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GB/T 15544短路电流计算与实用短路计算

比较分析李 明1，孙晶晶2

（1. 中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 050021；2. 国网河北省电力公司栾城区供电分公司，河北

石家庄 051430）

摘要：在配电系统设计中，短路电流是一项十分重要的计算内容。GB/T 15544标准与国际电工协会

(IEC)修订的短路电流计算国际标准IEC 60909一致，旨在允许的准确度下，搭建一种工程实用的求取结

果的过程。从概念、计算方法对照介绍了GB/T 15544的短路电流计算与国内广泛采用的实用计算异同，

最后通过工程算例对短路电流计算结果进行分析，为广大设计者选取短路电流计算准则提出参考性见

解。

关键词： GB/T 15544；IEC 60909；实用算法；运算曲线法；短路电流计算

Comparison and analysis of GB/T 15544 short circuit current calculation and practical short circuit calculation

LI Ming1, SUN Jingjing2

(1. China Nuclear Fourth Research and Design Engineering Co., Ltd., Shijiazhuang 050021, China; 2. State Grid Hebei Electric Power Company Luancheng District Power Supply Branch, Shijiazhuang 051430, China)

Abstract: Short-circuit current calculation is a very important part of the design in the distribution system. GB/T 15544 standard is the equivalent of the International Electrotechnical Commission (IEC) short circuit current calculation formulation of the international standard IEC 60909, in order to allow the accuracy, build a practical process of getting the result. The similarities and differences of widely used in practical calculation and GB/T 15544 short-circuit current calculation is introduced from the concept, calculation the method. finally through the engineering example, the short-circuit current calculation results are analyzed, selection of short-circuit current calculation standards is provided for the designers.

Key words: GB/T 15544; IEC 60909; algorithm; operational curve method; short-circuit current calculation

