短路电流简化计算

1、2008-11-08 16:24三相短路电流计算方法讨论    三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。目前，三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有可能造成短路电流计算结论 的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费；若偏于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。因而，在深入研究短路电流计算标准的基础上，比较了不同短路电流计算条件对短路电流计算结论的影响

2、，以期能为电网短路电流的计算和限制提 供更切合实际的方法和思路。 1短路电流计算方法经典的短路电流计算方法为：取变比为1.0，不考虑线路充电电容和并联补偿，不考虑负荷 电流和负荷的影响，节点电压取1.0，发电机空载。短路电流计算的标准主要有IEC标准和ANSI标准，中国采用的是IEC标准。国标规定了短路电流的计算方法、计算条件。国标推荐的三相短路电流计算方法是等值电压 源法，其计算条件为：不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式；忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳；具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置 ； 不计弧电阻； 35 kV及以上系统的最大短路电流计算时，等值电压源取标称

3、电压的1 .1（计算中额定电压的1.05 pu），但不超过设备的最高运行电压。对于电网规划、运行部门，三相最大短路电流计算是主要的计算内容。计算中，各电网、电 网内的不同部门可能采用不同的计算条件。差别主要集中在变压器变比、节点电压的选取上。变压器变比有取1.0，有取实际运行变比的；节点电压可能取1.0，也可能取1.05。这两者 的不同组合均有所采用，显然，这将影响短路电流的计算结果。问题的根源在于计算人员往往根据计算程序的固有设置来计算，而计算程序又缺乏足够的灵活性所致。其实，若了解短 路电流计算的要求，计算人员是可以对所得的计算结果进行适当的加工的。有的商业软件也提供了灵活的短路电流计算条

4、件设置功能。 2影响短路电流计算结果的因素美国PTI公司的PSS/E程序提供了基于潮流的短路电流计算和采用经典方法、ANSI标准或IEC 标准进行短路电流计算的选择。采用IEC标准时，允许用户任意设定短路电流计算的初值条件。可设定的选项包括：变比选择：1.0或正常变比；考虑充电电容与否；计及并联 补偿与否；节点电压值；发电机功率因素。 为此，利用PSS/E程序对其自带的算例进行了不同初值设置条件对短路电流计算结果的影响 分析。2.1变压器变比的影响 由于原算例中的绝大多数变比均为1.0，为比较变比的影响，分别将所有的变比设为0.95、1 .0、1.05，假设变比均在高压侧，其它初值条件与经典计

5、算方法的设置相同，计算结果如表 1所示。由表1可见，当变比增大时，500 kV电网的短路电流减小，机端的短路电流增加，230 kV系统则有升有降。这看似无什么规律，其实，它们的结论是一致的。只要从本母线看出 去的变压器变比增加了，变压器支路的等值阻抗将增加，短路电流将减小；反之，变压器支路的等值 阻抗将减小，短路电流将增加。而230 kV系统则在500 kV降压变和本地系统电厂升压变的作用下，短路电流变化可能有升有降。从表1中还可以看到，变比的大幅变化对短路电流的影响相对较小，其中，NUCPANT站的短路 电流变化幅度最大，其它的厂站变化相对较小。这是由于NUCPANT站的等值阻抗受连接在此站

6、的两台升压变的影响较大之故。2.2充电电容和并联补偿的影响除基于潮流的短路电流计算外，短路电流计算一般均不考虑线路充电电容、线路高抗、低压 并联电容器、电抗器等设备的影响。表2给出了考虑充电电容和并联补偿与否的四种组合方式下，其短路电流计算结果的变化情况。其中，C表示线路充电电容，S表示节点并 联补偿，未列出的初值条件与经典方法的设置相同。      由表2可见，考虑并联补偿时，短路电流的变化相对较小，而且，考虑并联补偿后，短路电 流的变化有升有降，其中，若是容性补偿占主导影响，短路电流增加，反之，则下降；考虑充电电容时，短路电流的变化幅度较大

7、；若同时考虑充电电容和并联补偿，其影响是两者的 叠加。2.3节点电压值的影响节点电压的变化时，基于等值电压源法的短路电流计算结果与电压值保持线性关系，所以， 表3仅列出了部分节点的计算结果比较。2.4发电机的出力和功率因素的影响在短路电流计算中，除基于潮流的短路电流计算外，发电机一般设为空载，所以，发电机的 空载电势与其端电压相同。若发电机处于负载状态，其空载电势将大于发电机端电压，且在有功功率相同的情况下，功率因素越低，负载率越高，电流越大，空载电势越大，故障前短 路点的母线电压也越高，所以，短路电流越大。表4给出了发电机功率因素变化对短路电流计算结果的影响，表4的结论与理论分析相吻合。2.

