短路電流簡化計(jì)算

1、2008-11-08 16:24三相短路電流計(jì)算方法討論    三相短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行中必須進(jìn)行的計(jì)算分析工作。目前，三相短路電流超標(biāo)問題已成為困擾國內(nèi)許多電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵問題。然而，在進(jìn)行三相短路電流計(jì)算時(shí)，各設(shè)計(jì)、運(yùn)行和研究部門采用的計(jì)算方法各不相同，這就有可能造成短路電流計(jì)算結(jié)論 的差異和短路電流超標(biāo)判斷的差異，以及短路電流限制措施的不同。如果短路電流計(jì)算結(jié)果偏于保守，有可能造成不必要的投資浪費(fèi)；若偏于樂觀，則將給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下災(zāi)難性的隱患。因而，在深入研究短路電流計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，比較了不同短路電流計(jì)算條件對短路電流計(jì)算結(jié)論的影響

2、，以期能為電網(wǎng)短路電流的計(jì)算和限制提 供更切合實(shí)際的方法和思路。 1短路電流計(jì)算方法經(jīng)典的短路電流計(jì)算方法為：取變比為1.0，不考慮線路充電電容和并聯(lián)補(bǔ)償，不考慮負(fù)荷 電流和負(fù)荷的影響，節(jié)點(diǎn)電壓取1.0，發(fā)電機(jī)空載。短路電流計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)主要有IEC標(biāo)準(zhǔn)和ANSI標(biāo)準(zhǔn)，中國采用的是IEC標(biāo)準(zhǔn)。國標(biāo)規(guī)定了短路電流的計(jì)算方法、計(jì)算條件。國標(biāo)推薦的三相短路電流計(jì)算方法是等值電壓 源法，其計(jì)算條件為：不考慮非旋轉(zhuǎn)負(fù)載的運(yùn)行數(shù)據(jù)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式；忽略線路電容和非旋轉(zhuǎn)負(fù)載的并聯(lián)導(dǎo)納；具有分接開關(guān)的變壓器，其開關(guān)位置均視為在主分接位置 ； 不計(jì)弧電阻； 35 kV及以上系統(tǒng)的最大短路電流計(jì)算時(shí)，等值電壓源取標(biāo)稱

3、電壓的1 .1（計(jì)算中額定電壓的1.05 pu），但不超過設(shè)備的最高運(yùn)行電壓。對于電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行部門，三相最大短路電流計(jì)算是主要的計(jì)算內(nèi)容。計(jì)算中，各電網(wǎng)、電 網(wǎng)內(nèi)的不同部門可能采用不同的計(jì)算條件。差別主要集中在變壓器變比、節(jié)點(diǎn)電壓的選取上。變壓器變比有取1.0，有取實(shí)際運(yùn)行變比的；節(jié)點(diǎn)電壓可能取1.0，也可能取1.05。這兩者 的不同組合均有所采用，顯然，這將影響短路電流的計(jì)算結(jié)果。問題的根源在于計(jì)算人員往往根據(jù)計(jì)算程序的固有設(shè)置來計(jì)算，而計(jì)算程序又缺乏足夠的靈活性所致。其實(shí)，若了解短 路電流計(jì)算的要求，計(jì)算人員是可以對所得的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸さ摹Ｓ械纳虡I(yè)軟件也提供了靈活的短路電流計(jì)算條

4、件設(shè)置功能。 2影響短路電流計(jì)算結(jié)果的因素美國PTI公司的PSS/E程序提供了基于潮流的短路電流計(jì)算和采用經(jīng)典方法、ANSI標(biāo)準(zhǔn)或IEC 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行短路電流計(jì)算的選擇。采用IEC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，允許用戶任意設(shè)定短路電流計(jì)算的初值條件?？稍O(shè)定的選項(xiàng)包括：變比選擇：1.0或正常變比；考慮充電電容與否；計(jì)及并聯(lián) 補(bǔ)償與否；節(jié)點(diǎn)電壓值；發(fā)電機(jī)功率因素。 為此，利用PSS/E程序?qū)ζ渥詭У乃憷M(jìn)行了不同初值設(shè)置條件對短路電流計(jì)算結(jié)果的影響 分析。2.1變壓器變比的影響 由于原算例中的絕大多數(shù)變比均為1.0，為比較變比的影響，分別將所有的變比設(shè)為0.95、1 .0、1.05，假設(shè)變比均在高壓側(cè)，其它初值條件與經(jīng)典計(jì)

