用于标么值与有名值的换算，U；和U，用于确定变比。
本算例中均按设备实际参数填写。
节点电压的标么值是以节点的标称电压为基准的。
本算例中等值系统的电压标么值取为1．05，表明其有名值电压分别为230kV和345kV，与《水电站机电设计手册电气一次》（水利电力出版社，1982年11月第一版）取值一致，以便比较。
A2.11输入潮流分布程序数据文件
1、系统基本参数
节点数=8，电源数＝7，负荷数=1，线路数＝1，变压器数＝6，P从节点数＝7。
2、电源运行参数
节点号=1，有功功率＝225MW，功率因数＝0.875，电压标幺值＝1；
节点号=2，有功功率＝225MW，功率因数＝0.875，电压标幺值＝1；
节点号=3，有功功率＝225MW，功率因数＝0.875，电压标幺值＝1；
节点号=4，有功功率＝225MW，功率因数=0.875，电压标幺值＝l；
节点号=5，有功功率＝225MW，功率因数=0.875，电压
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标幺值＝l；
节点号＝-6，有功功率＝-900MW，无功功率=500Mvar，电压标幺值=1.05；
节点号＝-7，有功功率＝0MW，无功功率＝500Mvar，电压标幺值＝1.05
3、负荷运行参数
节点号=8，有功功率=2MW，功率因数=0.8，电压标幺值=1.0。
4、变压器参数
序号＝1，变压器所连节点i、j＝1、6，额定容量=260MV八，高压侧额定电压=242kv，短路电压百分值＝14.35，负载损耗=0，
Ui＝15.75kV，u＝242kv；
序号＝2，变压器所连节点i、j=2、6，额定容量＝260MvA，高压侧额定电压=242kv，短路电压百分值＝14.35，负载损耗＝o，U＝15.75kV，UJ＝242kv；
序号＝3,变压器所连节点I、j=3、6，额定容量＝26OMVA，高压侧额定电压＝242kv，短路电压百分值＝14.35，负载损耗＝o，Ui＝15，75kV，认＝242kV；
序号＝4，变压器所连节点i、＝4、6，额定容量＝26OMvA，高压侧额定电压=242kV，短路电压百分值＝14．35，负载损耗＝0，Ui＝15．75kV，Ui＝242kV；
序号＝5，变压器所连节点I、j＝5、7，额定容量＝260MVA，高压侧额定电压二363kv，短路电压百
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