唐海一排干泵站改造工程的三相短路電流計算

武健超 崔亞瓊

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

唐海一排干泵站改造工程的三相短路電流計算

武健超 崔亞瓊

（河北省水利水電第二勘測設計研究院 河北石家莊 050021）

三相短路電流計算是供配電系統的重要計算，本文計算了唐海一排干泵站改造工程的三相短路電流計算，根據計算結果優化了主接線型式，降低了設備規格。

三相短路電流計算 標么值

引言

在供配電系統的運行過程中，不可避免的會發生各種類型的故障和不正常的運行狀態，而其中短路故障對供配電系統的正常運行和電氣設備的危害是最嚴重的。因此在供配電系統的設計和運行工作中，都必須事先進行短路計算，根據計算結果來合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩定度和動穩定度的電氣設備及載流導體，對各種保護裝置進行整定計算和靈敏度校驗。因此準確計算短路電流是非常必要的。

1 工程簡介

唐海縣一排干泵站于1983年5月建成，原設有13臺水泵，由系統引接1路35kV高壓線路至泵站東側的戶外變電站，變電站內設置2臺2000kVA的主變壓器（并列運行）和1臺100kVA的站用變壓器，降壓至0.4kV母線供13臺排水泵及站用電負荷用電。輸電線路為3.2km的LGJ-120和16.8km的LGJ-185。13臺水泵為8臺130kW和5臺280kW。泵站運行多年，電氣設備陳舊，型號落后，均需更換。

2 短路類型

常見的短路類型分為三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路。三相短路屬于對稱性短路；其他形式的短路屬于非對稱性短路。根據實際運行情況表明，在中性點直接接地的供電系統中發生的故障往往是單相接地，而發生三相短路的情況很少。但是一般情況短路電流以三相短路情況最大，對設備的影響也是最嚴重的。為了使供電系統中的電氣設備能在最嚴重的短路情況下保證設備不損壞，在選擇電氣設備時用三相短路電流作為設備選擇校驗電流。

3 三相短路電流計算

3.1 無窮大供電系統

所謂無窮大系統，是指供電電源容量相對用戶供電系統容量大得多的供配電系統。唐海一排干泵站改造工程中電力供電系統相對于泵站供配電系統而言阻抗小得多，當泵站供配電系統發生故障時，電力供電系統變電所母線電壓幾乎維持不變，因此可以認為給泵站供電的電力系統為無窮大供電系統。

3.2 電動機對短路電流的影響

在供配電系統中，如果接有電動機可將其視為附加電源，做短路計算時可按有限電源容量考慮。

3.

3 利用標么值計算

采用標么值方法進行計算，首先根據基準電抗和基準電壓計算出各元件的標么電抗，再根據系統圖化簡計算出各電源至短路點的直聯電抗，并歸算為計算電抗，利用公式計算短路電流值和短路容量。

3.4 計算公式

采用標么值相結合的方法進行計算，主要計算公式有：

（1）無限大電源容量系統提供的三相短路電流周期分量有效值：

式中，Iz//(3)為系統提供的瞬時次暫態三相短路電流周期分量有效值(kA)；

Ij為基準電流，此處基準電流=計算電流

Sj為基準容量，MVA；

Uj為基準電壓，kV。

（2）n臺異步電動機提供的反饋電流周期分量初始值：

kstM為電機反饋電流倍數，取其啟動電流倍數，取6.5；

IrM為電動機額定電流，A。

（3）n臺異步電動機提供的反饋電流峰值：

式中，IpM為異步電動機提供的反饋電流峰值，kA；

kpMi為第i臺電機反饋電流峰值系數；

IrMi為第i臺電動機額定電流，A；

kstMi為第i臺電機反饋電流倍數，取其啟動電流倍數。

計入異步電機影響后的短路電流：

1）三相短路電流交流分量初始值

式中，I"s為由系統送至短路點的三相短路電流初始值。

2）短路電流峰值

式中，kps為由系統饋送的短路電流峰值系數，取1.54；

kpM為電機反饋電流峰值系數。

3.5 基準容量選擇

基準容量：Sj=1000MVA；基準電壓：Uj=Uav

4 電氣設備選擇校驗

電氣設備的選擇是供配電系統設計的主要內容之一，在選擇時應根據供配電系統的實際情況，按照有關設計規范的規定，在保證系統安全可靠的前提下，爭取做到技術先進、經濟合理、節約能源等目的。