0 引言

电力系统短路电流计算对于系统继电保护

整定、中性点接地方式和设备选型均具有重要

意义。短路电流计算的一个实质问题是计算短

路电流结果的准确性。使用系统元件的电磁暂

态仿真模型进行短路电流计算，其结果准确，

但计算过程繁杂且运算量大 [ 1 ]，不能较好地满

足工程实际需求。目前国内工程短路电流计算

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48 | ·工业工程·2019年第38卷第9期

方法有两种：一种方法见GB/T 15544《三相交

流系统短路电流计算》；另一种为实用计算法，

见DL/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计规

程》和DL/T 5222—2005《导体和电器选择设计

技术规程》 [2]。结合比较两者在定义、运算方法

及运算结果的异同，能够为选取短路电流计算

准则提供参考，具备一定的现实指导意义 [3]。

1 短路电流计算方法简介

1.1 计算原理

IEC方法目前在国际上广泛应用，国内已在

独资、合资项目及对外工程设计中使用，今后

也应积极推广。GB/T 15544（ IEC法）的优点

是采用等效电压源法，不需要考虑发电机励磁

特性。计算均采用有名值，短路点用等效电压

源代替，其他电源（如同步发电机、同步电动

机、异步电动机和馈电网络的电动势）都取为

零，并以自身内阻抗取代，即该等效电压源为

系统的独一电压源。基于各元件的修正阻抗，

通过网络变化化简得到短路点的计算阻抗，并

计算出短路电流。

国内电力行业广泛应用的实用短路计算方

法是在国内同步发电机规格和容量配置的基础

上，用概率统计方法绘制了短路周期分量运行

曲线，运算过程较为简便。该算法基于标幺值

进行计算：将各元件的电抗值转换为同一基准

值下的标幺值，绘制等效网络，求取短路点的

短路电抗，再查运算曲线得到短路电流标幺

值，最后通过基准电流换算得到短路电流的有

名值。

1.2 计算假设条件

GB/T 15544短路电流计算的基本假设条件

包括 [4]：

1）短路类型不随短路的持续时间变化。

2）电网结构不随短路的持续时间变化。

3）变压器的阻抗取自分接开关处于主分接

头位置时的阻抗。

4）不计电弧的电阻。

5）除计算零序外，略去全部线路电容、并

联导纳和非旋转型负荷。

实用短路计算方法的基本假设条件包括 [5]：

1）短路前三相系统是正常运行情况下的连

接方式，不考虑仅在短时出现切换过程中的接

线方式。

2）假设计算线路各网络的磁路系统为不饱

和状态，即认为各网络的感抗为一定值。

3）电路电容和变压器的励磁电流略去不计。

4）在短路持续时间内，短路相数不变。

5）电力系统中所有发电机电动势相角都认

为同相。

6）对于同类型的发电机，当它们对短路点

的电气距离比较接近时，则假定超瞬态电动势

的大小和变化规律相同。

7）具有分接开关的变压器，其开关位置视

为在主开关位置。

8）系统短路前为对称的三相系统，负荷只

做类似估算，同时采用固定阻抗来代替。

综上所述，相较于GB/T 15544 算法，实用

短路计算法的假设条件更多，运算曲线使用概

率统计法绘制；而GB/T 15544 算法所假设的

环境更为接近系统的实际状态 [6]，GB/T 15544

完全基于系统长期运行状态时的各种系统量进

行计算，对于基础数据，GB/T 15544 算法更为

准确 [7]。

2 短路电流计算方法比较

2.1 计算标准

GB/T 15544 算法与实用短路计算在远近端

短路、故障前电压和网络结构等概念及计算方

法上存在一定差异，如表1所示。

2.2 计算项目

GB/T 15544 算法与实用短路计算所给出的

计算项目也有所差别，如表2所示。

2.3 数学模型

由于GB/T 15544 算法在计算中采用等效电

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压 cU / 3n取代了同步发电机超瞬态电动势E' '，

于是引入了校正系数KG、KT、KS和KSO等对发电

机、变压器及发电机变压器组的短路阻抗进行

了修正。GB/T 15544 算法与实用短路计算所

给出的数学模型也有所差异，如表3所示。

3 算例分析

由于两种算法采用不同的计算标准和数学

模型进行计算，其结果必然存在一定的差异。

以不带发电机及异步电动机的经过阻抗供电的

电网系统为例，主接线如下图所示，分别采用

GB/T 15544 算法和实用短路算法进行短路电流

计算，计算结果如表4～表7所示。

表1 短路电流计算标准的比较

Tab. 1 Comparison of short circuit current calculating standards

比较内容 GB/T 15544 算法 实用短路计算法

远近端短路电流

发电机 I''kG/I''

NG≤2为远端 计算电抗Xjs≤3为远端

电动机电动机反馈的短路电流超出未连接电动机时该点的短路电流初

始值的5%时，则为近端短路无明确规定

故障前电压 cU / 3n 标幺值1.0

网络结构 辐射型网络和环状网络 无明确规定

元件阻抗 所有网络元件均计电阻及电抗 忽略电阻，只计次暂态电抗

计算方法 = =+

IcU

Z

cU

R X3 3k''

k k k

n n

2 2= =I I I

IXk

''k

j* b

*

表2 短路电流计算项目的比较

Tab. 2 Comparison of short circuit current calculations

GB/T 15544 算法 实用短路计算法物理意义

对称短路电流初始值I''k 三相短路电流初始值Ik 相同

对称短路电流峰值ip 三相短路电流峰值ip 相同

短路电流的直流分量idc 短路电流的直流分量iDC 相同

对称短路开断电流Ib 全电流Ip 不同

稳态短路电流Ik 三相稳态短路电流Ik 相同

短路电流的热效应∫0Tki2dt 短路电流热效应Q 相同

表3 短路电流计算数学模型的比较

Tab. 3 Comparison of mathematical models for short circuit

current calculation

比较内容 GB/T 15544 算法 实用短路计算法

系统网络阻抗 ZcU

SQQn

2

''= X

USS

b2

''=

变压器阻抗 KTZT ZT

同步发电机 KGZG X''d

发电机变压器组阻抗（有载） KS(t

2NZG+ZTHV) X''

d+ZT

发电机变压器组阻抗（无载） KSO(t2

NZG+ZTHV) X''d+ZT

电网 S=2 500 MV·A

110 kV

F1

10 kV

F2

0.4 kV

F30.4 kV

+TM1 115/11 kVYd5 31.5 MV·A Ud%=10.5

15 k

m架空

3×95

/15

mm

2

+TM2 10/0.4 kVDyn11 200 kV·A Ud%=4

l=1.

5 km

YJV

-8.

7/15-

3×95

mm

2

l=75

km

YJV

-0.

