超高功率整流器短路电流的计算

由于电网的最大短路容量（7676MVA）远大于整流机组的容量（约110MVA），所以在计算整流器阀侧短路电流时，电网的短路阻抗可以忽略不计，它对计算结果的影响不大，只是计算值稍大一些。故图2中未计入电网的短路阻抗。

3 直流侧短路（稳态）电流

一个整流电源机组的阀侧绕组有四组，每组绕组对应一个三相桥式整流电路。直流侧发生短路时，一个整流电源机组的总阻抗等值电路如图3所示。

图 3 直 流 侧 短 路 等 值 电 路

图中：Ea=UZ2/=1050/=606V——整流变压器阀侧等值相电压[1]；

Xg=XTB＋XZB/2＋XM/4=1.19＋0.66＋0.19=2.04mΩ——直流短路等值电抗；

Rg=RTB＋RZB1/2＋（RM＋RZB2）/4=0.042＋0.012＋0.026=0.08mΩ——直流短路等值电阻；

Zg===2.0415mΩ——直流短路等值阻抗[1]。

3.1 整流变压器每个阀侧绕组的线电流有效值ID1[1]

ID1=(1/4)×Ea/Zg=606/(4×2.0415×10－3)=74.2kA

3.2 三相整流桥每个桥臂的短路电流有效值IbD1[1]

IbD1=Ea/(4·Zg)=606/(4·×2.0415×10－3)=52.5kA

3.3 每个三相整流桥的直流短路电流平均值IbDP1[1]

IdDP1=1.35×(Eq/4Zg)=1.35×606/(4×2.0415×10－3)=100.2kA

4 桥臂短路时（稳态）短路电流

当一个整流机组中有一个整流臂因整流器件被击穿，而发生桥臂短路时，其短路阻抗Zbg为：

Zbg===3.265mΩ

式中：Xbg=XTB＋XZB＋XM=1.19＋1.32＋0.75=3.26mΩ——桥臂短路电抗；

Rbg=RTB＋RZB1＋RZB2＋RM=0.042＋0.024＋0.075＋0.028=0.17mΩ——桥臂短路电阻。

4.1 故障桥臂短路电流（周期分量）的稳态有效值IbD1[1]

IbD1=Eq/Zbg=606/(3.265×10－3)=186kA

4.2 故障桥臂稳态短路电流（周期分量）的最大值IDm[1]

IDm=IbD1=×186=263kA

5 实际试验数据与计算数据比较

5．1 实际试验数据

在运行现场不可能在整流机组处于额定运行状态下进行直流短路试验来实地测量短路电流，而只能在低压条件下进行，以验证计算方法的正确性。具体测试条件和数据如下：

1)测试条件调压变压器的有载开关位于最低的第1挡，整流变压器阀侧空载交流电压为U2=80V；自饱和电抗器偏移绕组的偏移电流为DC10A，控制绕组的控制电流为0A；整流机组直流输出端直接短路。

2)实测数据整流机组的直流短路输出为Ud=12V（系短路母线两端的电压），Id=61kA。此时整流机组阀侧的相电压Ua1为：

Ua1=(U2－Ud/1.35)/=(80－12/1.35)/=41V

5．2 计算数据

1)计算依据同样使调压变压器的有载开关位于最低的第1挡，将其二次侧短接，给一次侧加电压，测得一次侧电压U11=3274V时，一次侧电流I11=20.4A。调压变压器在第1挡的变比为kTB1=50，可以求得调压变压器在该挡的实际短路阻抗（折算到整流变压器阀侧）ZTB1为：

ZTB1=U11/(I11)=3274/(×20.4×502×57.762)=0.011×10－3Ω=0.011mΩ

而调压变压器有载开关位于第78挡（额定分接挡）时，调压变压器的阻抗ZTB=1.19mΩ，机组总阻抗Zg=2.0415mΩ；在第1挡时，调压变压器的阻抗ZTB1=0.011mΩ，整流机组总阻抗Zg1为：

Zg1=Z0－ZTB＋ZTB1=2.0415－1.19＋0.011=0.8625mΩ

2)计算数据调压变压器有载开关位于最低的第1挡时，一个机组的直流短路电流Id1为：

Id1=13.5(Ea1/Zg1)=1.35×41/(0.8625×10－3)=64.2kA

6 结语

在调压变压器有载开关位于最低的第1挡的情况下，进行直流侧短路试验，实测稳态直流短路电流为61kA，与按本文介绍的计算方法所计算的短路电流值64.2kA基本接近，说明了这种计算方法基本上是正确的，可以在超高功率整流电源设备中参照这一计算方法确定短路电流，作为保护系统设计的依据。