小型水电站短路计算的实用计算.doc

小型水电站短路计算的实用计算 摘 要：在水电站继电保护整定中要先进行短路电流计算。工程上一般只需要计算出短路电流周期分量的起始值即次暂态电流I。文章就以长江河水电站的短路计算实例为例，推介一种简便快捷计算次暂态电流I的方法有名值公式法。 关键词：小型水电站；短路计算；暂态电流；有名值公式 在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的1015倍。在水电站继电保护整定中要先进行短路电流计算。 一般来讲短路瞬态过程分为三个阶段。第一阶段，短路电流为短路前电压除以超瞬态电抗；第二阶段，短路电流为短路前电压除以瞬态电抗；第三阶段为稳定短路阶段，短路电流为短路前电压除以同步电抗。在电力系统中都装有快速保护装置，绝大多数的三相短路在次暂态过程还未结束时，快速保护装置已经切除了故障。因此，工程上一般只需要计算出短路电流周期分量的起始值即次暂态电流I。在求出短路电流周期分量的起始值I后就可以方便的计算出直流分量和冲击电流。 目前，我国水电站三相短路电流计算方法暂态解析法和运算曲线法。暂态解析法计算结果精确，但需要齐全准确的原始参数，而且是一种计算机辅助计算方法，其计算过程复杂。运算曲线法是将发电机提供的短路电流用概率统计法绘制成曲线，通过查曲线得到短路电流，是一种实用的计算方法。但运算曲线中最小的计算电抗是0.18，而实际许多小型水电站水轮发电机的次暂态电抗xd却小于0.18。因此，无法从运算曲线中查到短路电流的标幺值。如果将运算曲线延长来估算短路电流的标幺值，那么误差较大，结果不真实。 小型水电站一般远离负荷中心，发电机的电压母线很少有直供大负荷，常常是直接向电网供电，进出线回路较少。而且厂用电负荷不大，主要是低压电动机。因此，电气主接线比较简单。对于这些小型水电站短路电流计算，可以也应该有一种简便快捷、准确度高的计算方法。 文章就以长江河水电站短路计算的实例为例，推介这种简便快捷准确的计算次暂态电流I的方法有名值公式法。 1 由IEC60909简化出适合小型水电站短路计算的有名值公式 国际电工委员会（IEC）于1988年制定了短路电流计算标准，在世界范围内被广泛认可。此标准由我国国家技术监督局于1995年4月6日批准，1996年1月1日正式成为三相交流系统短路电流计算的国家标准。2001年国际电工委员会制定了新的短路电流计算标准IEC60909，并很快被应用于欧洲、北美等地。 根据相关研究，采用传统不修正算法计算的结果接近发电机出力仅为一半时仿真短路电流大小，而采用IEC60909标准计算的短路电流接近发电机满发状态下仿真短路电流，此计算结果比传统算法计算结果大4%以上。 作者在小型水电站短路计算中，将IEC60909标准中面向普遍的三相交流电力系统的计算公式，根据小型水电站简单的主接线普遍情况，进行合理变形简化，得出一个快捷准确计算小水电站三相短路实用计算公式。使用本公式计算小型水电站短路电流，在手头收集到不多的相关参数后，就可以对小型水电站简单的主接线情况进行便捷的短路计算，计算结果精确度完全满足使用要求。 小型水电站变压器基本都是无载调压。因此，小型水电站一般不必再考虑按有载调压变压器修正公式去修正发电机-变压器组了，可以直接按发电机阻抗短路公式计算。公式变形简化如下： （1） 式中：Ik-初始对称短路电流；Un-短路点处的系统基准电压；Zk-归算至短路点的短路阻抗。对发电机而言 ZK=KG（RG+jXd） （其中KG是校正系数 ） Xd-发电机超瞬态电抗（标么值）；C-与Un相对应的电压修正系数，计算最大短路电流时，取其最大值Cmax，计算最小短路电流时， 取其最小值Cmin。IEC60909标准中规定对1001000V低压系统Cmax取1.05或者1.1，Cmin取0.95；对于1kV以上的中压和高压系统，Cmax取1.10，Cmin取1.00。 Sin-按功率因素0.8计，Sin取0.6。 2 长江河水电站短路电流利用有名值公式进行计算 长江河水电站地处金寨县铁冲乡境内，距35kV铁冲变电所4.5km。铁冲变已无空余35kV间隔，只能提供给长江河电站10kV间隔。经综合考虑，在满足主接线运行安全可靠、接线简单清晰的前提下，本着节约投资、减少能耗、便利布置的原则，采用高压发电机出口10kV电压等级，无需设置主变压器，直接经10kV专用线路接入铁冲变10kV开关柜并网运行。根据水能计算结果和机组选型确定，电站装机1台SFW2000-6/1430型发电机，额定容量2000kw，额定电压10.5kV，额定电流137.46A，额定功率因数0.8（滞后），发电机励磁方式采用可控硅励磁方式。 2.1 原始电气参数 图1 长江河水电站接线 系统到铁冲变电所10kV母线的线路阻抗（标么值）： 最大运行状态下Xmax=25.253，最小运行状态下Xmin=25.614。 长江河水电站到铁冲变电所10kV母线线路为LGJ-150，全长5.26KM。 长江河水电站电气设备参数： （1）发电机F：Pe=2MW，COS=0.8，Se=2.5MVA，xd“=0.119，Ie=137.47A （2）电缆为YJV-3*95，电抗很小，忽略不计 2.2 短路电流计算 2.2.1 参数计算 选取基准容量Sj=100