短路电流，是电力系统里的 “洪水猛兽”。一旦发生，轻则跳闸断电，重则烧毁设备、引发火灾。今天我们就用一个真实的变电所案例，把复杂的短路电流计算讲明白，让你一看就懂。

一、什么是短路电流？

短路，就是电力系统中不同电位的导电部分被意外连接。比如火线和零线碰到一起，或者电缆绝缘老化被击穿。

  • 后果：巨大的电流会产生极强的电动力和高温，对设备和人身安全造成严重威胁。
  • 计算目的：就是为了选对设备、整定保护，确保系统在 “洪水” 来临时能扛得住、断得开。
二、计算前的 “游戏规则”

在动手算之前，我们得先明确几个重要的 “计算假定”，这是保证结果准确的前提：

  1. 高压系统：除了电缆线路要考虑电阻，其他线路阻抗一般只算电抗（电阻忽略不计）。
  2. 低压系统：民用建筑的电源来自大电网，可视为 “无限大容量电源”，短路电流周期分量不衰减。
  3. 金属性短路：计算时假设短路点电阻为零，这是最严重的情况。
  4. 三相短路优先：三相短路电流最大，是校验设备的主要依据。
三、实战：一个变电所的短路计算

我们以一个典型的 10kV/0.4kV 变电所为例，一步步拆解计算过程。

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1. 系统概况

  • 电源：来自大电网，最大短路容量 300MVA，最小短路容量 200MVA。
  • 高压电缆：长度 1.5km，截面积 240mm²。
  • 变压器：SCB18-2000kVA，10kV/0.4kV。
  • 低压母线：铜排，额定电流 4000A。
  • 低压电缆：长度 120m，截面积 150mm²。

我们重点计算三个短路点：

  • k-1 点：10kV 高压母线
  • k-2 点：0.4kV 低压母线
  • k-3 点：低压电缆末端
2. 高压侧（k-1 点）计算

高压系统计算，我们用标幺值法，把所有物理量都折算到一个统一的基准上，方便计算。

  1. 确定基准
  2. 基准容量 Sd=100MVA
  3. 基准电压 Ud=1.05×10=10.5kV
  4. 计算各部分阻抗
  5. 电力系统电抗：最大运行方式 XS1M∗=100/300=0.3333；最小运行方式 XS1m∗=100/200=0.5。

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  1. 高压电缆阻抗：折算后电阻 RL1∗=0.1054，电抗 XL1∗=0.1222。
  2. 总阻抗
  3. 最大运行方式：XΣM∗=0.3333+0.1222=0.4555
  4. 最小运行方式：XΣm∗=0.5+0.1222=0.6222
  5. 计算短路电流

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  1. 短路容量：最大方式 Sk-1(3)M′′=3×10.5×12.07=219.5MVA。
  2. 冲击电流：ip3M=2.55×12.07=30.78kA，用于校验设备动稳定。
3. 低压侧（k-2、k-3 点）计算

低压系统计算，我们用有名值法，直接用欧姆、安培等实际单位计算。

  • 核心思路：从变压器开始，依次计算变压器阻抗、低压母线阻抗、低压电缆阻抗，最后得到总阻抗，再计算短路电流。
  • 关键作用：计算结果用于选择合适的低压断路器、母线等设备，确保它们能安全分断短路电流。
四、这些数字有什么用？

算出来的这些千安、兆伏安，可不是纸上谈兵：

  • 校验设备：最大短路电流用来校验断路器的分断能力、母线的动热稳定。
  • 整定保护：最小短路电流用来校验继电保护装置的灵敏度，确保在最不利的情况下也能可靠动作。
  • 单相接地电容电流：这个值决定了高压系统是否需要安装消弧线圈，以抑制电弧重燃。
五、总结

短路电流计算，本质上就是一场 “极限测试”。通过科学的方法，我们提前预判了系统最危险的状况，从而为变电所的安全运行筑起了一道坚实的防线。

无论是高压还是低压，无论是标幺值还是有名值，最终的目标都是一致的：让电力系统在故障面前，既扛得住，也断得开。