電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)短路電流計(jì)算方法及計(jì)算實(shí)例研討

梁小梅

（四川明珠集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 射洪 629200）

0 引言

電力系統(tǒng)中為保證電氣設(shè)備在短路情況下不致?lián)p壞，減輕短路危害和防止故障擴(kuò)大，需事先對短路電流進(jìn)行計(jì)算，以正確選擇和檢驗(yàn)電氣設(shè)備，準(zhǔn)確整定電力系統(tǒng)保護(hù)裝置，保證電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路時(shí)，保護(hù)裝置能可靠動作。

1 電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)短路電流計(jì)算思路

按照以往干饋式電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)電機(jī)短路電流的計(jì)算思路，以三臺型號相同的靜負(fù)載發(fā)電機(jī)作為計(jì)算假設(shè)，以便判斷電路電流切斷是否在保護(hù)裝置能力范圍內(nèi)，具體計(jì)算方法如下：

1.1 短路電流計(jì)算

短路后的第1/2個(gè)周期，短路電流處于最大峰值狀態(tài)，其取值計(jì)算公式為：

公式中，Ip、Ia、Ib分別表示短路電流的最大峰值、周期分量、非周期分量。

另外短路電流周期分量分別在系統(tǒng)空載時(shí)和帶負(fù)載時(shí)發(fā)生，計(jì)算公式如下：

短路電流非周期分量是在帶負(fù)載時(shí)發(fā)生，計(jì)算方法：

而對于暫態(tài)短路電流的初始值，或者次暫態(tài)短路電流的初始值，需要明確額定電壓的代替值，其中額定電壓為VN，相關(guān)計(jì)算公式為：

1.2 串聯(lián)阻抗后等效發(fā)電機(jī)參數(shù)

發(fā)電機(jī)的串聯(lián)阻抗，需要考慮短路電流大小的影響，以電樞電阻、直軸超瞬變電抗、瞬變電抗等作為計(jì)算參數(shù)，計(jì)算出短路電流交流分量衰減的時(shí)間常數(shù)，計(jì)算公式為：

公式中，T″d0表示d軸阻尼繞組時(shí)間常數(shù)，基本單位s。

期間在串聯(lián)阻抗條件下，d軸阻尼繞組時(shí)間常數(shù)守恒，只需根據(jù)周期分量衰減常數(shù) T″d的大小，即可修正 X″d和 X′d。

1.3 并聯(lián)后等效發(fā)電機(jī)參數(shù)

供電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機(jī)并聯(lián)，重點(diǎn)兼顧的參數(shù)有電樞電阻r＿e、直軸超瞬變電抗 X″d＿e、瞬變電抗 X′d＿e，即可進(jìn)行發(fā)電機(jī)電阻值的計(jì)算，計(jì)算公式如下：

然后結(jié)合短路電流的周期分量和非周期分量，計(jì)算得出周期分量和非周期分量的時(shí)間常數(shù)。

2 電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)短路電流計(jì)算實(shí)例

根據(jù)以上電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)短路電流計(jì)算的理論推導(dǎo)方法，下面對四川射洪電力系統(tǒng)中金華水電廠發(fā)電機(jī)短路時(shí)的短路支路電流峰值計(jì)算為例，發(fā)電機(jī)三臺型號為SF14-52/7250 額定功率14000 kVA、額定電壓10.5 kV、額定轉(zhuǎn)速115.4 r/min、額定電流962A、額定頻率50Hz、直軸暫態(tài)電抗xd’0.332 p.u、直軸次暫態(tài)電抗xd”0.232 p.u、短路比1.15，電抗標(biāo)么值X*單臺1.3257/3并聯(lián)0.4419。計(jì)算實(shí)例內(nèi)容分別如下：

2.1 兩臺機(jī)并聯(lián)短路電流計(jì)算

在兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)的情況下，閉合全部的開關(guān)，其中出現(xiàn)一個(gè)短路點(diǎn)，而且短路點(diǎn)的左右側(cè)阻抗分別為1.735+j0.511mΩ和0.712+j0.298mΩ。同時(shí)借助電力系統(tǒng)的等值電路圖，可分別得出并聯(lián)發(fā)電機(jī)單機(jī)機(jī)段的短路電流峰值。計(jì)算結(jié)果如下：首先是兩臺發(fā)電機(jī)機(jī)段阻抗Zc串聯(lián)狀態(tài)下等效發(fā)電機(jī)參數(shù)，均為：電樞電阻2.167mΩ；直軸瞬變電抗19.268mΩ；直軸超瞬變電抗13.478mΩ；非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)21.18ms；周期分量超瞬變衰減時(shí)間常數(shù)2.977ms；次暫態(tài)短路初始值19.287KA；短路電流周期分量12.141KA；短路電流非周期分量16.778KA。其次是兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)后，等效發(fā)電機(jī)G10參數(shù)均為：電樞電阻1.183mΩ；直軸瞬變電抗11.573mΩ；直軸超瞬變電抗5.273mΩ；非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)22.18ms；周期分量超瞬變衰減時(shí)間常數(shù)3.168ms；次暫態(tài)短路初始值34.685KA；短路電流周期分量25.152KA；短路電流非周期分量33.669KA。