6/1-

4×35

mm

2

图 算例用电气主接线图

Fig. Electrical main wiring diagram for example

GB/T 15544短路电流计算与实用短路计算比较分析

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50 | ·工业工程·2019年第38卷第9期

3.1 对称短路电流初始值

GB/T 15544 算法给出的对称短路电流初始

值计算方法为等效电压源法，表达式为

（1）

实用短路计算法给出的短路电流初始值计

算式为

（2）

由表5计算结果可得，除F 1点短路外，GB/

T 15544 算法与实用短路计算法计算结果十分

接近。F 1点处的主要差异在于电压系数c取值的

不同，GB/T 15544 算法在系统电压为10 kV时

取1.1，而实用短路计算法采用的电压为网络平

均电压，即为1 . 0 5倍的正常标称电压。除此之

外，GB/T 15544 算法在计算变压器阻抗时考虑

了校正系数K T，同样也使对称短路电流初始值

较实用短路计算法偏大。

3.2 对称短路电流峰值

GB/T 15544 算法给出的对称短路电流峰值

计算式如下，即

（3）

实用短路计算法给出的短路电流峰值计算

式如下，即

（4）

由式（3）和式（4)可知，短路电流峰值计

算方法两者基本相同，仅短路电流峰值系数取

法存在差异，当R /X比值相同时，GB/T 15544

算法所计算出的短路电流峰值系数略大于实用

短路计算法。

3.3 不对称故障短路电流

对于不对称故障短路电流，GB/T 15544 算

法和实用短路计算法相同。由表7可知，G B/T

15544 算法计算得出的结果均大于实用短路计

算法，主要差异同样源于电压修正系数c与系统

网络元件短路阻抗校正系数的取值不同。

4 结束语

通过计算原理、计算假设和数学模型等方

面比较了GB/T 15544 算法和实用短路计算法的

异同，并通过工程算例进一步进行了说明。综

上所述可得以下结论。

1) GB/T 15544 算法提出的等效电压源法

考虑了各种不利因素，算法中校正系数的引进

有严密的理论推导和大量的案例计算统计为依

表5 对称短路电流初始值计算结果

Tab. 5 Calculation of initial value of symmetrical short circuit current （单位：kA）

短路点 GB/T 15544 算法 实用短路计算法

F1 12.55 11.82

F2 7.20 6.98

F3 3.81 3.76

表4 设备在正序网络中的阻抗值

Tab. 4 Impedance values of devices in positive sequence networks

设备 GB/T 15544 算法 实用短路计算法

系统 0.529 74+j5.297 4 j5.336 1

变压器T1 0.017 7+j0.396 j0.403 3

线路L2 0.293 7+j0.155 0.293 7+j0.155

变压器T2 0.007 45+j0.03 0.007 64+j0.031

线路L3 0.039 74+j0.005 99 0.039 74+j0.005 99

= =+

IcU

Z

cU

R X3 3k''

k k k

n n

2 2

= =+

IU

Z

U

R X3 3k'' av

c

av

c2

c2

=

= + −

i k I

k

2

1.02 0.98ek

R X

p''

3

=

= +−

i k I

k

2

1 e

k

RX

p p''

p

3.14

表6 对称短路电流峰值计算结果

Tab. 6 Calculation results of peak value of symmetrical short

circuit current （单位：kA）

短路点 GB/T 15544 算法 实用短路计算法

F1 29.70 28.03

F2 14.97 14.28

F3 5.61 5.42

表7 不对称故障短路电流计算结果

Tab. 7 Calculation of short circuit current for asymmetric faults （单位：kA）

不对称故障短路 GB/T 15544 算法 实用短路计算法

F2点两相短路 6.22 6.04

F2点两相接地短路 7.37 7.18

F2点单相接地短路 7.27 7.05

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据，求取的结果较为安全，与使用系统元件的

电磁暂态模型进行短路电流计算相接近。

2 ) 通过工程算例计算不难发现， G B / T

15544 算法和实用短路计算法从基本原理角度

分析并无本质区别，只是GB/T 15544 算法引入

了电压系数与元件阻抗校正系数。在计算中压

及以上系统短路时，由于系数的引入会使计算

结果较实用短路计算法偏大，但是随着电压等

级的变化，在进行低压计算时，阻抗折算到变

压器低压侧的同时会使短路阻抗差距变小，此

时两者的计算结果较为接近。

3 ) 由于实用短路计算法已在国内工程中

广泛采用，并无不良反馈，因此建议在不改变

设计习惯的前提下，先使用实用短路计算法计

算，再用G B / T 1 5 5 4 4 ( I E C ) 算法进行校验，

而对外工程设计中，今后应积极推行采用GB/T

15544（IEC法）算法。我国颁布的GB/T 15544

《三相交流系统短路电流计算》国家标准直接

等同于IEC 60909最新标准，能够得出国家标准

亦是偏向于采纳IEC标准。

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__________________

作者简介

李明，男，工程师，硕

士，主要研究方向为配电网故

障检测与信号处理。

孙晶晶，女，工程师，硕

士，从事电力企业安全监管工

作。

(收稿日期：2018－06－22)EA 李 明

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