5、算方法的設(shè)置相同，計(jì)算結(jié)果如表 1所示。由表1可見，當(dāng)變比增大時(shí)，500 kV電網(wǎng)的短路電流減小，機(jī)端的短路電流增加，230 kV系統(tǒng)則有升有降。這看似無什么規(guī)律，其實(shí)，它們的結(jié)論是一致的。只要從本母線看出 去的變壓器變比增加了，變壓器支路的等值阻抗將增加，短路電流將減小；反之，變壓器支路的等值 阻抗將減小，短路電流將增加。而230 kV系統(tǒng)則在500 kV降壓變和本地系統(tǒng)電廠升壓變的作用下，短路電流變化可能有升有降。從表1中還可以看到，變比的大幅變化對短路電流的影響相對較小，其中，NUCPANT站的短路 電流變化幅度最大，其它的廠站變化相對較小。這是由于NUCPANT站的等值阻抗受連接在此站

6、的兩臺(tái)升壓變的影響較大之故。2.2充電電容和并聯(lián)補(bǔ)償?shù)挠绊懗诔绷鞯亩搪冯娏饔?jì)算外，短路電流計(jì)算一般均不考慮線路充電電容、線路高抗、低壓 并聯(lián)電容器、電抗器等設(shè)備的影響。表2給出了考慮充電電容和并聯(lián)補(bǔ)償與否的四種組合方式下，其短路電流計(jì)算結(jié)果的變化情況。其中，C表示線路充電電容，S表示節(jié)點(diǎn)并 聯(lián)補(bǔ)償，未列出的初值條件與經(jīng)典方法的設(shè)置相同。      由表2可見，考慮并聯(lián)補(bǔ)償時(shí)，短路電流的變化相對較小，而且，考慮并聯(lián)補(bǔ)償后，短路電 流的變化有升有降，其中，若是容性補(bǔ)償占主導(dǎo)影響，短路電流增加，反之，則下降；考慮充電電容時(shí)，短路電流的變化幅度較大

7、；若同時(shí)考慮充電電容和并聯(lián)補(bǔ)償，其影響是兩者的 疊加。2.3節(jié)點(diǎn)電壓值的影響節(jié)點(diǎn)電壓的變化時(shí)，基于等值電壓源法的短路電流計(jì)算結(jié)果與電壓值保持線性關(guān)系，所以， 表3僅列出了部分節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果比較。2.4發(fā)電機(jī)的出力和功率因素的影響在短路電流計(jì)算中，除基于潮流的短路電流計(jì)算外，發(fā)電機(jī)一般設(shè)為空載，所以，發(fā)電機(jī)的 空載電勢與其端電壓相同。若發(fā)電機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)，其空載電勢將大于發(fā)電機(jī)端電壓，且在有功功率相同的情況下，功率因素越低，負(fù)載率越高，電流越大，空載電勢越大，故障前短 路點(diǎn)的母線電壓也越高，所以，短路電流越大。表4給出了發(fā)電機(jī)功率因素變化對短路電流計(jì)算結(jié)果的影響，表4的結(jié)論與理論分析相吻合。2.

8、5不同計(jì)算方法的比較為比較采用不同計(jì)算方法對短路電流計(jì)算結(jié)果的影響，選取了以下三種有代表性的計(jì)算初值 設(shè)置條件。(1）基于潮流的短路電流計(jì)算；(2）經(jīng)典短路電流計(jì)算方法；(3）IEC推薦的方法（變比不變，節(jié)點(diǎn)電壓取1.05pu）。表5給出了三種方法下短路電流的計(jì)算結(jié)果。表中，偏差列為該方法計(jì)算值與基于潮流的計(jì) 算方法的偏差值。由表5可見，經(jīng)典方法的計(jì)算結(jié)果比基于潮流的小，而IEC方法的結(jié)果較接近于基于潮流的計(jì) 算結(jié)果，但依然有個(gè)別節(jié)點(diǎn)存在較大的偏差，有的偏小，有的偏大，并不能真正反映電網(wǎng)的短路電流水平。 3討論和建議 通過比較分析，可以看到：不同的初值設(shè)置條件、不同的計(jì)算方法，其短路電流計(jì)算結(jié)

