摘要: 1995年国家技术监督局批准了GB/T15544-1995《三相交流系统短路电流计算》 ，该标准等效采用IEC909（1988）《三相交流系统短路电流计算》 ，由于国标未公布与IEC909（1988）《三相交流系统短路电流计算》相应的IEC865-1（1993）《短路电流——效应计算第一部分：定义和计算方法》和IEC865-2（1994）《短路电流——效应计算第二部分：计算例题》 ，故目前标么值法与等效电源法并行采用。而国际认可通用的ETAP电力系统分析计算软件采用的是等效电源法，为适应国外工程的设计需要，我们要更多的了解等效电源法，并比较其与传统标么值法的异同。
关键词: 标么值法；等效电源法；短路电流；异步电动机的影响
1短路电流计算的目的、内容和计算方法
供、配电系统的事故大部分是由短路引起的。发生短路时，电流可能达到正常运行电流的十几倍，有的甚至上百倍。这样大的电流所产生的热效应和力效应会使电气设备受到严重损坏。为此，要进行短路电流计算，确保供、配电系统能具有选择性地尽快切除短路电流。短路电流计算的目的是用于电气接线方案的比选、正确选择和校验电气设备和载流导体、继电保护的选择和整定、接地装置的设计及确定中性点接地方式、计算软导线的短路摇摆、确定分裂导线间隔棒的间距、验算接地装置的接触电压和跨步电压、大中型电动机的起动。
为达到上述短路电流计算的目的，通常短路电流计算内容有I”k（对称短路电流初始值）、Ib（对称开断电流）、ip（短路电流峰值）、Ik（稳态短路电流）。
关于短路电流计算方法有传统的标么值计算方法（即标么值法）和IEC国际标准的短路电流计算方法（即等效电源法）。1986年SDGJ14-1986 《导体和电器选择设计技术规定》中，以附件形式明确使用《短路电流实用计算方法》 ，此算法由前苏联引进并加以完善 。1995年国家技术监督局批准了GB/T15544-1995《三相交流系统短路电流计算》 ，该标准等效采用IEC909（1988）《三相交流系统短路电流计算》 ，由于国标未公布与IEC909（1988）《三相交流系统短路电流计算》相应的IEC865-1（1993）《短路电流——效应计算第一部分：定义和计算方法》和IEC865-2（1994）《短路电流——效应计算第二部分：计算例题》 ，故目前标么值法与等效电源法并行采用。而国际认可通用的ETAP电力系统分析计算软件采用的是等效电源法，为适应国外工程的设计需要，我们要更多的了解等效电源法，并比较其与传统标么值法的异同。
2短路电流计算标么值法与等效电源法对比
2.1算法比较
关于标么值法和等效电源法的计算条件、计算公式和考虑电动机影响方面列表比较如下：
2.2实例比较
下面通过实例，对比两种算法的计算结果，进一步更直观地比较两者的差别。
2.2.1实例概况
本计算系统接线和元件参数及等值电抗电路如图1、2所示，按2台变压器分裂运行计算。
图1系统接线和元件参数
图2系统等值电抗电路
2.2.2算法实例对比
将上述两种计算方法的计算结果列表比较如下：
3短路电流计算标么值法与等效电源法产生偏差的原因
以下结合实例，对标么值法和等效电源法计算结果进行分析，其计算结果的偏差主要体现在如下方面：
3.1短路电压选取的影响
对于远离发电机端的（无限大电源容量的）网络发生短路时（即以电源容量为基准的计算电抗X*c≥3时），短路电流交流分量在整个短路过程不发生衰减，一般忽略电源的内阻抗。从以上计算公式和计算结果列表对比可以看到，标么值法计算对称短路电流初始值所选取的短路电压是短路点所在级的网络平均电压（即1.05Un）；而等效电源法计算对称短路电流初始值所选取的短路电压是cUn引入了电压系数（即c，考虑了负载影响、系统电压变化、变压器抽头等因素）。根据GB/T15544-1995《三相交流系统短路电流计算》中表1，Un为220/380V时，Cmax取1；Un为380/660V和1140V时，Cmax取1.05；Un为3～220kV时，Cmax取1.1。可见，对于厂内3kV以上电压等级的母线，等效电源法所选取的短路电压较标么值法要大，故计算出的短路电流值也较大，上面列表中的短路电流计算结果也验证了这点。由于误差约为2.2％，在工程允许误差范围内，故采用两种算法均可。
