基于PSASP的短路計算分析

王曉蔚，石振剛，楊 瀟，張倩茅

（河北省電力研究院，河北石家莊050021）

1 引言

電力系統(tǒng)中有可能發(fā)生各種形式復雜多變的故障和不正常運行情況，為了正確地對繼電保護設備進行整定工作，對電網的各種運行方式和短路故障進行反復而周密的計算是非常重要的。在特高壓電網建設和全國聯(lián)網背景下，對電力系統(tǒng)短路計算工作提出了新的要求。電網數(shù)字仿真實驗室實現(xiàn)了電網全數(shù)字實時仿真裝置與調度EMS/SCADA系統(tǒng)的互聯(lián)，將在線數(shù)據(jù)引入到仿真軟件數(shù)據(jù)庫中，可以實現(xiàn)基于在線數(shù)據(jù)的潮流計算、短路計算、電網網損分析計算等，大大提高了仿真分析的準確性。本文應用基于PSASP分布式通用計算平臺的電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置,對電網的220kV及以上電壓等級廠站的短路電流進行計算分析，并根據(jù)發(fā)展規(guī)劃對部分超標廠站提出了有效的解決措施。

2 PSASP短路計算模塊應用分析

2.1 短路計算的主要用途

短路計算主要用于解決下列問題：電氣主接線方案的比較與選擇，確定是否需要采取限制短路電流的措施；電氣設備及載流導體的動熱穩(wěn)定校驗和開關電器、管型避雷器等的開斷能力校驗；接地裝置設計；繼電保護裝置的設計與整定；輸電線對通訊線路的影響；故障分析。

PSASP短路計算的主要功能和特點是：

（1）交直流混合電力系統(tǒng)的短路電流計算，以及電網的正、負、零序戴維南等值阻抗計算。

（2）簡單故障方式的短路電流計算，可以在設定范圍內進行母線短路故障掃描計算，也可進行指定地點的短路計算。

（3）正、負、零序戴維南等值阻抗計算，可以在設定范圍內進行掃描統(tǒng)一計算，也可在指定地點進行。

（4）線路故障掃描計算，即在指定的一條或多條線路上按一定間隔設置故障掃描點，在這些故障點發(fā)生同種類型的簡單故障，掃描所有故障點得到線路上各個點的短路電流和全網各支路電流，以報表或曲線方式輸出。

（5）復雜故障方式短路電流計算，即任意母線和線路上任意點的各種組合方式的復雜故障計算。

（6）短路電流計算可基于給定的潮流方式，也可以基于方案進行。

（7）計算時可考慮平行線路零序互感的影響。

2.2 PSASP短路計算解法及計算流程

求解短路電流的一般方法是：利用對稱分量法實現(xiàn)ABC系統(tǒng)與120系統(tǒng)參數(shù)轉換；列出正、負、零序網絡方程；推導出故障點的邊界條件方程；將網絡方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出短路電流及其它分量。如圖1所示為短路電流計算的計算流程。

圖1 短路電流計算流程圖

3 實例計算分析

3.1 電網500kV和220kV廠站的短路電流計算分析

根據(jù)某省2009年度預計投產項目，對該省500kV及220kV廠站的短路電流水平進行了全面計算與分析。針對部分廠站短路電流水平超標問題，提出了相應的措施和建議。

根據(jù)計算可得500kV主網短路電流水平最高為BB站52.30kA，其中LZ站500kV短路電流水平達到48.35kA，LZ站內尚有8組額定遮斷容量為50kA的開關，不滿足短路電流水平要求。如表1所示為500kV廠站的短路水平。

2009年基本方式下，對220kV主網的三相短路電流進行了計算校核。從計算結果可以看出，LZ站的三相短路電流（49.49kA），已達開關額定遮斷電流的98.98%以上，LZ站的單相短路電流（49.41kA），已達開關額定遮斷電流的98.82%以上。QY站的單相短路電流（48.59kA）已達開關額定遮斷電流的97.18%以上。此外，BB站、QY站等2個站三相短路電流已達開關額定遮斷電流的90%以上，CX、LZ、BB等3個站單相短路電流已達開關額定遮斷電流的90%以上。如表2所示為220kV廠站的短路水平。

表1 500kV廠站的短路水平

為了對BB站、SB站、LZ站、QY站的500kV的短路電流水平及BB站、LZ站、QY站、CX站的220kV的短路電流水平進行校核，分別應用2009年6月10日的在線數(shù)據(jù)和2009年國調下發(fā)綜合程序數(shù)據(jù)對這幾個站的短路電流進行了校核。

應用2009年6月10日的在線數(shù)據(jù)計算短路電流時，HB站雙回破入YQ站的輸變電工程未投產，因此LZ站的三相短路電流（44.97kA）未超標。BB站的220kV的三相短路電流（52.91kA）超標。

表2 220kV廠站的短路水平

應用2009年國調下發(fā)綜合程序數(shù)據(jù)計算500kV及220kV廠站的短路電流。計算結果表明220kV的BB站的三相短路電流（51.06kA）超標。對接近超標的廠站的短路電流進一步分析并得出以下結論：