9、果將 有明顯的區(qū)別。 應(yīng)該說，基于潮流的短路電流計(jì)算結(jié)論是最為精確的。只要保證所有的發(fā)電機(jī)全部運(yùn)行、系 統(tǒng)全接線運(yùn)行，基于潮流的短路電流計(jì)算，其等值阻抗是能反映系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下的等值阻抗的。除所有計(jì)算方法中的共同參數(shù)要求外，影響故障點(diǎn)等值阻抗值的因素主要有：變 壓器變比、并聯(lián)補(bǔ)償、線路充電電容等，其中，變壓器的變比和并聯(lián)補(bǔ)償影響相對較小，而線路充電電容影響較大。但問題是：(1)基于潮流的短路電流計(jì)算，全系統(tǒng)的所有故障點(diǎn)的短路前電壓并不能保證是系統(tǒng)可能的最高運(yùn)行電壓。潮流中發(fā)電機(jī)的實(shí)際功率因素也不一定能反映發(fā)電機(jī)的最大負(fù)載情況。而這兩點(diǎn)是影響故障端口等值電壓源計(jì)算的主要因素。(2)計(jì)算最大短

10、路電流時(shí)，需所有發(fā)電機(jī)均運(yùn)行，而為保證電力系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)總是冗余的、有備用的，所以，這對潮流計(jì)算是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為此，建議采取以下的方法進(jìn)行電網(wǎng)三相短路電流計(jì)算。 以全接線潮流文件為基礎(chǔ)，在潮流計(jì)算中應(yīng)包括所有發(fā)電機(jī)，未運(yùn)行的機(jī)組以零出力機(jī) 組表示。 計(jì)算此方式下的短路電流，更確切地說，是計(jì)算此方式下，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的等值阻抗，這 一等值阻抗是系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)最小等值阻抗的真實(shí)反映。 根據(jù)系統(tǒng)每一節(jié)點(diǎn)可能的最高運(yùn)行電壓水平，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的最大短路電流。根據(jù)等值電 壓源法，短路電流值為節(jié)點(diǎn)電壓除以等值阻抗。 4結(jié)語短路電流計(jì)算是電力系統(tǒng)計(jì)算分析中很重要的一項(xiàng)計(jì)算內(nèi)容，其計(jì)算結(jié)果對電力系統(tǒng)的安全

11、 穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。通過分析國內(nèi)常用的一些計(jì)算方法，可以發(fā)現(xiàn)：經(jīng)典計(jì)算方法所得的短路電流計(jì)算結(jié)果偏小，有可能給系統(tǒng)埋下不安全的隱患；IEC方法與基于潮流的 短路電流結(jié)果相差較小，但不同區(qū)域的偏差各不相同，也并不一定能反映系統(tǒng)的最大短路電流水平。若換一個(gè)思路，改計(jì)算節(jié)點(diǎn)的最大短路電流為計(jì)算其最小等值阻抗，則系統(tǒng)的最小 等值阻抗是易于求取的，且能符合系統(tǒng)實(shí)際的。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的最大可能運(yùn)行電壓，去求得該節(jié)點(diǎn)的最大短路電流水平，應(yīng)該是最能反映系統(tǒng)可能的最大短路電流水平的可 行方法。一種實(shí)用的短路電流計(jì)算方法 尚德彬 中原油田設(shè)計(jì)院 摘 要本文針對短路電流計(jì)算復(fù)雜，易出差錯(cuò)等原因，根

12、據(jù)自己實(shí)際工作中對短路電流的計(jì)算，總結(jié)出了一種簡單、實(shí)用、易于掌握的計(jì)算方法。 關(guān)鍵詞短路電流 實(shí)用 計(jì)算方法一、概述 在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，都必須考慮到可能發(fā)生的故障和不正常的運(yùn)行情況，因?yàn)樗鼈儠?huì)破壞對用戶的供電和電氣設(shè)備的正常工作。從電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況看，這些故障多數(shù)是由短路引起的，因此除了對電力系統(tǒng)的短路故障有一較深刻的認(rèn)識(shí)外，還必須熟練掌握電力系統(tǒng)的短路計(jì)算。按照傳統(tǒng)的計(jì)算方法有標(biāo)么值法和有名值法等。采用標(biāo)么值法計(jì)算時(shí)，需要把不同電壓等級(jí)中元件的阻抗，根據(jù)同一基準(zhǔn)值進(jìn)行換算，繼而得出短路回路總的等值阻抗，再計(jì)算短路電流等。這種計(jì)算方法雖結(jié)果比較精確，但計(jì)算過程十分復(fù)雜且公式多、