2.2 三臺機(jī)并聯(lián)短路電流計(jì)算

假設(shè)三臺發(fā)電機(jī)處于并聯(lián)狀態(tài)，并且斷開開關(guān)K1和K2，而其他開關(guān)全部閉合，其中短路點(diǎn)等值電路化簡計(jì)算結(jié)果如下：首先是三臺發(fā)電機(jī)與機(jī)端阻抗Ze串聯(lián)后，等效發(fā)電機(jī)的參數(shù)為：電樞電阻2.166mΩ；直軸瞬變電抗23.288mΩ；直軸超瞬變電抗13.376mΩ；非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)22.17ms；周期分量超瞬變衰減時(shí)間常數(shù)3.168ms；次暫態(tài)短路初始值19.278KA；短路電流周期分量13.243KA；短路電流非周期分量16.778KA。計(jì)算結(jié)果與三臺發(fā)電機(jī)機(jī)段阻抗Zc串聯(lián)狀態(tài)下等效發(fā)電機(jī)參數(shù)一致。其次是發(fā)電機(jī)并聯(lián)后，等效發(fā)電機(jī)G30的參數(shù)為：電樞電阻1.165mΩ；直軸瞬變電抗11.573mΩ；直軸超瞬變電抗7.293mΩ；非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)21.37ms；周期分量超瞬變衰減時(shí)間常數(shù)3.168ms；次暫態(tài)短路初始值37.885KA；短路電流周期分量25.152KA；短路電流非周期分量32.889KA。再次是發(fā)電機(jī)與機(jī)端阻抗Zf串聯(lián)后，等效發(fā)電機(jī)G30′參數(shù)為：電樞電阻3.645mΩ；直軸瞬變電抗12.728mΩ；直軸超瞬變電抗7.228mΩ；非周期分量衰減時(shí)間常數(shù)7.543ms；周期分量超瞬變衰減時(shí)間常數(shù)7.894ms；次暫態(tài)短路電流初始值30.051KA；暫態(tài)短路電流初始值20.124KA；短路電流周期分量22.293KA；短路電流非周期分量10.924KA。

3 相關(guān)計(jì)算模型軟件編制

基于以上電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的方法和內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上編制一套實(shí)用型的計(jì)算軟件，以便在選擇和清除網(wǎng)絡(luò)短路點(diǎn)的前提下，計(jì)算出短路點(diǎn)短路電流的參數(shù)，并判斷系統(tǒng)發(fā)電機(jī)是否帶負(fù)載。關(guān)于軟件的編制，其平臺為可視化用戶界面設(shè)計(jì)功能，并使用命令按鈕、文本框、菜單編輯器、標(biāo)簽框、卡片盒和文件列表框，在確保平臺語言特征和數(shù)據(jù)處理能力等符合要求的情況下，調(diào)用相同的變量組，分別定義變量和輸入?yún)?shù)，其中單擊運(yùn)行的方式是前后母排開關(guān)閉合和雙/單跨接線連接，雙機(jī)運(yùn)行的方式是雙擊異側(cè)、前后母排開關(guān)閉合、雙跨接線連接；三機(jī)運(yùn)行的方式前后母排開關(guān)閉合，雙跨接線連接。最后在明確單機(jī)、二機(jī)、三機(jī)運(yùn)行方式的情況下，按照單線原理圖，選擇具體的短路點(diǎn)，然后對短路支路進(jìn)行判斷，并計(jì)算出短路點(diǎn)兩端支路阻抗和短路點(diǎn)短路電流。

4 結(jié)束語

通過研究，我們基本明確了電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法，同時(shí)可以看出電力系統(tǒng)短路電流的計(jì)算方法具有復(fù)雜性的特征，因此實(shí)際電力工程中，在利用這些計(jì)算方法進(jìn)行實(shí)例分析時(shí)，需要結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，對這些方法予以靈活的應(yīng)用，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使得計(jì)算方法更加完善，并更加適用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。

［1］侯龍龍.探討電力系統(tǒng)短路電流及繼電保護(hù)整定計(jì)算[J].電子技術(shù)與軟件工程,2013(22)：163-165.

［2］姜桂林.淺談電力系統(tǒng)線路短路電流計(jì)算、應(yīng)用及限制措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(14)：173.

［3］劉楠,唐曉駿,馬世英，等.負(fù)荷模型對電力系統(tǒng)短路電流計(jì)算的影響[J].電網(wǎng)技術(shù),2011(8)：144-149.

［4］陳宇.淺論電力系統(tǒng)運(yùn)行中的短路故障與短路電流計(jì)算[J].中小企業(yè)管理與科技,2010(25)：308.