電氣設備的選擇應從以下幾個方面入手：

（1）按設備工作的環境條件選擇如海拔、溫度、濕度、戶內/戶外等。

（2）按正常工作狀態選擇，包括電壓、電流、頻率、開斷電流等。

（3）按短路狀態效驗動穩定和熱穩定。

各電氣設備進行選擇和效驗的項目見表1。

表1 各電氣設備進行選擇和效驗的項目

斷路器、隔離開關、熔斷器選擇可以根據額定電壓、額定電流等正常值進行選擇設備型號，校驗可根據選擇產品給出的額定峰值耐受短路電流和額定短路耐受電流等設備參數比對計算出的短路電流值校驗。

銅排的校驗采用熱穩定、動穩定及機械共振條件校驗。

5 本工程實際計算

根據負荷情況計算變壓器容量仍采用原有容量。

按原有接線方式畫出系統圖,系統圖見圖1。按變壓器出口做為故障點計算供電系統的短路電流。

圖1 兩臺變壓器并列運行短路系統圖

前面已經討論過本工程電力供電系統按無窮大系統考慮，基準值選擇Sj=1000MVA輸電線路阻抗計算：

變壓器阻抗：Uk=0.07 SnB=2

兩臺主變低壓側短路電流：

電動機反饋電流周期分量的初始值：

三相短路電流交流分量初始值

短路電流峰值

各水泵控制柜分布于泵房內，從低壓柜至控制柜采用母線槽連接，由得到三相短路電流初始值及峰值可知母線槽、斷路器、柜內銅排等各設備的選型規格檔次必定較高，投資勢必不小。因此考慮將變壓器低壓側單母線接線改為分段母線，兩臺變壓器各自帶部分水泵負荷，選擇一臺變壓器出口為故障點重新計算短路電流。系統圖見圖2。

圖2 兩臺變壓器獨立運行短路系統圖

供電系統仍按無窮大系統考慮，基準值選擇Sj=1000MVA

輸電線路阻抗計算：

變壓器阻抗：Uk=0.07 SnB=2

主變低壓側短路電流：

電動機反饋電流周期分量的初始值：

三相短路電流交流分量初始值

短路電流峰值

從結果可以看出短路電流明顯減小，基本上可以減小到一半左右，此時電氣設備的參數選擇將大大降低，設備投資從而降低。故在泵站改造過程中，將低壓母線改為分段母線，兩段母線設聯絡開關。

6 結論

變配電系統是水利工程應用的重要組成部分，它直接影響到工程運行的可靠、安全、經濟，為了保證系統主接線方式、供配電設備的選擇安全、經濟，進行短路計算是十分必要的。此外除了本文提到各設備的校驗需要短路電流，在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，也需要以短路電流為依據的。

圖2 1號橡膠壩實景圖

3.4 景觀考慮

灤河灤縣段河道防洪綜合治理工程是近年來灤縣景觀開發的重要舉措，是沿河景觀建設的先行軍，1號橡膠壩作為該工程的控制性工程，在設計過程中，通過從工程布置、壩袋顏色選擇、橡膠壩兩側平臺、砌石護坡設上堤臺階、泵房地表選用仿古建筑、灘地及邊坡防護表層設腐殖土便于園林綠化造景等多方面進行了考慮，為后期景觀建設提供便利條件。

4 結語

（1）本文結合橡膠壩工程的設計特點，重點討論了橡膠壩壩袋曲線和底板順水流方向長度的確定方法，這為壩袋體積、工程量計算以及底板穩定計算提供了直接依據，至于橡膠壩工程設計所涉及的過流、消能、穩定計算及防滲設計均為水工設計上常規計算內容，可直接參考《水閘設計規范》（SL265-2001）進行設計。

（2）近年來，橡膠壩在河道綜合治理、濕地、景觀水域等建設領域得到了廣泛應用，1號橡膠壩作為灤河灤縣段防洪綜合治理工程的控制性工程，在設計過程中充分考慮為后期景觀建設提供便利條件，壩址建筑作為景觀節點，與灤河右岸研山山水相映，其形成的蓄水水面和沿線風光帶，給灤河河道帶來了靈動和生氣，也為灤縣灤州古城的景觀建設和開發提供了無盡的想象力空間和可能性。

1 橡膠壩技術規范[S].(SL227-98).中國水利水電出版社,1999.

2 水閘設計規范[S].(SL265-2001).中國水利水電出版社,2001.

3 高本虎.橡膠壩工程技術指南（第二版）[M].北京：中國水利水電出版社,2006.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.017

TV675

B

1672-2469(2014)12-0048-04

武健超（1985年—），男，助理工程師。