應(yīng)用正序增廣網(wǎng)絡(luò)計(jì)算發(fā)電廠高壓母線短路電流

王 旅 許雙斌

（湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141）

發(fā)電廠一般通過一個(gè)或多個(gè)電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，在計(jì)算短路電流時(shí)，系統(tǒng)（線路）側(cè)一般等效為一個(gè)等值阻抗，其值由上級(jí)調(diào)度部門下達(dá)，發(fā)電機(jī)、主變等設(shè)備阻抗由制造廠提供。計(jì)算由系統(tǒng)提供的短路電流，一般是將系統(tǒng)看作無窮大電源，其短路電流周期分量不衰減。計(jì)算由發(fā)電機(jī)提供的短路電流，一般是通過查發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線，求取任意時(shí)刻的三相短路電流周期分量。

如須求取簡單不對稱短路電流周期分量，則要應(yīng)用到正序等效定則，即短路點(diǎn)的正序電流與在短路點(diǎn)每相接入附加電抗而發(fā)生三相對稱短路時(shí)的正序電流相等，計(jì)算公式如下：

式中， X1Σ為短路點(diǎn)的正序綜合電抗，為短路點(diǎn)故障前電壓。短路點(diǎn)全電流= m(n)×，m(n)為比例系數(shù)， m(n)、均與短路類型有關(guān)，詳見表1。

以下結(jié)合調(diào)度下達(dá)某火電廠220kV母線等值阻抗，應(yīng)用正序增廣網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算220kV母線三相、兩相及單相短路電流。

表1 簡單不對稱短路 m (n)與 取值

表1 簡單不對稱短路 m (n)與 取值

短路類型 ()n XΔ ()n m 說明三相短路 0 1 1兩相短路 2XΣ 3單相接地 2XΣ+ 0XΣ 3 XΣ、 2XΣ、 0XΣ分別為短路點(diǎn)正序、負(fù)序、零序綜合電抗

1 電氣主接線

220kV系統(tǒng)電氣主接線為雙母雙分段帶旁母，正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)及分段開關(guān)合環(huán)運(yùn)行。#1、#2機(jī)組及#1啟備變運(yùn)行在#1母或#2母，#3、#4機(jī)組及#2、#3啟備變運(yùn)行在#3母或#4母，系統(tǒng)側(cè)S總計(jì)有7條220kV線路。電氣主接線示意圖如圖1所示。

2 設(shè)備參數(shù)

發(fā)電機(jī)：SrG=353MVA，UrG=20kV，=0.1618（p.u.），χ2=0.1974(p.u.)。

圖1 電氣主接線示意圖

主變： SrT=370MVA，UrTHV/UrTLV=242/20kV，短路阻抗 ukr=0.1388(p.u.)，零序阻抗21.90Ω/相，聯(lián)結(jié)組別YNd11。

#1、#2啟備變：50/31.5/31.5MVA，零序阻抗96.94 Ω/相，聯(lián)結(jié)組別YNd11-d11，中性點(diǎn)固定接地運(yùn)行。

#3啟備變：50/31.5/31.5/16.7MVA，零序阻抗163.2 Ω/相，聯(lián)結(jié)組別YNyn0-yn0+d，中性點(diǎn)固定接地運(yùn)行。

3 最大、最小運(yùn)行方式確定

電廠側(cè)：最大運(yùn)行方式為開4臺(tái)機(jī)組，最小運(yùn)行方式為開2臺(tái)機(jī)組。

系統(tǒng) S：220kV母線等值阻抗（不含電廠側(cè)變壓器支路），最大運(yùn)行方式正序 XS1min=0.00766，零序 XS0min=0.01277；最小運(yùn)行方式正序 XS1max=0.01712，零序 XS0max=0.03149?；鶞?zhǔn)容量 SB=100MVA，基準(zhǔn)電壓 UB=230kV。

4 220kV中性點(diǎn)運(yùn)行方式規(guī)定

正常運(yùn)行時(shí)，220kV中性點(diǎn)接地?cái)?shù)目有5個(gè)，除上述3臺(tái)啟備變中性點(diǎn)固定接地外，另外兩個(gè)中性點(diǎn)接地由主變實(shí)現(xiàn)。因此，無論電廠側(cè)最大或最小運(yùn)行方式，其零序網(wǎng)絡(luò)不變，零序等值電抗恒定。