3.2电源阻抗取值的影响
对于靠近发电机端或有限电源容量的网络发生短路时，电源母线上的电压在短路发生后的整个过渡过程不能维持恒定，短路电流交流分量随之变化，故电源的内阻抗不能忽略不计。同远端短路一样，等效电源法用等效电压源cUn/代替了同步发电机的超瞬态电势E”，且发电机阻抗采用校正阻抗ZGK（ZGK=KGZG），引入了校正系数KG；标么值法采取计算出发电机对短路点的等值电抗X*Σ后，归算到以电源容量为基准的计算电抗Xjs，然后按Xjs值查相应的发电机运算曲线，这些曲线是采集国内200MW及以下各种常用机组参数，分析电力系统负荷分布状况，采用概率统计的方法在计算机上得到的结果。故标么值法虽然忽略了发电机的电阻，可标么值法查运算曲线得到的计算结果与等效电源法相差不大，误差约为1％。此处作者认为等效电源法和标么值法查运算曲线计算发电机短路电流均贴近理论值，较为精确。
3.3异步电动机等效参数的影响
关于异步电动机对短路电流的影响，如列表中所述，标么值算法仅在计算短路冲击电流时才予以考虑，而等效电源法是高、低压电动机对短路电流的影响均要考虑，故采用等效电源法计算的短路电流结果普遍比标么值法计算的短路电流结果要大。本文为了进一步对比标么值法与等效电源法在电动机反馈短路电流的计算上的异同，在算例的标么值法中采用逐台计算法计算了电动机的对称短路电流初始值、对称开断电流和短路电流峰值，以便将两种算法的计算结果更直观地对比。从列表和计算过程可以看到，标么值算法和等效电源法在异步电动机的电抗计算结果上是一致的。
从对称短路电流初始值计算公式方面比较，标么值法取的是电动机的堵转电流，等效电源法仍用等效电压源cUn/代替电动机的超瞬态电势，等效电源法的计算结果较标么值法大，误差约为9.1％，此处等效电源法的算法更贴近短路过程值。
比较两种算法对称开断短路电流的计算结果，发现平均误差约为17.9％，究其原因，根据对称开断电流计算公式，标么值法仅考虑了衰减系数Kt=e-t/Td，且衰减时间常数Td的曲线不完备（《工业与民用配电设计手册》仅给出了电机功率不大于2MW的Td值；《电力工程电气设计手册》也仅给出了电机功率不大于6MW极对数为1和2的Td值），并仅体现了电动机容量的影响；而等效电源法除考虑了衰减系数μ外还有开断系数q，根据公式μ与启动电流倍数有关，是由磁场能量衰减特性决定的，而q与每对极传递的机械功率有关，可理解为由电动机及其驱动的机械机构所储存能量的衰减特性决定的，等效电源法考虑了开断时间、电动机极数（也可看作电动机速度，因电动机速度ns=60f/p）和容量，更接近电动机的故障短路电流。对比短路电流峰值计算公式，标么值法的峰值系数KpM同对称开断电流的衰减时间常数一样，也存在曲线不完备和仅考虑了电动机容量影响的情况；等效电源法的峰值系数除考虑了电动机容量外，还计及了每对极传递的机械功率和电动机的阻抗比（与电动机的类型有关，如鼠笼型、绕线型）。
综上所述，在计算异步电动机对短路电流的影响时，等效电源法更接近实际情况，计算精度更高，应优先选用等效电源法计算。
参考文献：
[1] 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册 [M] .1版.北京: 中国电力出版社，1989.
[2] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册 [M] .3版.北京:中国电力出版社，2005.
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会. GB/T15544-1995三相交流系统短路电流计算[S].北京：中国标准出版社，1995.
论文作者:饶庆萍
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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