國(guó)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

國(guó)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(duì)變電站接入電力系統(tǒng)方案的短路分析進(jìn)行了探討，對(duì)比分析了假設(shè)條件與實(shí)際條件下的短路計(jì)算結(jié)果，并給出了短路計(jì)算偏差分析。

國(guó)外；短路分析；電力系統(tǒng)

0 引言

國(guó)外工程項(xiàng)目因其所在國(guó)家的政策和國(guó)情不同，尤其是一些發(fā)展中國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家的電網(wǎng)水平相對(duì)落后，一些大功率設(shè)備接入后，經(jīng)常出現(xiàn)其接入點(diǎn)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(píng)估接入方案供電能力的重要指標(biāo)。國(guó)外項(xiàng)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(jì)方案臨時(shí)調(diào)整的情況，因此會(huì)遇到對(duì)變電站要接入的電力系統(tǒng)情況不明確的問(wèn)題。

本文以剛果金某120 kV變電站接入方案研究為例，對(duì)幾種常用的系統(tǒng)假設(shè)條件進(jìn)行短路分析，通過(guò)與實(shí)際條件進(jìn)行對(duì)比，分析短路計(jì)算結(jié)果偏差，并對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

1 短路計(jì)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(duì)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(shí)，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(lái)表示電力系統(tǒng)中各元件的參數(shù)。標(biāo)幺值法在短路計(jì)算中大量應(yīng)用，其主要的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）三相電路的計(jì)算公式與單相電路的計(jì)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(jí)的基準(zhǔn)值，而后直接在各自的基準(zhǔn)值下計(jì)算標(biāo)幺值，不需進(jìn)行參數(shù)和計(jì)算結(jié)果的折算。

（3）對(duì)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(jì)算和對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較。

（5）省去公式中的比例系數(shù)，使計(jì)算簡(jiǎn)化。

1.2 各元件電抗標(biāo)幺值的計(jì)算

（1）三相繞組變壓器電抗標(biāo)幺值計(jì)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(duì)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(jì)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(zhǎng)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(jí)變電站出口斷路器額定電流考慮。

設(shè)上級(jí)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(wú)窮大考慮。

上級(jí)系統(tǒng)短路容量按無(wú)窮大考慮，則SS= ∞。（3）系統(tǒng)短路容量按經(jīng)驗(yàn)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(yàn)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(jì)的剛果金某120 kV變電站項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述短路計(jì)算方法，并將各種假設(shè)系統(tǒng)短路容量條件與真實(shí)系統(tǒng)短路容量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。

（1）短路計(jì)算基本假設(shè)：

a.正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對(duì)稱運(yùn)行；

b.所有電源的電動(dòng)勢(shì)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(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流；

e.元件的電阻略去，輸電線路的電容略去不計(jì)，不計(jì)負(fù)荷的影響；

f.系統(tǒng)短路時(shí)為金屬性短路。

（2）基準(zhǔn)值。高壓短路電流計(jì)算一般只計(jì)算各元件的電抗，采用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算，為了計(jì)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(guó)內(nèi)不同）。

（3）變壓器各繞組電抗計(jì)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(jì)算得出，Uk1% = 10.75，Uk2% = 0，Uk3% = 6.75；XT1*= 0.269，XT2*= 0，XT3*= 0.169。

（4）計(jì)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(zhǎng)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(jì)算系統(tǒng)阻抗。

a.系統(tǒng)短路容量按上級(jí)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(wú)窮大考慮。

上級(jí)系統(tǒng)短路容量按無(wú)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(yàn)值考慮。

根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)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(jì)算。系統(tǒng)短路容量按上級(jí)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(jì)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(diǎn)短路時(shí)，上述各量計(jì)算值見(jiàn)表2。

由于系統(tǒng)短路容量按無(wú)窮大考慮和按經(jīng)驗(yàn)值考慮2種假設(shè)條件的計(jì)算過(guò)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(shí)際條件的短路計(jì)算偏差值。

表2 系統(tǒng)短路計(jì)算數(shù)值表

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

4 結(jié)論

各國(guó)的電力系統(tǒng)情況各不相同，尤其是一些發(fā)展中國(guó)家和不發(fā)達(dá)國(guó)家的電力系統(tǒng)相對(duì)薄弱，參照我國(guó)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值或者按照系統(tǒng)無(wú)窮大考慮得出的結(jié)果與實(shí)際值偏差較大，采用上級(jí)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(duì)準(zhǔn)確。

根據(jù)實(shí)例計(jì)算結(jié)果偏差比較，系統(tǒng)短路容量對(duì)變電站高壓側(cè)影響較大，對(duì)于中壓側(cè)和低壓側(cè)影響較小。因此在設(shè)計(jì)中，高壓側(cè)短路計(jì)算宜采用上級(jí)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(jì)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(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)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(jì)及管理，2010.

[3] 電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：中國(guó)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(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，工程師，電話：010-52696754；

魏宏偉.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，教授級(jí)高級(jí)工程師。