5 阻抗歸算

仍取基準(zhǔn)容量 SB=100MVA，計(jì)算中忽略電阻分量，計(jì)算結(jié)果精確到小數(shù)點(diǎn)后5位。系統(tǒng)S歸算至230kV側(cè)基準(zhǔn)電流 IB1=0.25102kA，發(fā)電機(jī)歸算至230kV側(cè)額定電流 IB2=0.88611kA。

歸算后各設(shè)備電抗標(biāo)幺值見表 2，計(jì)算過程從略。

發(fā)變組正序電抗 XGT1=0.08335，負(fù)序電抗XGT2=0.09343，電廠側(cè)零序總電抗 XP0=0.01478。

表2 歸算后各設(shè)備電抗標(biāo)幺值

6 最大運(yùn)行方式下，220kV母線 f1 三相、兩相及單相短路電流計(jì)算

最大運(yùn)行方式下正序網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

圖2 最大運(yùn)行方式下正序網(wǎng)絡(luò)圖

6.1 三相短路

系統(tǒng) S提供的短路電流為 IB1/XS1min，發(fā)電機(jī)計(jì)算電抗：

Xcalc= XGT1× SrG/SB=0.29422，按Xcalc=0.3查汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線，以下僅給出 t=0″的計(jì)算結(jié)果，其他時(shí)刻的計(jì)算方法完全相同，t=0″電流標(biāo)幺值為3.603。

三相短路電流：

IB1/XS1min+4×3.603× IB2=45.54105kA

6.2 兩相短路（m=）

圖3 兩相短路時(shí)正序增廣網(wǎng)絡(luò)圖

對于上圖中的多支路星形網(wǎng)絡(luò)接線，采用ΣY法進(jìn)行化簡， X1~X4為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)移電抗， X5為系統(tǒng)轉(zhuǎn)移電抗。

發(fā)電機(jī)計(jì)算電抗 Xcalc=0.59724，按 Xcalc=0.6查汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線，t=0″電流標(biāo)幺值為 1.748。正序電流之和：4×1.748× IB2+IB1X5=22.33971kA，兩相短路電流：22.33971kA×=38.69351kA。

6.3 單相接地短路（m=3）

ΣY =257.77739，發(fā)電機(jī)計(jì)算電抗 0.95716，t=0″電流標(biāo)幺值為1.091，系統(tǒng)S轉(zhuǎn)移電抗0.02492。正序電流之和 13.94029kA，單相接地電流 3×13.94029kA=41.82088kA。

7 最小運(yùn)行方式下，220kV母線三相、兩相、單相短路電流計(jì)算

計(jì)算過程與最大運(yùn)行方式下完全類似，只是機(jī)組臺(tái)數(shù)變成 2臺(tái)，系統(tǒng)電抗取最小運(yùn)行方式下的XS1max與XS0max，電廠側(cè)零序總電抗保持不變，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 最小運(yùn)行方式下，短路電流計(jì)算結(jié)果

8 結(jié)論

發(fā)電廠電氣主接線一般為輻射狀網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用正序增廣網(wǎng)絡(luò)計(jì)算短路電流的過程并不復(fù)雜，很容易利用 Execl強(qiáng)大的計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)，本文給出的計(jì)算結(jié)果全部來自Execl。只要發(fā)電廠電氣主接線不變，所有的計(jì)算公式也不變，當(dāng)系統(tǒng)等值電抗發(fā)生變化時(shí)，由系統(tǒng)提供的短路電流可自動(dòng)計(jì)算出來。由發(fā)電機(jī)提供的短路電流，只需根據(jù)新計(jì)算電抗值，查發(fā)電機(jī)運(yùn)算曲線即可，短路電流計(jì)算將變得非?？旖荨?/p>

[1] 國韋鋼. 電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2006.

[2] 西北電力設(shè)計(jì)院編. 電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊電氣一次部分[S]. 北京: 中國電力出版社, 2002.