摘要：电力设计是对电力网络及所使用的相关设备予以安排的重要工作，而计算短路电流是这一环节中必不可少的内容，也是电力设计整体中最为重要的计算。本文详细分析了电力设计中短路电流的计算机算法。
关键词：电力设计；短路电流；计算机算法
在电力设计中，电气设备和载流导体的选择必须进行短路电流的计算。同时，短路电流的计算是电气专业设计不可缺少的环节，也是电力设计中最重要的计算之一。但传统的短路电流计算都是采用手工方式进行的，其计算过程非常繁杂，工作量大，容易出错。由于计算机能快速完成复杂计算，所以人们希望能使用计算机来替代手工计算。
一、短路电流概述
短路电流（short-circuit current）是电力系统在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可远远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力系统中，短路电流可达数万安，这会对电力系统的正常运行造成严重影响和后果。发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的忽然变化和电压的严重下降，可能会破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列。
二、短路电流计算简介
1、目的。计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中，基于如下用途必须进行短路电流的计算：1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。2）选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。3）确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。4）保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害。
2、条件。1）假设系统有无限大的容量。用户处短路后，系统母线电压能维持不变，即计算阻抗比系统阻抗要大得多。具体规定：对于3～35KV级电网中短路电流的计算，可认为110KV及以上的系统其容量为无限大。只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。2）在计算高压电器中的短路电流时，只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗，而忽略其电阻；对架空线和电缆，只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻，一般也只计电抗而忽略电阻。3）短路电流计算公式或计算图表，都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流。能够分断三相短路电流的电器，一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。
3、重要性。短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能会破坏各发电厂并联运行的稳定性，从而使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。
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三、导纳矩阵法的特点
在导纳矩阵法定运用过程中，传统的计算机方法都是采用手工的方法，这种传统的计算方法过程中，由于此方法容易出错，而且工程的计算环节比较多，所以在短路电流计算中，就必须要采用全新的电流计算方法，并且针对当前所存在的隐患问题，就必须要深入研究和分析其中所存在的问题，才能更好地进行相应的完善工作，灵活地采用曲线查找的方式，也就是常说的简单插值法，但这可以极大地降低计算的周期，并且可以按照同步电机过渡的原理进行相应的计算，采用多种方法进行计算机操作，并且能够使相应的电流数据更加科学准确。
四、短路电流周期的计算方法
当前，根据电力设计环节中的假设过程进行分析，才能逐步实现电力设计的正常运行，并且加强电力系统中的负荷和线路上的电容问题处理，另外，还需要省略相应各个元件的电阻，对不同类型的发电机而言，如果短路点的电力距离比较近，这就可以采用动态上的大小和变化规律做出相应的调整。
如果是在当前的电力设计网络中，就可以进行相应的电流设计计算，同时通过该网络上的发电机动势上可以用A1，A2……AN来进行标示，而发电机节点可以向电力网络注入电流则可以表示为11，12，13…….1n标示出来，并且将电力网络中的短路点设置为K点，就可以将Vk表示为电力网络中的短路电压，只有当短路电压为零，就可以用1N为改电路的短路电流，为了方便计算，就可以将电力网络中的正方向规定为流入方向，之后就可以在该网络中的网络浮节点有N个，并且其相应的节点电压可以为多个，然后采用导纳矩阵法，将上述中的网络进行相应的表示之后，就可以通过有效地计算方式，求出相应的计算机数值，并进行相应的记录，这样就能够及时准确地发现发电机电动势，以及短路上的各个节点电压和电流情况做出分析。
在经过网络上的化简，将这些发电机逐步合成为一台等值的发电机，遵守相应的计划流程，切实采用导纳矩阵的方法，对相应的网络进行科学的计算。这是由于如果是电力系统各个元件磁路不是很饱和，这样就会使分析和计算流程简化，并遵循相应的重叠原理，并采用节点导纳矩阵的方法对网络进行简化计算。
五、短路电流计算中的假设情况
在当前的短路电流计算方法过程中，为了能够更好地方便进行计算，采用一些更为简便的手续，才能更好地对短路电流计算中的情况做出相应的假设。若是电路出现各种不稳定的因素，或出现电路短路的情况下，就必须要针对不同的发电机情况做出相应的调整，这样就不会让各个发动机发生摇摆，只有当所有发电机的电力处于一种动态上的平衡，才能进行计算。而对于一些短路设计中，通过对计算出来的电流进行评估和计算，并做好相应的记录，才能有利于今后的工作开展。
当负荷情况出现时，可以对负荷情况做出充分的分析，或可以作为一个固定的阻抗，在某种程度上附加上相应的电流，在对于磁路上的饱和状况下，系统中的各个元件的数值都可以进行相应的恒定不变，之后就可以采取相应的叠加原理。而在金属的短路过程中，短路上的接触都是需要一定的电阻，从某种意义上看，金属性的短路根本就必须要各种过渡电阻的影响，这就相当于过渡阻抗基本为零的情况。
六、计算机的三相短路计算
在电路出现各种不稳定的因素中，故障点可以经过过渡阻抗的方式进行接触。同样，在对于一些正常的网络设置上，相当于在故障点注入相应的电流，这样就可以对节点上的电压进行叠加，另外，在电路设计出现故障时，就可以不必计算下一个的负荷数值影响，从而可以形成导纳矩阵，这样就可以在节点上的计算进行省略。
七、结语
在电力设计方法中，关于短路电流的计算机算法是当前电力设计中最为重要的环节之一，无论是从选择载体流导体还是运用电力设备中，这都是最关键的环节。但在对一些传统的电力设计中，都是沿用传统的手工计算方法。因此，必须简化电力网络，切实通过手工计算来将电路电流中的短路点进行相应的抗阻计算，从而有效求出相应的电抗X，之后就能通过对曲线的计算和查找，找出相应的周期分量。
参考文献
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[2]李仁俊.基于叠加原理的配电网短路电流计算[J].电力系统自动化，2015(24).
[3]向铁元.短路电流计算的分析研究[J].湖北电力，2014(04)．
论文作者:刘冬梅
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/11
标签：电流论文; 电力论文; 电压论文; 发电机论文; 网络论文; 导纳论文; 电力系统论文; 《电力设备》2018年第18期论文;