8、5不同计算方法的比较为比较采用不同计算方法对短路电流计算结果的影响，选取了以下三种有代表性的计算初值 设置条件。(1）基于潮流的短路电流计算；(2）经典短路电流计算方法；(3）IEC推荐的方法（变比不变，节点电压取1.05pu）。表5给出了三种方法下短路电流的计算结果。表中，偏差列为该方法计算值与基于潮流的计 算方法的偏差值。由表5可见，经典方法的计算结果比基于潮流的小，而IEC方法的结果较接近于基于潮流的计 算结果，但依然有个别节点存在较大的偏差，有的偏小，有的偏大，并不能真正反映电网的短路电流水平。 3讨论和建议 通过比较分析，可以看到：不同的初值设置条件、不同的计算方法，其短路电流计算结

9、果将 有明显的区别。 应该说，基于潮流的短路电流计算结论是最为精确的。只要保证所有的发电机全部运行、系 统全接线运行，基于潮流的短路电流计算，其等值阻抗是能反映系统在最大运行方式下的等值阻抗的。除所有计算方法中的共同参数要求外，影响故障点等值阻抗值的因素主要有：变 压器变比、并联补偿、线路充电电容等，其中，变压器的变比和并联补偿影响相对较小，而线路充电电容影响较大。但问题是：(1)基于潮流的短路电流计算，全系统的所有故障点的短路前电压并不能保证是系统可能的最高运行电压。潮流中发电机的实际功率因素也不一定能反映发电机的最大负载情况。而这两点是影响故障端口等值电压源计算的主要因素。(2)计算最大短

10、路电流时，需所有发电机均运行，而为保证电力系统的可靠性，系统的发电机总是冗余的、有备用的，所以，这对潮流计算是一个巨大的挑战。为此，建议采取以下的方法进行电网三相短路电流计算。 以全接线潮流文件为基础，在潮流计算中应包括所有发电机，未运行的机组以零出力机 组表示。 计算此方式下的短路电流，更确切地说，是计算此方式下，系统各节点的等值阻抗，这 一等值阻抗是系统各节点最小等值阻抗的真实反映。 根据系统每一节点可能的最高运行电压水平，计算各节点的最大短路电流。根据等值电 压源法，短路电流值为节点电压除以等值阻抗。 4结语短路电流计算是电力系统计算分析中很重要的一项计算内容，其计算结果对电力系统的安全

11、 稳定经济运行有着重要的意义。通过分析国内常用的一些计算方法，可以发现：经典计算方法所得的短路电流计算结果偏小，有可能给系统埋下不安全的隐患；IEC方法与基于潮流的 短路电流结果相差较小，但不同区域的偏差各不相同，也并不一定能反映系统的最大短路电流水平。若换一个思路，改计算节点的最大短路电流为计算其最小等值阻抗，则系统的最小 等值阻抗是易于求取的，且能符合系统实际的。在此基础上，根据各节点的最大可能运行电压，去求得该节点的最大短路电流水平，应该是最能反映系统可能的最大短路电流水平的可 行方法。一种实用的短路电流计算方法 尚德彬 中原油田设计院 摘 要本文针对短路电流计算复杂，易出差错等原因，根

12、据自己实际工作中对短路电流的计算，总结出了一种简单、实用、易于掌握的计算方法。 关键词短路电流 实用 计算方法一、概述 在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常的运行情况，因为它们会破坏对用户的供电和电气设备的正常工作。从电力系统的实际运行情况看，这些故障多数是由短路引起的，因此除了对电力系统的短路故障有一较深刻的认识外，还必须熟练掌握电力系统的短路计算。按照传统的计算方法有标么值法和有名值法等。采用标么值法计算时，需要把不同电压等级中元件的阻抗，根据同一基准值进行换算，继而得出短路回路总的等值阻抗，再计算短路电流等。这种计算方法虽结果比较精确，但计算过程十分复杂且公式多、

