短路衝擊電流

短路衝擊電流是指短路發生經過約半個周期後（當f=50Hz時，此時間約為0.01秒），短路電流（包括周期分量和直流分量）達到最大值。一些保護設備分為“限流”和“非限流”型，其中限流，就是指短路衝擊電流，限流是指在短路衝擊電流未到來之前，就能夠熄滅電弧的。

基本介紹

• 中文名：短路衝擊電流
• 外文名：Short circuit shock current
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 包括：周期分量和直流分量
• 分類：“限流”和“非限流”

簡介

在電網電源密集和負荷密度大的電網局部，短路電流水平超標現象日益突出。當前，限制短路電流水平超標的技術措施通常是從改變電網的拓撲結構和參數、調整系統運行方式或採用更大遮斷容量的設備3方面入手，而採取這些措施往往是以損失系統運行的部分靈活性和安全性為代價的。

短路衝擊電流是電網設備選型時考慮的一個重要參數。有些研究根據不同的限制短路電流原理，已提出各類型的短路電流限制設備。在各類型的短路電流限制器中，相間功率控制器（inter-phase power controller，IPC）由於具有短路故障時限制短路電流、正常運行時控制潮流的特性，在限制短路電流的套用領域前景廣闊。

短路電流衝擊常通過衝擊係數乘以穩態短路電流幅值得到，衝擊係數通常取1.8～1.9。IPC加入電網後對衝擊電流的影響還沒有相關的研究成果。

IPC 限制短路電流的原理

根據其支路數量的不同可分為2支路、3支路或多支路IPC，IPC在迴轉器運行狀態下可以實現系統解耦和限制故障電流，其限制故障電流的物理過程為：R側的電壓跌落經由IPC傳遞到S側後，轉變為電流IS的一個跌落。可以看出，短路故障對IPC非故障側的影響只能通過與故障側相聯的電網傳遞，延伸了非故障側距故障點的距離，等效於增加了故障點與非故障側間的阻抗，從而減弱了故障對IPCS側電網的衝擊；另一方面，由迴轉器的原理可知， IPCS側電壓VS較小的跌落轉變成R 側電流IR較小的波動，此波動反映了IPC對故障的影響。根據以上的分析，可將運行於迴轉器狀態的IPC視作由對側網路電壓所控制的電流源，由非故障側向短路故障側看去的IPC等效阻抗為無窮大。

IPC出口三相短路的短路電流分析

當IPC出口發生三相短路故障時，注入IPC兩端及流經其2條支路的電流將發生變化。對上述電流的變化情況進行量化分析可採用運算電路法。

IPC出口短路時，其電感支路的短路電流由直流分量和基頻交流分量構成， 電容支路的短路電流由衝擊電流分量和基頻交流構成。若計及系統中電阻分量，則系統進入穩態後，短路電流的直流分量和衝擊分量將衰減至零。

IPC所聯線路三相短路後的短路電流分析

當IPC所聯線路發生三相短路故障時，其運算電路與IPC出口短路故障不同之處在於線路電抗的引入。

另外，由上述的推導結果可以看出，IPC所聯線路短路時，其電感支路的短路電流由直流分量、諧波分量和基頻交流分量構成，電容支路的短路電流由諧波分量和基頻交流構成。由於直流分量和諧波分量都為無源分量，其能量來自短路瞬間系統中儲能元件所儲存的能量。因此，計及系統中電阻分量之後，短路電流的直流分量和諧波分量將最終衰減至零。

IPC送、受端及支路的衝擊電流計算方法

經過對IPC的2條支路中短路電流時域解的上述分析可知，影響衝擊電流因素包括IPC設備自身和所聯繫統兩者的電氣參數。受IPC 設備參數取值不同的影響，繼續採用傳統的衝擊係數取值是不適用也不合理的。

基於上述原因，計算IPC送、受端和支路中的短路衝擊電流須採用電磁暫態仿真的方法，而電磁暫態仿真往往受制於系統的規模，因此要先對所研究的系統進行等值化簡。

計算IPC短路衝擊電流的具體步驟如下。

（1）對含IPC的電網進行化簡，等值結果須保留IPC 及與之所聯線路的母線節點；

（2）針對簡化系統進行不同故障的多次仿真，以尋找短路衝擊電流的最大值；

（3）計算IPC送、受端及支路短路電流的衝擊係數；

（4）計算含IPC的電網（未化簡）不同方式下的短路電流， 根據（3）中得到的衝擊係數，可計算得到對應的短路衝擊電流。

採用以上方法計算出IPC送、受端及支路的短路衝擊電流後，對於電網中其他位置的短路衝擊電流仍可採用傳統的衝擊係數取值進行計算。

總結

通過對含IPC系統短路電流的解析求解和等值系統的暫態仿真，提出了IPC相關短路衝擊電流的計算方法，並得到以下結論：

（1）IPC在限制電網短路電流的同時，其相關的短路衝擊電流若採用通常的衝擊係數進行計算將不能滿足精度要求；

（2）IPC相關衝擊電流的計算應在採用電磁暫態仿真以求得衝擊係數的基礎上進行計算；

（3）IPC的電容支路的短路衝擊電流可能會大於其出口處的短路衝擊電流。