负荷对重载长线路单相短路电流的影响研究

李荣华

(湖南理工学院 机械工程学院, 湖南 岳阳 414006)

负荷对重载长线路单相短路电流的影响研究

李荣华

(湖南理工学院 机械工程学院, 湖南 岳阳 414006)

基于叠加原理, 给出了考虑负荷影响时重载长线路单相短路电流的计算方法. 并通过实例计算, 分析了忽略负荷影响与考虑负荷影响时短路电流计算值之间的误差, 得出在一般情况下短路全电流的误差在15%以下, 在一般工程应用中忽略负荷影响基本上是允许的. 但是接地相短路电流正序分量计算值的误差则高达30%以上, 这会严重影响相关继电保护及安全自动装置的合理整定.

短路计算; 单相接地; 输电线路; 负荷电流

引言

统计数据表明, 电力系统超、特高压长距离输电线路的短路故障中, 90%以上是单相接地短路. 一般其线路两端均有电源, 当输送负荷较重时(即重载长线), 单相接地短路电流的计算应当考虑负荷电流的影响.此时较精确地考虑负荷电流的影响, 对于线路自动装置和继电保护装置的合理整定, 和对其动作行为的正确校核具有重要意义. 应用叠加原理, 分别对正常负荷状态和故障状态进行计算, 然后相叠加以求得故障情况下的短路总电流.

1 单相接地故障分量计算图

图1 A相单相接地故障分量状态

根据故障分量法, 易得出A相各序故障分量关系式为[1]

依据上式各序电流、电压关系式, 绘出单相接地故障分量序网图如图2所示[1,2].

图2 单相接地故障分量序网

2 考虑负荷时单相接地短路计算

2.1 各序故障分量电流计算

由图2所示故障分量序网可得

故流过故障点的故障分量序电流为

由图2容易求出M侧(送电端)、N侧(受电端)各序故障分量电流分别为

2.2 负荷时线路两端的短路电流

考虑线路负荷电流时, 将故障分量与负荷电流叠加, 则可得出考虑负荷时线路两端的短路电流[1～3].根据对称分量法,M侧及N侧各相短路全电流分别为

3 实例研究

3.1 实例系统接线及已知参数

图3是某330kV输电线路接线简图. 系统S1经输电线路MN向系统S2送电, 输送负荷视在功率为300MVA、功率因数为0.9,受电端母线N供一台240 MVA自耦变压器, 自耦变121kV侧带集中负荷150MVA、低压侧空载, 中压侧负荷中性点不接地.系统中各元件序电抗标幺值(折算至100MVA)详见表1.

图3 实例系统接线

表1 元件电抗标幺值

3.2 短路电流计算结果

表2 接地相短路全电流

表3 接地相短路电流的正序分量

3.3 结果分析

从表2可看出, 考虑负荷电流的影响时, 对故障相电流而言, 送电侧电流增大、受电侧电流减小. 当不考虑负荷影响而按电网基准电压计算短路电流时, 其计算结果与考虑负荷电流影响时比较, 送电侧出现负误差、受电侧出现正误差, 本例最大百分误差未超过15%, 故在一般工程应用中, 为简化短路电流计算,不考虑负荷电流影响基本上是允许的[4].

而表3则表明, 不考虑负荷影响计算出的接地相短路电流正序分量的误差较大, 可达30%以上, 对于以正序电流为检测量(或整定量)的自动装置和继电保护装置, 这么大的误差对其动作值的合理整定与正常工作的影响是不可忽视的[5].

另外, 短路点离送电端越远, 送电侧电源至短路点的回路总阻抗就越大, 则短路电流的故障分量就越小, 而负荷是一定的, 于是负荷电流的影响相对要大些, 从而忽略负荷影响引起的误差也大些, 上述计算结果完全证实了这一点.

4 结语

考虑负荷电流影响时的单相接地短路计算, 主要是故障分量的计算, 计算出各序故障分量, 再与负荷电流叠加. 而故障分量的计算, 考虑负荷与不考虑负荷影响的差别, 就在于前者用带负荷正常运行时故障点的运行电压, 而后者采用实用简化计算法, 不管故障点在何处, 一律用基准电压计算.

随着线路输送距离的增长和输送负荷的增加, 线路负荷对重载长线路单相接地短路电流的影响将加大, 尤其对短路电流正序分量影响较大. 因此在计算超、特高压重载长线路单相接地短路时, 应注意负荷电流的影响.

[1] 崔家佩, 孟庆炎, 陈永芳, 等. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M]. 北京; 水利电力出版社, 1993

[2] 韩祯祥, 吴国炎．电力系统分析[M]．杭州: 浙江大学出版社, 1997

[3] 王 皓．基于网络的继电保护整定计算和短路电流计算程序设计[J]．现代电力, 2002, 11(6): 59～64

[4] 姚玉斌, 晋文转, 宋学清, 等. 影响电力系统短路计算结果的原因分析[J]. 继电器, 2006, 34(11): 12～16, 20

[5] 朱晓华, 吴 捷. 继电保护整定中的短路电流计算问题[J]. 电网技术, 2000, 24(10): 19～21, 44

Research on the Influence on Heavily Loaded Long Circuit Single-phase Impedance Current

LI Rong-hua
(College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Science &Technology, Yueyang 414006, China)

On the basis of the principle of superposing, this paper provides the computing technology of impedance current when considering the electric current of load influences. Through the embodiment, this paper analyzes the impedance current value error between neglecting load influences and considers load influences, and draws the conclusion that the error of total leakage current is under 15% in general cases, which is basically allowed in general application of project. But the calculation error of the ground phase impedance current when neglect load influences, up to more than 30%, it will have influenced seriously the setting of protection equipment and stability control devices.

short circuit calculation; single-phase grounding; transmission line; load current

TM713

A

1672-5298(2010)03-0069-03

2010-06-13

李荣华(1970- ), 男, 湖南永州人, 湖南理工学院机械工程学院副教授. 主要研究方向: 继电保护