国外120 kV变电站接入系统方案短路偏差分析

赵大伟，魏宏伟

国外120 kV变电站接入系统方案短路偏差分析

赵大伟，魏宏伟

在未知电力系统条件下，对变电站接入电力系统方案的短路分析进行了探讨，对比分析了假设条件与实际条件下的短路计算结果，并给出了短路计算偏差分析。

国外；短路分析；电力系统

0 引言

国外工程项目因其所在国家的政策和国情不同，尤其是一些发展中国家和不发达国家的电网水平相对落后，一些大功率设备接入后，经常出现其接入点系统短路容量满足不了要求的情况。因此系统短路分析也是评估接入方案供电能力的重要指标。国外项目由于建设环境复杂，不确定因素多，经常出现设计方案临时调整的情况，因此会遇到对变电站要接入的电力系统情况不明确的问题。

本文以刚果金某120 kV变电站接入方案研究为例，对几种常用的系统假设条件进行短路分析，通过与实际条件进行对比，分析短路计算结果偏差，并对相关设计经验进行总结。

1 短路计算

1.1 标幺值法

在电力系统短路分析中，通常采用标么值法。标幺值是相对于某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取不同时，其标幺值也不同。根据所选择的基准量，用标么值来表示电力系统中各元件的参数。标幺值法在短路计算中大量应用，其主要的优点如下：

（1）三相电路的计算公式与单相电路的计算公式完全相同，线电压的标幺值与相电压的标幺值相等，三相功率的标幺值和单相功率的标幺值相等。

（2）只需确定各电压等级的基准值，而后直接在各自的基准值下计算标幺值，不需进行参数和计算结果的折算。

（3）对于低压系统，功率的标幺值远小于1。

（4）用标幺值后，电力系统的元件参数比较接近，易于进行计算和对结果进行分析比较。

（5）省去公式中的比例系数，使计算简化。

1.2 各元件电抗标幺值的计算

（1）三相绕组变压器电抗标幺值计算。

三相绕组变压器（不分裂绕组）等值变换后阻抗电压百分数为

式中，Uk(1−2)%、Uk(1−3)%、Uk(2−3)%分别为每对绕组的阻抗电压百分数。

则三绕组变压器电抗标幺值分别为

式中，SB为系统基准容量；SN为变压器额定容量。

（2）架空线路电抗标幺值计算。

架空线路电抗值为XL= l×X，其中，X为架空线路单位电抗，l为架空线路长度。

2 系统短路容量估算方法

在未知电力系统条件下，系统短路容量估算方法有以下3种：

（1）系统短路容量按上级变电站出口断路器额定电流考虑。

设上级变电站出口断路器额定电流为Id，额定电压为UN，则系统短路容量为

（2）系统短路容量按无穷大考虑。

上级系统短路容量按无穷大考虑，则SS= ∞。（3）系统短路容量按经验值考虑。

根据文献[1]，现在一般系统短路容量经验值：6～10 kV为500 MV·A；35 kV为1 500 MV·A；110 kV为9 000 MV·A；220 kV为18 000 MV·A。

3 算例

本节以笔者设计的刚果金某120 kV变电站项目为例，详细阐述短路计算方法，并将各种假设系统短路容量条件与真实系统短路容量计算结果进行比较。

（1）短路计算基本假设：

a.正常工作时，三相系统对称运行；

b.所有电源的电动势相位角相同；

c.电力系统中各元件的磁路不饱和，即带铁心的电气设备电抗值不随电流大小发生变化；

d.不考虑短路点的电弧阻抗和变压器的励磁电流；

e.元件的电阻略去，输电线路的电容略去不计，不计负荷的影响；

f.系统短路时为金属性短路。

（2）基准值。高压短路电流计算一般只计算各元件的电抗，采用标幺值进行计算，为了计算方便选取基准容量SB= 100 MV·A，基准电压为10.5、37、126 kV（刚果金电网采用120 kV高压系统与国内不同）。

（3）变压器各绕组电抗计算。

表1为主变压器技术参数。

表1 主变压器技术数据表

根据上述参数，由式（1）和式（2）可计算得出，Uk1% = 10.75，Uk2% = 0，Uk3% = 6.75；XT1*= 0.269，XT2*= 0，XT3*= 0.169。

（4）计算线路阻抗。从刚果金电网RO变电站馈出1回线路（3×LGJ-150）为该工程新建的120 kV变电站供电，架空线长度为15 km，则线路电抗值为XL= 15×0.341 = 5.115 Ω；其标么值为

（5）计算系统阻抗。

a.系统短路容量按上级变电站出口断路器额定电流考虑。

由于接入刚果金电网120 kV电力系统，其出口断路器额定电流为25 kA。那么系统短路容量估算为SS=3×UN×Id= 1.732×120×25 = 5 196 MV·A；系统短路电抗标幺值为

b.系统短路容量按无穷大考虑。

上级系统短路容量按无穷大考虑，则SS=∞；系统短路电抗标幺值为XS*= 0。

c.系统短路容量按经验值考虑。

根据国内经验值，110 kV系统短路容量为9 000 MV·A；系统短路电抗为

（6）等值网络及短路计算。系统短路容量按上级变电站出口断路器额定电流25 kA考虑，系统等值网络如图1所示。

图1 系统等值网络图

短路计算式如下：

次暂态短路电流有名值：

冲击电流：ich= 2.55I′′

全电流最大有效值：Ich= 1.52I′′

则当图1中d1，d2，d3点短路时，上述各量计算值见表2。

由于系统短路容量按无穷大考虑和按经验值考虑2种假设条件的计算过程相同，在这里就不再赘述。表3列出了3种假设条件与实际条件的短路计算偏差值。

表2 系统短路计算数值表

表3 不同假定系统容量条件下短路计算数据偏差比较表

4 结论

各国的电力系统情况各不相同，尤其是一些发展中国家和不发达国家的电力系统相对薄弱，参照我国的电力系统设计经验值或者按照系统无穷大考虑得出的结果与实际值偏差较大，采用上级变电站出口断路器额定电流值推算系统短路容量得出的数据相对准确。

根据实例计算结果偏差比较，系统短路容量对变电站高压侧影响较大，对于中压侧和低压侧影响较小。因此在设计中，高压侧短路计算宜采用上级变电站出口断路器25 kA估算系统容量；而中低压侧，三种假设条件的短路计算数据偏差不大。

[1] GB1094.5-200电力变压器第五部分:承受短路的能力[S].

[2] 郭玲丽.境外电力工程项目投资风险分析及其防范措施研究[D].北京：华北电力大学技术经济及管理，2010.

[3] 电力系统设计手册. 北京：中国电力出版社，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

赵大伟.中铁工程设计咨询集团有限公司，工程师，电话：010-52696754；

魏宏伟.中铁工程设计咨询集团有限公司，教授级高级工程师。