13、難記憶、易出差錯(cuò)。下面根據(jù)本人在實(shí)際工作中對短路電流的計(jì)算，介紹一種比較簡便實(shí)用的計(jì)算方法。 二、供電系統(tǒng)各種元件電抗的計(jì)算 通常我們在計(jì)算短路電流時(shí)，首先要求出短路點(diǎn)前各供電元件的相對電抗值，為此先要繪出供電系統(tǒng)簡圖，并假設(shè)有關(guān)的短路點(diǎn)。供電系統(tǒng)中供電元件通常包括發(fā)電機(jī)、變壓器、電抗器及架空線路(包括電纜線路)等。目前，一般用戶都不直接由發(fā)電機(jī)供電，而是接自電力系統(tǒng)，因此也常把電力系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)“元件”來看待。假定的短路點(diǎn)往往取在母線上或相當(dāng)于母線的地方。圖1便是一個(gè)供電系統(tǒng)簡圖，其中短路點(diǎn)d1前的元件有容量為無窮大的電力系統(tǒng)，70km的110kV架空線路及3臺(tái)15MVA的變壓器，短路點(diǎn)d2前

14、則除上述各元件外，還有6kV，0.3kA，相對額定電抗(XDK%)為4的電抗器一臺(tái)。下面以圖1為例，說明各供電元件相對電抗(以下“相對”二字均略)的計(jì)算方法。 1、系統(tǒng)電抗的計(jì)算 系統(tǒng)電抗，百兆為1，容量增減，電抗反比。本句話的意思是當(dāng)系統(tǒng)短路容量為100MVA時(shí)，系統(tǒng)電抗數(shù)值為1; 當(dāng)系統(tǒng)短路容量不為100MVA，而是更大或更小時(shí)，電抗數(shù)值應(yīng)反比而變。例如當(dāng)系統(tǒng)短路容量為200MVA時(shí)，電抗便是0.5(100/200=0.5); 當(dāng)系統(tǒng)短路容量為50MVA時(shí)，電抗便是2(100/50=2)，圖1中的系統(tǒng)容量為“”，則100/=0，所以其電抗為0。 圖1 供電系統(tǒng)圖本計(jì)算依據(jù)一般計(jì)算短路電流書

15、中所介紹的，均換算到100MVA基準(zhǔn)容量條件下的相對電抗公式而編出的(以下均同)，即X*xt=Sjz/Sxt (1) 式中: Sjz為基準(zhǔn)容量取100MVA、Sxt為系統(tǒng)容量(MVA)。 2、變壓器電抗的計(jì)算 若變壓器高壓側(cè)為35kV，則電抗值為7除變壓器容量(單位MVA，以下同); 若變壓器高壓側(cè)為110kV，則電抗值為10.5除變壓器容量; 若變壓器高壓側(cè)為10(6)kV，則電抗值為4.5除變壓器容量，如圖1中每臺(tái)變壓器的電抗值應(yīng)為10.5/15=0.7，又如一臺(tái)高壓側(cè)35kV，5000kVA及一臺(tái)高壓側(cè)6kV，2000kVA的變壓器，其電抗值分別為7/5=1.4, 4.5/2=2.25

16、本計(jì)算依據(jù)公式為: X*b=(ud%/100).(Sjz/Seb) （2）式中ud%為變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)，Seb 為變壓器的額定容量(MVA) 該公式中ud%由變壓器產(chǎn)品而定，產(chǎn)品變化，ud%也略有變化。計(jì)算方法中按10(6)kV、35kV、110kV電壓分別取ud%為4.5、7、10.5。 3、電抗器電抗的計(jì)算 用額定電抗百分?jǐn)?shù)除電抗器的額定容量(單位MVA)，再乘0.9即可。一般來說電抗器只標(biāo)額定電壓與電流，計(jì)算其額定容量時(shí)按S=1.732UI。如圖1中那臺(tái)電抗器U=6kV, I=0.3kA ，Xk%=4，則Ske=1.732×6×0.3=3.114MVA，則電抗器的

17、電抗值為(4/3.114)×0.9=1.156。本計(jì)算所依據(jù)的公式是: X*k=( Xk%/100).(Sjz/Sek).(Uek2/Ujz2) (3) 式中: Xk%為電抗器的額定電抗百分?jǐn)?shù)，Sek 為電抗器額定容量(MVA)，Uek為電抗器的額定電壓(kV)，Ujz為基準(zhǔn)電壓，用線路的平均額定電壓代替，分別取6.3、10.5、37、115kV等。本公式中的前2個(gè)因式，實(shí)際是Xk%除電抗器的額定容量(MVA)數(shù); 后一因式是考慮電抗器額定電壓不等于線路平均額定電壓，為此而再乘上一個(gè)系數(shù)，一般約為0.9，因此電抗器的相對電抗值應(yīng)是用額定電抗除額定容量再乘0.9。 4、架空線路及電纜線路電抗值的計(jì)算 對于6kV架空線