趙大偉，魏宏偉

國外120 kV變電站接入系統(tǒng)方案短路偏差分析

趙大偉，魏宏偉

在未知電力系統(tǒng)條件下，對變電站接入電力系統(tǒng)方案的短路分析進(jìn)行了探討，對比分析了假設(shè)條件與實際條件下的短路計算結(jié)果，并給出了短路計算偏差分析。

國外；短路分析；電力系統(tǒng)

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(fā)展中國家和不發(fā)達(dá)國家的電網(wǎng)水平相對落后，一些大功率設(shè)備接入后，經(jīng)常出現(xiàn)其接入點系統(tǒng)短路容量滿足不了要求的情況。因此系統(tǒng)短路分析也是評估接入方案供電能力的重要指標(biāo)。國外項目由于建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，不確定因素多，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計方案臨時調(diào)整的情況，因此會遇到對變電站要接入的電力系統(tǒng)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(tǒng)假設(shè)條件進(jìn)行短路分析，通過與實際條件進(jìn)行對比，分析短路計算結(jié)果偏差，并對相關(guān)設(shè)計經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)。

1 短路計算

1.1 標(biāo)幺值法

在電力系統(tǒng)短路分析中，通常采用標(biāo)么值法。標(biāo)幺值是相對于某一基準(zhǔn)值而言的，同一有名值，當(dāng)基準(zhǔn)值選取不同時，其標(biāo)幺值也不同。根據(jù)所選擇的基準(zhǔn)量，用標(biāo)么值來表示電力系統(tǒng)中各元件的參數(shù)。標(biāo)幺值法在短路計算中大量應(yīng)用，其主要的優(yōu)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(biāo)幺值與相電壓的標(biāo)幺值相等，三相功率的標(biāo)幺值和單相功率的標(biāo)幺值相等。

（2）只需確定各電壓等級的基準(zhǔn)值，而后直接在各自的基準(zhǔn)值下計算標(biāo)幺值，不需進(jìn)行參數(shù)和計算結(jié)果的折算。

（3）對于低壓系統(tǒng)，功率的標(biāo)幺值遠(yuǎn)小于1。

（4）用標(biāo)幺值后，電力系統(tǒng)的元件參數(shù)比較接近，易于進(jìn)行計算和對結(jié)果進(jìn)行分析比較。

（5）省去公式中的比例系數(shù)，使計算簡化。

1.2 各元件電抗標(biāo)幺值的計算

（1）三相繞組變壓器電抗標(biāo)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?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)。

則三繞組變壓器電抗標(biāo)幺值分別為

式中，SB為系統(tǒng)基準(zhǔn)容量；SN為變壓器額定容量。

（2）架空線路電抗標(biāo)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(tǒng)短路容量估算方法

在未知電力系統(tǒng)條件下，系統(tǒng)短路容量估算方法有以下3種：

（1）系統(tǒng)短路容量按上級變電站出口斷路器額定電流考慮。

設(shè)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(tǒng)短路容量為

（2）系統(tǒng)短路容量按無窮大考慮。

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

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，現(xiàn)在一般系統(tǒng)短路容量經(jīng)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(jié)以筆者設(shè)計的剛果金某120 kV變電站項目為例，詳細(xì)闡述短路計算方法，并將各種假設(shè)系統(tǒng)短路容量條件與真實系統(tǒng)短路容量計算結(jié)果進(jìn)行比較。

（1）短路計算基本假設(shè)：

a.正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行；

b.所有電源的電動勢相位角相同；

c.電力系統(tǒng)中各元件的磁路不飽和，即帶鐵心的電氣設(shè)備電抗值不隨電流大小發(fā)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(fù)荷的影響；

f.系統(tǒng)短路時為金屬性短路。

（2）基準(zhǔn)值。高壓短路電流計算一般只計算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計算，為了計算方便選取基準(zhǔn)容量SB= 100 MV·A，基準(zhǔn)電壓為10.5、37、126 kV（剛果金電網(wǎng)采用120 kV高壓系統(tǒng)與國內(nèi)不同）。

（3）變壓器各繞組電抗計算。

表1為主變壓器技術(shù)參數(shù)。

表1 主變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)表

根據(jù)上述參數(shù)，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(wǎng)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(biāo)么值為

（5）計算系統(tǒng)阻抗。

a.系統(tǒng)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(wǎng)120 kV電力系統(tǒng)，其出口斷路器額定電流為25 kA。那么系統(tǒng)短路容量估算為SS=3×UN×Id= 1.732×120×25 = 5 196 MV·A；系統(tǒng)短路電抗標(biāo)幺值為

b.系統(tǒng)短路容量按無窮大考慮。

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

c.系統(tǒng)短路容量按經(jīng)驗值考慮。

根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗值，110 kV系統(tǒng)短路容量為9 000 MV·A；系統(tǒng)短路電抗為

（6）等值網(wǎng)絡(luò)及短路計算。系統(tǒng)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(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖

短路計算式如下：

次暫態(tài)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(dāng)圖1中d1，d2，d3點短路時，上述各量計算值見表2。

由于系統(tǒng)短路容量按無窮大考慮和按經(jīng)驗值考慮2種假設(shè)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(shè)條件與實際條件的短路計算偏差值。

表2 系統(tǒng)短路計算數(shù)值表

表3 不同假定系統(tǒng)容量條件下短路計算數(shù)據(jù)偏差比較表

4 結(jié)論

各國的電力系統(tǒng)情況各不相同，尤其是一些發(fā)展中國家和不發(fā)達(dá)國家的電力系統(tǒng)相對薄弱，參照我國的電力系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗值或者按照系統(tǒng)無窮大考慮得出的結(jié)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(tǒng)短路容量得出的數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確。

根據(jù)實例計算結(jié)果偏差比較，系統(tǒng)短路容量對變電站高壓側(cè)影響較大，對于中壓側(cè)和低壓側(cè)影響較小。因此在設(shè)計中，高壓側(cè)短路計算宜采用上級變電站出口斷路器25 kA估算系統(tǒng)容量；而中低壓側(cè)，三種假設(shè)條件的短路計算數(shù)據(jù)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(fēng)險分析及其防范措施研究[D].北京：華北電力大學(xué)技術(shù)經(jīng)濟及管理，2010.

[3] 電力系統(tǒng)設(shè)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(shè)計咨詢集團有限公司，工程師，電話：010-52696754；

魏宏偉.中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，教授級高級工程師。