國外120 kV變電站接入系統方案短路偏差分析

趙大偉，魏宏偉

國外120 kV變電站接入系統方案短路偏差分析

趙大偉，魏宏偉

在未知電力系統條件下，對變電站接入電力系統方案的短路分析進行了探討，對比分析了假設條件與實際條件下的短路計算結果，并給出了短路計算偏差分析。

國外；短路分析；電力系統

0 引言

國外工程項目因其所在國家的政策和國情不同，尤其是一些發展中國家和不發達國家的電網水平相對落后，一些大功率設備接入后，經常出現其接入點系統短路容量滿足不了要求的情況。因此系統短路分析也是評估接入方案供電能力的重要指標。國外項目由于建設環境復雜，不確定因素多，經常出現設計方案臨時調整的情況，因此會遇到對變電站要接入的電力系統情況不明確的問題。

本文以剛果金某120 kV變電站接入方案研究為例，對幾種常用的系統假設條件進行短路分析，通過與實際條件進行對比，分析短路計算結果偏差，并對相關設計經驗進行總結。

1 短路計算

1.1 標幺值法

在電力系統短路分析中，通常采用標么值法。標幺值是相對于某一基準值而言的，同一有名值，當基準值選取不同時，其標幺值也不同。根據所選擇的基準量，用標么值來表示電力系統中各元件的參數。標幺值法在短路計算中大量應用，其主要的優點如下：

（1）三相電路的計算公式與單相電路的計算公式完全相同，線電壓的標幺值與相電壓的標幺值相等，三相功率的標幺值和單相功率的標幺值相等。

（2）只需確定各電壓等級的基準值，而后直接在各自的基準值下計算標幺值，不需進行參數和計算結果的折算。

（3）對于低壓系統，功率的標幺值遠小于1。

（4）用標幺值后，電力系統的元件參數比較接近，易于進行計算和對結果進行分析比較。

（5）省去公式中的比例系數，使計算簡化。

1.2 各元件電抗標幺值的計算

（1）三相繞組變壓器電抗標幺值計算。

三相繞組變壓器（不分裂繞組）等值變換后阻抗電壓百分數為

式中，Uk(1?2)%、Uk(1?3)%、Uk(2?3)%分別為每對繞組的阻抗電壓百分數。

則三繞組變壓器電抗標幺值分別為

式中，SB為系統基準容量；SN為變壓器額定容量。

（2）架空線路電抗標幺值計算。

架空線路電抗值為XL= l×X，其中，X為架空線路單位電抗，l為架空線路長度。

2 系統短路容量估算方法

在未知電力系統條件下，系統短路容量估算方法有以下3種：

（1）系統短路容量按上級變電站出口斷路器額定電流考慮。

設上級變電站出口斷路器額定電流為Id，額定電壓為UN，則系統短路容量為

（2）系統短路容量按無窮大考慮。

上級系統短路容量按無窮大考慮，則SS= ∞。（3）系統短路容量按經驗值考慮。

根據文獻[1]，現在一般系統短路容量經驗值：6～10 kV為500 MV·A；35 kV為1 500 MV·A；110 kV為9 000 MV·A；220 kV為18 000 MV·A。

3 算例

本節以筆者設計的剛果金某120 kV變電站項目為例，詳細闡述短路計算方法，并將各種假設系統短路容量條件與真實系統短路容量計算結果進行比較。

（1）短路計算基本假設：

a.正常工作時，三相系統對稱運行；

b.所有電源的電動勢相位角相同；

c.電力系統中各元件的磁路不飽和，即帶鐵心的電氣設備電抗值不隨電流大小發生變化；

d.不考慮短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流；

e.元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計，不計負荷的影響；

f.系統短路時為金屬性短路。

（2）基準值。高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標幺值進行計算，為了計算方便選取基準容量SB= 100 MV·A，基準電壓為10.5、37、126 kV（剛果金電網采用120 kV高壓系統與國內不同）。

（3）變壓器各繞組電抗計算。

表1為主變壓器技術參數。

表1 主變壓器技術數據表

根據上述參數，由式（1）和式（2）可計算得出，Uk1% = 10.75，Uk2% = 0，Uk3% = 6.75；XT1*= 0.269，XT2*= 0，XT3*= 0.169。

（4）計算線路阻抗。從剛果金電網RO變電站饋出1回線路（3×LGJ-150）為該工程新建的120 kV變電站供電，架空線長度為15 km，則線路電抗值為XL= 15×0.341 = 5.115 Ω；其標么值為

（5）計算系統阻抗。

a.系統短路容量按上級變電站出口斷路器額定電流考慮。

由于接入剛果金電網120 kV電力系統，其出口斷路器額定電流為25 kA。那么系統短路容量估算為SS=3×UN×Id= 1.732×120×25 = 5 196 MV·A；系統短路電抗標幺值為

b.系統短路容量按無窮大考慮。

上級系統短路容量按無窮大考慮，則SS=∞；系統短路電抗標幺值為XS*= 0。

c.系統短路容量按經驗值考慮。

根據國內經驗值，110 kV系統短路容量為9 000 MV·A；系統短路電抗為

（6）等值網絡及短路計算。系統短路容量按上級變電站出口斷路器額定電流25 kA考慮，系統等值網絡如圖1所示。

圖1 系統等值網絡圖

短路計算式如下：

次暫態短路電流有名值：

沖擊電流：ich= 2.55I′′

全電流最大有效值：Ich= 1.52I′′

則當圖1中d1，d2，d3點短路時，上述各量計算值見表2。

由于系統短路容量按無窮大考慮和按經驗值考慮2種假設條件的計算過程相同，在這里就不再贅述。表3列出了3種假設條件與實際條件的短路計算偏差值。

表2 系統短路計算數值表

表3 不同假定系統容量條件下短路計算數據偏差比較表

4 結論

各國的電力系統情況各不相同，尤其是一些發展中國家和不發達國家的電力系統相對薄弱，參照我國的電力系統設計經驗值或者按照系統無窮大考慮得出的結果與實際值偏差較大，采用上級變電站出口斷路器額定電流值推算系統短路容量得出的數據相對準確。

根據實例計算結果偏差比較，系統短路容量對變電站高壓側影響較大，對于中壓側和低壓側影響較小。因此在設計中，高壓側短路計算宜采用上級變電站出口斷路器25 kA估算系統容量；而中低壓側，三種假設條件的短路計算數據偏差不大。

[1] GB1094.5-200電力變壓器第五部分:承受短路的能力[S].

[2] 郭玲麗.境外電力工程項目投資風險分析及其防范措施研究[D].北京：華北電力大學技術經濟及管理，2010.

[3] 電力系統設計手冊. 北京：中國電力出版社，1998.

The condition of unknown power system, access to the power system substation program were discussed, and comparative analysis of the short-circuit hypothesis conditions and actual conditions of calculation results, and calculate the deviation analysis of short circuit is given.

foreign country; short-circuit analysis; power system

U223.5

B

1007-936X(2014)05-0001-03

2014-03-03

趙大偉.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，工程師，電話：010-52696754；

魏宏偉.中鐵工程設計咨詢集團有限公司，教授級高級工程師。