13、难记忆、易出差错。下面根据本人在实际工作中对短路电流的计算，介绍一种比较简便实用的计算方法。 二、供电系统各种元件电抗的计算 通常我们在计算短路电流时，首先要求出短路点前各供电元件的相对电抗值，为此先要绘出供电系统简图，并假设有关的短路点。供电系统中供电元件通常包括发电机、变压器、电抗器及架空线路(包括电缆线路)等。目前，一般用户都不直接由发电机供电，而是接自电力系统，因此也常把电力系统当作一个“元件”来看待。假定的短路点往往取在母线上或相当于母线的地方。图1便是一个供电系统简图，其中短路点d1前的元件有容量为无穷大的电力系统，70km的110kV架空线路及3台15MVA的变压器，短路点d2前

14、则除上述各元件外，还有6kV，0.3kA，相对额定电抗(XDK%)为4的电抗器一台。下面以图1为例，说明各供电元件相对电抗(以下“相对”二字均略)的计算方法。 1、系统电抗的计算 系统电抗，百兆为1，容量增减，电抗反比。本句话的意思是当系统短路容量为100MVA时，系统电抗数值为1; 当系统短路容量不为100MVA，而是更大或更小时，电抗数值应反比而变。例如当系统短路容量为200MVA时，电抗便是0.5(100/200=0.5); 当系统短路容量为50MVA时，电抗便是2(100/50=2)，图1中的系统容量为“”，则100/=0，所以其电抗为0。 图1 供电系统图本计算依据一般计算短路电流书

15、中所介绍的，均换算到100MVA基准容量条件下的相对电抗公式而编出的(以下均同)，即X*xt=Sjz/Sxt (1) 式中: Sjz为基准容量取100MVA、Sxt为系统容量(MVA)。 2、变压器电抗的计算 若变压器高压侧为35kV，则电抗值为7除变压器容量(单位MVA，以下同); 若变压器高压侧为110kV，则电抗值为10.5除变压器容量; 若变压器高压侧为10(6)kV，则电抗值为4.5除变压器容量，如图1中每台变压器的电抗值应为10.5/15=0.7，又如一台高压侧35kV，5000kVA及一台高压侧6kV，2000kVA的变压器，其电抗值分别为7/5=1.4, 4.5/2=2.25

16、本计算依据公式为: X*b=(ud%/100).(Sjz/Seb) （2）式中ud%为变压器短路电压百分数，Seb 为变压器的额定容量(MVA) 该公式中ud%由变压器产品而定，产品变化，ud%也略有变化。计算方法中按10(6)kV、35kV、110kV电压分别取ud%为4.5、7、10.5。 3、电抗器电抗的计算 用额定电抗百分数除电抗器的额定容量(单位MVA)，再乘0.9即可。一般来说电抗器只标额定电压与电流，计算其额定容量时按S=1.732UI。如图1中那台电抗器U=6kV, I=0.3kA ，Xk%=4，则Ske=1.732×6×0.3=3.114MVA，则电抗器的

17、电抗值为(4/3.114)×0.9=1.156。本计算所依据的公式是: X*k=( Xk%/100).(Sjz/Sek).(Uek2/Ujz2) (3) 式中: Xk%为电抗器的额定电抗百分数，Sek 为电抗器额定容量(MVA)，Uek为电抗器的额定电压(kV)，Ujz为基准电压，用线路的平均额定电压代替，分别取6.3、10.5、37、115kV等。本公式中的前2个因式，实际是Xk%除电抗器的额定容量(MVA)数; 后一因式是考虑电抗器额定电压不等于线路平均额定电压，为此而再乘上一个系数，一般约为0.9，因此电抗器的相对电抗值应是用额定电抗除额定容量再乘0.9。 4、架空线路及电缆线路电抗值的计算 对于6kV架空线