系统短路电流与短时冲击涌流
供配电系统中，可能产生的大幅值过电流主要有系统短路电流与短时冲击涌流两类。两类电流均会对配电线路造成冲击，使系统中的电气设备受损或发生保护性分断，因此，选择系统短路电流和短时冲击涌流合适的保护配合，是配电系统设计的关键。
系统短路电流引起的相关因素考量
众所周知，供配电系统中发生短路时，由于配电网络总阻抗减小，短路发生回路中流过的短路电流可能达到数倍额定电流，即使短路切断时间较短，短路电流也可能导致设备和导体过分发热及较大的电动力，导致设备损毁、绝缘损坏甚至导体变形破坏。同时短路也会引起网络电压降低，影响供电网络内用电设备的正常工作。
■ 短路电流与短路峰值电流
系统发生短路时，配电系统从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态（稳态短路电流Ik），一般需0. 2 ~ 5 s。在短路后约半个周波（0. 01 s）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为“峰值电流（Ipk）”，图1示意了系统中的短路电流变化。
短路峰值电流、稳态短路电流和系统中的功率因数有关，GB / T 7251. 1 - 2013《低压成套开关设备和控制设备
第1部分：总则》规定的短路峰值电流值与稳态短路电流值间的系数关系如表1所示。
表1 短路峰值电流与短路电流有效值的关系系数
根据上述标准，以低压配电系统中的2000 kVA变压器低压出线侧的最大三相短路电流为例，估算系统最大短路峰值电流。变压器额定容量2000 kVA，额定电压10 / 0. 4 kV，低压侧阻抗电压ukr= 6 %，则低压侧最大三相短路电流：
■ 系统及设备承受的额定短时耐受电流与额定限制短路电流
系统及设备承受的额定短时耐受电流指：在规定条件下，用电流和时间定义的能够耐受的短时电流有效值。当在最大额定工作电压下，额定短时耐受电流等同于系统的额定预期短路电流。系统及设备的额定限制短路电流则是在上级后备保护设备（SCPD）全部动作时间内能够承受的预期短路电流值。
上述两个参数中均涉及到了电流的持续时间，如果对变压器低压侧出口端电器设备考核，在最大承受的预期短路电流值下，持续时间将取决于变压器中压侧的保护电器动作时间。配电变压器应能耐受短路电流产生的热应力和机械应力等破坏效应，即热效应短路容量应不大于变压器允许的短路容量。
变压器的暂态励磁涌流与持续时间
电力变压器接通时，变压器一次侧会产生很高的励磁涌流，其持续时间从暂态（十几毫秒）到准稳态要有几秒的时间，这个电流也称“合闸涌流”。其值取决于电压所处时刻和磁路的剩余磁感，励磁涌流通常比变压器高压侧额定电流要大许多倍，因此电力变压器通电瞬间产生的涌流有可能使中压侧的保护电器误动作，造成变压器不能正常送电，设计中必须避免这种状况产生。
变压器中压侧常用的主要参数有：额定容量、额定电压、一次侧电流、阻抗电压、最大涌流与额定电流比、涌流衰减至50 % 的时间等几个主要参数。部分典型电力变压器的主要参数如表2所示。
表2 常用电力变压器的主要参数
配电系统低压侧配电设备承受故障电流的最小时间
为保证变压器的正常启动，中压侧的保护元件通常在涌流衰减到50 % 的时间范围内保护机构是闭锁的，如图2所示的中压继电保护长延时部分整定时间为0. 3 s，即为保证变压器启动过程中冲击涌流衰减范围。
根据上述分析，变压器低压侧低压电器设备应能承受（10 ~ 15）In（In为低压侧电器设备的额定电流）以下故障电流的时间, 应不小于变压器涌流衰减到50 % 的时间，以2 000 kVA变压器为例，根据表2的数据测算，0. 5 s已经可以满足要求，时间越长，在电缆上的投资相应增加得越多。
中低压过流保护电器间故障保护配合
中低压过流保护电器间故障保护配合，主要是围绕着变压器的安全进行的，保护宗旨是在给包括变压器在内的系统，提供可靠保护的前提下，充分发挥低压侧保护电器的保护作用和级间配合的选择性，实现供电系统的可靠运行。
中压熔断器与低压断路器间的保护配合
使用中压熔断器与低压断路器配合对配电系统提供保护，是小容量变压器配电系统常用的保护手段。图3采用中压熔断器负荷开关组与低压断路器配合，对1 000 kVA电力变压器10 / 0. 4 kV配电系统保护配合。
变压器基本参数：Sn = 1 000 kVA，10 / 0. 4 kV D，yn11，ukr= 6 %，In1 = 57. 7 A，In2= 1 443 A，低压系统三相短路最大短路电流（Ikmax）25 kA，低压系统单相接地最小短路电流（Ikmin）17 kA。
为充分发挥变压器的短时过载功能，中压熔断器按2倍的变压器额定容量选取额定电流为125 A，从图3可以看出中压熔断器在低压侧最小短路故障电流保护时间为1 s，在低压侧最大短路故障电流保护时间为60 ms，低压侧电器设备承受最大短路电流的时间不会超过60 ms，低压侧断路器ACB 6倍额定电流瞬动整定完全可以达到，与中压熔断器在出口端短路范围内保护选择性配合。
中压继电器保护设备与低压断路器间的保护配合
对于大容量变压器的保护，采用中压断路器—继电保护组合与低压断路器间的保护配合是常用的方案。为保证变压器和中压配电系统的安全，中压保护继电器的整定必须满足以下要求：①
对变压器低压侧出口端的三相短路故障和单相接地故障提供可靠的后备保护；② 保证耐受变压器启动时的涌流冲击和持续时间；③ 保证变压器高压侧短路故障的保护；④ 为低压侧各级保护电器的配合创造条件。图4采用这一方案对2 000 kVA电力变压器10 / 0. 4 kV配电系统保护配合。
变压器基本参数：Sn = 2 000 kVA 10 / 0. 4 kV，D，yn11，ukr = 6 %，In1 = 115 A，In2 = 2887 A，低压系统三相短路最大短路电流（Ikmax）48.4
kA，低压系统单相接地最小短路电流（Ikmin）29.3 kA，中压电流互感器变比150 ∶ 5。
低压系统三相最大短路电流和单相最小短路电流折合到中压侧的电流分别为1 878 A和860 A。
中压继电保护的短延时整定电流设定为750 A，可以保证对低压侧的短路电流提供保护。
根据表2的数据测算，2000 kVA的变压器最大涌流为1155 A，涌流衰减到50 % 的时间约为480 ms，所以短延时500 ms的整定，可以满足变压器正常的启动和中压设备的短时耐受能力。
对于中压侧的短路故障，为保证与中压系统上级保护的配合，中压继电保护应瞬时分断，因此中压侧瞬动整定电流整定2100
A，和瞬动整定时间的整定值应小于100 ms。
从图4可以看出中压继电保护在低压侧发生接地故障保护的延时时间不大于500
ms，低压侧断路器ACB 10倍额定电流瞬动整定完全可以达到，与中压熔断器在出口端短路范围内保护选择性配合。
本文有删减，全文载于《建筑电气》2018年第10期，详文请见杂志。
版权归《建筑电气》所有。