（1）LZ站500kV三相短路電流水平超標問題分析

根據(jù)計算2009年底的LZ站的500kV三相短路電流水平達到48.35kA，其中按目前掌握的基建投產進度，當HB站二回線破入YQ輸變電工程投產后，對LZ站500kV三相短路電流影響很大。

ZHW、SA電廠機組開停對LZ站500kV三相短路電流水平影響很大。

（2）QY站220kV單相短路電流分析

2009年底，QY站220kV單相短路電流水平達到48.59kA，接近開關額定遮斷容量，其中對QY站短路電流增加影響較大的項目為DZ電廠#4機組并網（48.27 kA）和HB站二回破入YQ輸變電工程投產（48.59 kA）。

（3）CX站220kV單相短路電流問題

2009年底，CX站220kV單相短路電流水平達到46.89kA，接近開關額定遮斷容量，其中對CX站短路電流增加影響較大的項目HH站-BQ站雙線投產。

（4）MS站合環(huán)運行對短路電流的影響

PC站投產后，MS站合環(huán)運行短路電流影響很大，從計算結果可以看出，MS站合環(huán)運行，LZ站220kV的三相短路電流水平達到了54.72kA，增加了5.22kA，接近開關額定遮斷電流。

（5）LW線合環(huán)運行對短路電流的影響

LW線合環(huán)運行，LZ站的500kV的單相短路電流水平達到了52.31kA，增加了2.81kA；LZ站的220kV的單相短路電流水平達到了51.68kA，增加了2.27kA,均超過開關額定遮斷電流。

（6）LXII線投產對LZ站220kV三相短路電流的影響

LXII線投產后，LZ站220kV的三相短路電流為47.72 kA。

3.2 計算結果分析與建議

HB站二回破入YQ輸變電工程投產后，LZ站500kV三相短路電流水平達到48.35kA，接近開關額定遮斷容量，建議HB站二回破入YQ輸變電工程投產前完成LZ站500kV部分50kA開關的更換。

2009年冬季時，QY站、CX站220kV的單相短路電流接近開關的額定遮斷電流，建議在QY站、CX站的主變中性點加裝小電抗。

4 規(guī)劃2010年220kV電磁環(huán)網解環(huán)短路水平計算分析

4.1 電磁環(huán)網解環(huán)后500kV/220kV廠站短路水平計算分析

電網中仍存在大量500kV/220kV電磁環(huán)網，隨著電網建設的快速發(fā)展和各大電源項目的陸續(xù)投產，短路水平快速上升，規(guī)劃期內500kV電網和220kV電網短路電流水平可能超過或接近50kA。

規(guī)劃2010年電磁環(huán)網解環(huán)后，對500kV/220kV廠站的短路水平進行計算分析。計算條件為：LZ站加小電抗，QY站、LH站投第三臺主變，HH站投第二臺主變，HB站雙回破入YQ輸變電工程投產。

由計算結果可知QY站220kV母線三相和單相短路電流均超過開關額定遮斷電流,需要采取控制短路電流的措施。QY站第三臺主變投產后，CX站220kV母線三相和單相短路電流也增大，單相短路電流達到48.35kA。

4.2 抑制短路電流具體措施分析

措施一，將SB站-BB站之間的220kV聯(lián)絡線打開。SB站的主變的供電壓力有所減小，但BB站的供電壓力增加。QY站的主變的檢修應與DC電廠、BR電廠的機組檢修配合進行。

措施二，將SB站-BB站之間的220kV聯(lián)絡線打開，將BB站-CX站之間的聯(lián)絡線打開，QY站中性點加小電抗。SB站的主變供電壓力有所減輕，BB站、QY站的供電壓力增加。該措施在QY站#3變（西側）檢修及DD電廠#1機故障時，QY站的另兩臺主變過載。QY站的主變檢修需配合DD電廠#1機滿發(fā)運行。

綜合以上潮流計算結果，2010年QY站500kV變電站若投運第三組主變，將使其220kV母線短路電流超過50kA。為降低QY站的母線短路電流，推薦配合QY站第三組主變投運，將QY站的220kV母線分段開關打開。

5 結束語

在2009年規(guī)劃投建項目基礎上對電網進行了短路電流的計算和分析，并進行了2010年電磁環(huán)網解環(huán)后短路電流的計算和分析，可以得到以下有實際工程價值的結論和解決措施。

（1）隨著電網的建設和發(fā)展，部分廠站的短路水平有所上升，短路電流超標。建議對短路電流超標廠站的開關進行更換，并在主變中性點加裝小電抗以減少單相短路電流。

（2）隨著電網建設的快速發(fā)展和各大電源項目的陸續(xù)投產，短路水平快速上升，應盡早實現(xiàn)電磁環(huán)網的解環(huán)。為降低短路電流，應合理考慮變電站接入系統(tǒng)方案。

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