基于110kv变电站设计中的短路电流计算探讨

'基于llOkV变电站设计中的短路电流计算探讨李婧（国网河北省电力公司沧州供电分公司）摘要：短路是电力系统运行中的常见故障。在系统设计中，在确定主接线、选择导体和电力设备、确定运行方式等时都需要计算短路电流。在进行短路电流计算时，系统电压等级、运行方式都已确定，但如果系统不是按无穷大系统来计算，高压侧系统短路容量这个参数就无法准确获得，木文以llOkV变电站设计中计算短路电流为例，探讨llOkV变电站设计中的短路电流计算探讨关键词：llOkV；变电站；设计；短路电流计算一、短路电流计算中存在的问题短路电流计算中存在的问题主要是高压侧短路容量（系统等值阻抗）难以获得，传统计算中需要绘制电力系统接线图，确定与短路电流计算有关的运行方式,收集各元件的参数来计算出正、负和零序电抗标幺值，绘制各序网络图，经过网络化简求出各序组合电抗，最终求出短路点短路电流。在实际工程设计过程中,若从发电厂开始绘制电网接线图来获取系统阻抗，设计人员需收集资料、确定运行方式等等，其过程较为复杂，工作效率很低。二、短路电流计算优化方法及案例计算2.1各级电压短路电流控制水平为了取得合理的安全经济效益，城市电网各级电压的短路容量应该从网络的设计、电压等级、变压器容量、阻抗的选择，运行方式等进行控制，使各级电压断路器的开断电流以及设备的动热稳定电流得到配合，一般不超过表1数值。若以各级电压短路电流控制水平来获取系统阻抗将大大简化计算过程。在电力系统规划设计阶段，一般是计算今后10年左右最大运行方式时三相短路和单相接地短路的零秒短路电流，统计目前某地区220kV变电站220kV母线短路电流一般在20kA到50kA之间，短路电流水平选取的越大系统阻抗越小，需要计算的 短路电流值就越大，对于选择断路器的遮断电流等裕度就越大。2.2不同参数短路电流计算结果对比本文以某地区典型的llOkV变电站输变电工程可研设计中短路电流计算为例，利用表22ORV变电站22ORV母线短路电流控制水平50kA计算获取系统阻抗值，再假设当年运行方式下实际短路吋220kV母线短路电流在20〜50kA之间，列出短路电流计算结果对比表。计算条件llOkV变电站为终端变（某地区llOkV变电站基本为终端变），220kV变电站两台主变并列运行，其主要参数如下：Ukl-2=14%,Ukl-3=23%/Uk2-3=87o,S=240MVA,短路电流计算阻抗图见图1。本文利用Mathcad软件进行建模，求出在各种条件下llOkV母线三相短路电流、单相短路电流、10kV母线三相短路电流（分列、并列），计算结果与改变llOkV变电站主变参数后再次进行计算的结果进行对比可以看出利用220kV变电站220kV母线侧短路电流控制水平50kA计算的系统阻抗，与当年运行方式下实际短路时短路电流在20kA到50kA计算出的短路电流结果相差很小，这是因为系统阻抗这个参数相对于设备元件参数来说较小，且线路越长影响就越小，K偏差在可研设计阶段对设备选型可忽略不计。2.3案例计算以实际工作中《llOkV南宅输变电工程可行性研究报告》项0为例计算短路电流，llOkV南宅变电站工程概况如下：本期主变容量2×50MVA（短路阻抗17%）,远景主变容量3×50MVA,按照110/10kV电压等级设计,参照《国家电网公司输变电工程通用设计110（66）〜500kV变电站分册》110-A3-3方案进行布置。本期llOkV进线2冋，内桥接线，远景进线3冋，内桥+线变组接线；本期10kV出线24冋，单母线分段接线，远景出线36冋，.单母线IV分段接线。本工程线路折单长度为5.4km,均为架空线路。本期新建线路为2×1.7km+2×1.0km,其中双冋路角钢塔段线路长2×1.7km,双冋路钢管杆段线路长2Xl.Okm,导线截面为3001111112。正常运行方式下，llOkV 南宅变由220kV桥上变-南宅变线路主供内桥2台主变，T接石金一官田变线路热备用，由220kV石金变一南宅变线路主供线变组侧主变；220kV桥上变一南宅变架空线路长度约为4.2km,220kV桥上变为远景规划变电站，按两台主变并列运行计算，主要参数如下：Ukl-2=14%,Ukl-3=23%Uk2-3=8%,S=240MVA,系统等值阻抗按220kV桥上变220kV母线短路电流50kA控制，南宅变llOkV母线三相短路电流为12.39kA,单相短路电流13.59kA;10kV母线分列运行吋三相短路电流为14.45kA，10kV母线并列运行时三相短路电流为26.12kA,建议分列运行。此案例利用220kV桥上变220kV母线侧短路电流控制水平5OkA获取的系统等值阻抗，计算出llOkV南宅变电站llOkV及10kV母线的短路电流，选择50kA吋系统等值阻抗最小，计算出的短路电流大，留奋的裕度大，对于选择断路器的遮断电流等裕度就越大，即使实际的220kV桥上变220RV母线侧短路电流小于50kA时也可以满足可靠性的要求，II与实际运行中出现的短路电流偏差小，不会影响设备的选择，因此，这种简化方法是合理的。条件适当减小导线电阻和接地极接地电阻，从而降低招弧角间隙的直流续流。根据计算结果，在进行招弧角间隙配置时，可考虑以下两点：①招弧角间隙的直流续流隧击穿点距接地极距离的增大而增加。②招弧角间隙的直流续流隧击穿点对地电阻的增大而减小。结语随着特高压直流输电工程的建设和发展，接地极线路因招弧息弧失败导致的事故开始受到关注。本文针对这一问题，对招弧角的直流续流进行了计算分析，证明招弧角间隙的直流续流随单侧导线电阻和接地极接地电阻的增大而增大。招弧角间隙的直流续流随击穿点距接地极距离的增大而增大。招弧角间隙的直流随击穿点对地电阻的增大而减小。可考虑采用架空地线绝缘的方式来降低招弧角直流续流，从而降低对招弧角间隙的要求。参考文献［1】陶建氣朱本坤.基于环网的短路电流计算方法研究［」］.电子设计工程.2013⑽ ［2】张磊.刍议变电站设计中短路电流的计算及限流措施［」］.华东科技:学术版.2012作者简介李婧，1984.11.03，女，汉族，河北沧州市，工程师，国网河北省电力公司沧州供电分公司.专业方向：变电站电7气一次设备'