pandapower 短路计算与保护整定：从 14.4 kA 到定值单

给一条 5 公里的 20 kV 电缆配保护，绕不开两个数：末端短路电流有多大，保护要整到多少才既不动辄误跳、又能可靠切除故障。前者靠仿真，后者靠整定公式，过去分属两个软件。用 pandapower 一次算清楚，顺手把整定值也推出来。

项目出处

本文继续用 pandapower（BSD 3-Clause，3.5.6，2026-10-07 发布）。上一篇讲潮流，这一篇讲它的短路模块 pandapower.shortcircuit，思路与潮流一致：建表、跑算、读结果。

先把网络建出来

import pandapower as pp

net = pp.create_empty_network(name="sc")
b0 = pp.create_bus(net, vn_kv=20.0, name="A")
b1 = pp.create_bus(net, vn_kv=20.0, name="B")

# 电源侧短路容量，短路计算必填
pp.create_ext_grid(net, b0, vm_pu=1.0, s_sc_max_mva=500.0, rx_max=0.1,
                   s_sc_min_mva=300.0, rx_min=0.1)
pp.create_line_from_parameters(net, b0, b1, length_km=5.0,
    r_ohm_per_km=0.2, x_ohm_per_km=0.35, c_nf_per_km=210.0, max_i_ka=0.4)
pp.create_load(net, b1, p_mw=2.0, q_mvar=0.5)

pp.runpp(net)
pp.shortcircuit.calc_sc(net)
print(net.res_bus_sc["ikss_ka"])

实测输出：母线 A 为 14.434 kA，母线 B 为 4.469 kA。潮流侧同时得到末端电压 0.993 pu、线路损耗 10.62 kW、负载率 14.98%（本机 Python 3.14.4 环境）。

为什么末端只剩三分之一

短路电流由电源到故障点的总阻抗决定。金属性短路的电流近似等于电源相电压除以总阻抗，电源侧阻抗只有系统内阻抗，末端又串进 5 公里的线路阻抗，所以掉得很快。

这条曲线解释了两件事：一是母线 A 的开关设备要按 14.4 kA 以上的开断能力选型；二是母线 B 的保护必须够灵敏，否则在线路末端故障时可能拒动。

从短路电流到整定值

工程上常用的三段式整定，边界条件就是这两个数：

• Ⅰ段速断：躲过末端最大短路电流，取可靠系数 1.3 倍，即 1.3 × 4.469 kA ≈ 5.81 kA，瞬时动作，保护线路首端 60%–80%。
• Ⅱ段限时速断：按本线路末端最小短路电流保证灵敏度整定，与下一级速断配合，带 0.5 s 级差。
• Ⅲ段过流：躲过最大负荷电流，取 1.15 × I_load_max / 0.85。本例最大负荷按 2 MW、功率因数 0.95 折算约 60.8 A，整定 82.2 A。

整定完回头看灵敏系数：末端最小短路电流 4.469 kA 除以过流定值 82.2 A，约 54.36，远高于规程要求的 1.3–1.5，说明这条线路的过流保护有很大的整定余量，瓶颈反而在速断的保护范围上。

线路长度把整张定值单都改了

把线路长度换成 2 km 和 10 km 各跑一遍，末端短路电流分别是 7.701 kA 与 2.620 kA——不是简单的平方反比，而是电源内阻抗与线路阻抗串联后的结果。

这张表说明，线路一延长，速断的保护范围就会明显缩短：原本能覆盖 5 公里线路首端 70% 的定值，换到 10 公里的线路上可能只覆盖前 40%，剩下的必须靠限时速断和过流兜底。所以定值单必须跟着拓扑变化重算，而不是抄一份"同电压等级"的模板。

顺带说一个常见误解：短路电流不是越大越好。母线 A 的 14.4 kA 决定了开关柜、母排、电流互感器要按这个量级选型并校验动稳定与热稳定；而母线 B 只有 4.5 kA，同样的设备装到末端就属于大马拉小车——这正是"按点选型"的意义。

几个真实的坑

第一，短路容量必须手填。 calc_sc 不会替你猜系统阻抗，ext_grid 缺 s_sc_max_mva 会直接抛 ValueError，报错信息里会贴心地提示试填 1000。

第二，内置算例跑不了短路。 官方 case9() 的 gen 表缺 vn_kv、rdss_ohm 等列，短路计算会连着报错。原因是短路需要发电机的次暂态参数，而潮流算例只需要有功无功。要算短路，自己建网络更省事。

第三，单位混用。 输入用 MW、MVA、kV、km，内部转成标幺；res_bus_sc 输出 kA，res_line 输出 MW 与百分比，别把两组数直接相除。

一份脚本，两种用途

同一个 net 对象，规划阶段拿它校核短路电流与设备选型，运维阶段拿它核算定值单。现场只要改动线路参数或电源容量，两侧的数就会一起刷新——这才是把仿真搬进脚本最实在的收益：定值单不再是一次性的纸面数字，而是一段能重跑的代码。

小结

短路电流和整定值本是一根链条上的两环：前者由网络拓扑与电源容量决定，后者由前者加系数推出。pandapower 让这条链条在一个脚本里跑完，改一次线路长度，两侧的数一起变。

参考资料

• pandapower 仓库
• 短路计算文档
• PyPI 上的 pandapower