1 引言

计算极地考察船主配电板三相短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围，绝缘的损坏和误操作等原因会导致电力系统的短路。当短路发生在主配电板的母线或干线上时，将会出现比正常电流大许多倍的短路电流，其所产生的机械应力和热效应会导致及其它电气设备的损坏，同时也会造成电网电压的大幅度降低，使用电设备受到影响，从而危及电器及人的生命安全。精确地推算出电网中各点短路电流值的大小，有助于确定系统的保护策略和方法，合理的选择配电方式和保护装置，以保证电力系统发生短路时能快速有效的切断短路故障，将故障限制在较小的范围内，防止故障点引发的火灾并避免设备损坏，把短路故障引起的破坏降低到最小的情况^[1]。通过计算最大短路电流来确定系统耐受能力，尤其是用来决定配电盘和断路器的分段能力；而通过计算最小短路电流用于保护设备的协调配置工作。另外，短路电流计算还能帮助检验电力系统电压等级选择的正确性以及发电机组和电能分配系统选择的合理性^[2]。此次极地考察船主配电板短路计算是基于IEC61363-1标准。

2 “雪龙2”号极地考察破冰船

雪龙2号极地考察船（H2560）是中国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船，是全球第一艘采用船艏、船艉双向破冰技术的极地科考破冰船。它采用分段建设，全船分解为114个分段来进行建造，通过先分段建造然后拼装合成全船。雪龙2号长度为122.5米，宽度为22.3米，吃水深度7.85米，吃水排水量13990米，续航力20000海里。雪龙二号采用了世界先进的双向破冰能力设计，船首和船尾均可进行破冰，船首可以在2至3节航速连续破除1.5米厚的冰层，破冰能力达到了第3档，满足全球无限航区航行需求^[3]。

3 分析三相短路电流的必要性

在船上，电力设备的可靠性和安全性至关重要。整个系统及其部件的设计宗旨是在任何航行条件下尽可能保证电力供应、推进和操舵、操作稳定性。保护系统可确保在出现过载、短路、接地故障 等电路故障时进行选择性跳闸。为加强全船供电可靠性，在电站保护系统中引进发电机监测系统以便对电网上连接的发电机进行柴油机油门和AVR励磁电流监测以防止正常运行的发电机不必要的跳闸。发电机监测系统和所有综合继保通过快速的IEC61850环状网络连接。这样的话有关电站的故障消除快2到3倍^[4-8]。
    主配电板中发生短路时，过大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使电网络内的电压大大降低，因而破坏了电网内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果，就需要计算分析短路电流，正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件，以保障主配电板的正常运作，确保极地考察船的正常工作^[9-12]。在极地考察船的设计和运行中，基于如下用途必须进行短路电流的计算：

⑴选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。

⑵选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。

⑶确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。

⑷保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产生的危害^[13-15]。

4 短路电流计算

4.1 发电机短路电流计算

计算短路电流时只考虑最高的电流值。短路电流的上部包络线由以下公式计算得出

表1  发电机短路电流计算结果

表2  电动机短路电流计算结果

5 短路电流汇总

三相短路假定发生在主配电板。最高短路电流出现在所有发电机并联运行且所有电动机同时连上。

表3  总的短路电流计算结果

6 包络图

如附图所示，为实际短路电流的包络图。取在第一个短路半周期时（即t=T/2=10ms）的短路电流值，可以得到母排上的实际最大峰值短路电流为34185A，母排上的实际均方值短路电流（RMS）为12494A。可见，短路电流的计算值和实际值具有一致性，验证了计算方法的正确性。

附图  包络图

7 结论

本文档旨在介绍ABB公司交付的电站和变频驱动系统的技术细节。通过对雪龙2号极地考察船主配电板三相短路电流的计算分析，得到相关电气设备的参数，加强技术人员对极地考察船的深入了解，为进一步研究极地考察船奠定基础。