电力系统短路电流计算方法有哪些及其保护整定步骤？

在电力系统的设计、运行和维护中，短路电流计算与保护整定是两项至关重要的工作，直接关系到电网的安全稳定。本文将系统梳理主流计算方法与标准化的整定步骤，并结合实际参数与政策规范进行解读。

一、 短路电流的核心计算方法

短路电流的计算是后续所有保护工作的基础，其核心目的在于确定系统在故障时可能出现的最大与最小电流值，为选择电气设备和整定保护装置提供依据。计算方法需根据应用场景和遵循的标准进行选择。

1. 基于等效电压源的计算法

这是最常用的方法之一，尤其适用于中低压配电网的工程计算。其核心思想是将短路点视为由一个等效电压源供电，忽略电源内部的阻抗变化，即“无限大容量电源系统”假设。在此假设下，短路电流的稳态值主要取决于从电源到短路点的线路阻抗。例如，计算变压器低压侧短路电流时，关键参数是变压器的阻抗电压（Uk%）。对于一个容量Sn=1600kVA、低压侧线电压Un=400V、阻抗电压Uk%=5.6%的变压器，其低压侧额定电流In约为2309A，而出口处的三相短路电流稳态值Ik可通过公式Ik = In / (Uk%) 进行估算，计算结果约为41.2kA。这种方法计算相对简单，在初步设计和校验中广泛应用。

2. 考虑系统运行方式的详细计算

对于高压输电网和复杂的厂站系统，必须考虑系统的实际运行方式（最大、最小方式）以及网络结构的变化。此时需要建立系统的正序、负序、零序阻抗图，并采用对称分量法等工具进行详细计算。计算内容不仅包括周期分量初始值（I''k），还需根据标准估算短路电流峰值（ip）、非周期分量等。例如，在继电保护整定计算中，必须分别计算保护安装处在系统最大运行方式下的三相短路电流（用于校验灵敏度）和最小运行方式下的两相短路电流（用于整定动作值）。国际标准IEC 60909（我国对应标准为GB/T 15544）对此类计算的条件、假设和步骤做出了详细规定。

3. 针对电动机反馈电流的考虑

在工厂供配电系统中，短路点附近连接的异步电动机在故障瞬间会像发电机一样向短路点反馈电流，这部分电流会增加短路冲击电流的峰值。在精确计算，特别是校验断路器动稳定性和保护速断定值时，必须予以考虑。国家标准中给出了电动机反馈电流的估算方法及其衰减时间常数。

二、 继电保护整定的标准化步骤

保护整定计算是在短路计算的基础上，确定保护装置（如断路器、继电器）具体动作参数的过程，其根本目标是实现选择性、速动性、灵敏性和可靠性的统一。一个完整的整定计算流程通常遵循以下标准化步骤：

第一步：前期准备与资料收集

这是整定工作的基石。需要全面掌握电力系统的一次接线图、设备参数（发电机、变压器、线路的阻抗）、以及电流/电压互感器的变比和特性。必须与调度部门共同研究确定系统各种可能的运行方式，包括正常的、检修的以及事故后的特殊运行方式，这是后续计算条件选取的前提。

第二步：确定计算条件与短路计算

根据保护的类型（如电流保护、距离保护）和整定项目的要求，拟定具体的短路计算运行方式。例如，整定电流速断保护时，需计算被保护线路末端在系统最大运行方式下的三相短路电流；而校验过电流保护的灵敏度时，则需计算本线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流。利用第一步准备的系统参数和阻抗图，进行详细的短路电流计算，并汇总出各相关点的最大、最小短路电流及零序电流分布。

第三步：按保护类型逐级整定与配合

这是整定计算的核心环节，需按照保护的功能分层、分区进行。

电流速断保护（第I段）：其定值必须“躲过”本线路末端以外的短路，通常按躲过下级线路出口处（如图1中d3点）最大短路电流来整定，以保证选择性。其动作时限为保护装置固有的瞬时动作时间。

限时电流速断保护（第II段）：作为第I段的后备，其保护范围需延伸至本线路末端。其动作电流应与下级线路的第I段定值配合，并留有一定裕度（可靠系数），动作时间则比下级线路第I段高出一个时间级差（如0.3-0.5秒）。

定时限过电流保护（第III段）：作为本线路和相邻线路的远后备，其动作电流按躲过线路最大负荷电流整定，动作时间按阶梯原则逐级配合，保证选择性。

第四步：校验、形成方案与归档

完成初步整定后，必须对每一项保护进行灵敏性校验，确保在保护范围内发生最小短路故障时能可靠动作。要检查不同保护段之间以及相邻线路保护之间的配合关系是否协调。最终，将确定的定值编制成整定值清单或定值说明图，并撰写整定方案说明，明确指出计算中采用的假设、存在的特殊问题及对运行操作的要求。所有计算书、图纸和定值单需归档保存，为日后系统变更和定值复核提供依据。

三、 规范、政策与数据支撑

在实际工作中，短路计算和保护整定必须严格遵循国家及行业标准。

计算标准：GB/T 15544《三相交流系统短路电流计算》等同采用IEC 60909，是我国进行短路电流计算的权威技术依据。它详细规定了不同电压等级、不同设备（如风机、变频器）的阻抗模型和计算方法。

整定规程：原能源部颁布的《继电保护和安全自动装置整定计算条例》以及国家电网、南方电网公司制定的系列整定计算导则，是指导现场整定工作的核心政策文件。这些规程明确了整定计算的原则、方法、配合要求以及与新设备（如新能源电站）接入的适应性规定。

数据引用：在撰写技术报告或方案时，引用权威白皮书或行业统计数据进行佐证能增强说服力。例如，在论述短路电流水平随电网发展而增大时，可以引用国家能源局或电力规划总院发布的年度《全国电力供需形势分析预测报告》中关于电网规模和短路容量增长的数据。在说明保护配置有效性时，可参考《国家电网公司继电保护动作统计分析报告》中关于正确动作率与保护定值关系的相关结论。

短路电流计算是“诊脉”，而保护整定是“开方”，两者紧密结合，构成了电力系统安全防御的基石。随着新型电力系统建设推进，分布式电源、电力电子设备大量接入，短路电流特性与保护配合面临新挑战，更要求从业人员深刻理解传统方法，并持续关注新标准、新技术的发展。