变电站设计中短路电流的计算与分析

'第20卷第11期电子设计工程2012年6月Vo1．2ONo．11ElectronicDesignEngineeringJun．2012变电站设计中短路电流的计算与分析吴浩(江苏省电力公司苏州供电公司，江苏苏州215000)摘要：变电所设计中．为了电气设备、载流导体的选择、继电保护、自动化装置的整定、限制短路电流措施确定等目的．往往都需要先进行短路电流的计算。准确地进行短路电流计算就能根据变电站电力系统的实际情况合理地确定限制短路电流的方案，或者限制某种运行方式的出现．得到既可靠又经济的主接线方案。短路电流主要包含有三相短路电流、两相短路电流和单相短路电流。本论文通过某工厂变电所的设计。详细地介绍了短路电流的计算原则．得出了一种切实可行的短路电流计算方法。关键词：变电所；短路电流；电流计算；最小短路电流；最大短路电流中图分类号：TB21文献标识码：A文章编号：1674—6236(2012)11-0070—02Calculationandanalysisofshort．circuitcurrentinsubstationWUHao(JiangsuPowerCompany，Suzhou215000，China)Abstract：Selectionofelectricalequipmentandcarryingconductors，settingofprotectionrelays，automationinstrument，limitofshort-circuitcurrentandSOon．alltheaboveneedtocalculateshort-circuitcurent．Accuratetoshort-circuitcurrentcalculationcanconfirmtherestrictiononshort-circuitcurentaccordingtotheactualsituationofsubstation，andlimitsomespecialrunmode，thenitcanobtainstableperformanceaswellasgoodprofitintheelectricmainwiringplan．short-circuitcurentcontentsthreetypes，three·phaseshort-circuit，two-phaseshort-circuitandone-phaseshort-circuit．Accordingtotheconstructionofsubstation，thispaperintroducetheprincipleofcalculationaboutshort-circuit，achieveawaytocalculateshort-circuitcurrentinthedesignofsubstation．Keywords：substation；short-circuit；calculationmethod；maximumshort-circuit；minimumshort-circuit电力系统在运行中相与相之间或者相与地之间(或中性线)生短路时。由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的之间发生非正常连接(短路)时流过的电流称为短路电流。暂态过程。使短路回路中的电流大大增加，可能超过回路的短路电流计算是电力系统3大计算之一，是进行电气接额定电流许多倍。电力系统中出现短路故障时，系统功率分线方式选择、电气设备选择、继电保护整定和校核的基础。此布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运变电站设计需要设计的内容是：变电站围墙内的110kV及行的稳定性，短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整10kV配电装置，主变压器，10kV电容器，自补装置。站内交个电力系统稳定运行的可能性愈大。直流电系统，控制保护，防雷接地等一、二次部分。文中设计的在计算短路电流时，由于本次变电站设计属于未知系要求：主变压器容量，由需用系数法计算；电压等级，110／10kV；统。所以我们把这个电源容量视为无穷大的电力系统。在这110kv进线，2回电缆进线；10kV进线，按要求得2O回电缆样的系统内，当某处发生短路时，电源电压维持不变，即短路出线(其中两回为备用)。文中主要分析了变电站设计过程具电流周期分量在整个短路过程中不衰减。体的短路电流计算方法。2短路电流计算的原则1概述1)计算短路电流用于验算电器和导体的开断电流、动稳电力系统中可能发生的短路故障，主要有三相短路、两定和热稳定时．应按本工程的计划内容计算。一般应以最大相短路和单相短路。一般情况下，三相短路电流都大于两相运行方式下的三相短路电流为依据，如变电所一般以2台或和单相短路电流。在中性点直接接地的电网中，以～相对地3台主变压器容量计算。并适当考虑电网5—1O年的远景发展的短路故障为最多，约占全部短路故障的90％，在中性点非规划。直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。发2)计算短路电流时．应按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。短路点应选择在短路电流为最大的点。收稿日期：2012—02—28稿件编号：201202170作者简介：吴浩(1984一)，男，江苏苏州人，助理工程师。研究方向：变电站的运行与维护。-70- 吴浩变电站设计中短路电流的计算与分析3)导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电流验算。七==9·0827kA最小短路电流冲击值：4)计算10kV及以上高压电网短路电流时，一般将原件的电阻忽略不计．如果短路电路中总电阻芝R大于总电抗1rain~^＼，2Kn-2．55x9．0827=23．1609MVA∑X的113时。则线路和其他元件的有效电阻仍应计入。最小次暂态短路功率：5)计算100OkV以下低压电网短路电流时，一般不允许sn．＼rUnmln~-＼rxl15x9．0827=1809．09MVA忽略短路回路中电气设备的电阻值，如配电变压器的电阻、3．2变压器的低压侧K2点短路低压线路的电阻、不太长的母线和电缆、电流互感器的一次K2点三相短路时：绕组、自动开关的过电流线圈及自动开关和隔离开关触头的：墨：一：5．499kA。3U3xlO接触电阻等。因为这些电阻对低压短路电流都有影响。．56)计算某一电压级的短路电流时，应用平均电压。则K2点短路时，短路回路最大总阻抗：7)计算高压系统电路电流时，一般采用标幺值法、短路—l+．r=0．38836功率法进行计算。计算10O0V以下低压配电网的短路电流最小短路电流次暂态值：时，一般采用有名值方法计算，即电压V，电流kA。电阻mn。忐==14．159kA3三相短路电流计算最小短路电流冲击值：l=、／2m=2．55x14．159=36．105kA最小次暂态短路功率：Strfin=x／3Ur＆min=3xlO．5x14．159=257．49MVA则K2点短路时，短路回路最小总阻抗：~g2岫=十+·，2=0．01667+0．01745十0．333／2：图l等值电路图O．20o7Fig．1Equivalentcircuitdiagram最大短路电流次暂态值：设．当s=100MVA,=-1l5／10_5kV日寸．忐=意=27．399kA最大短路电流冲击值：QQ：0．502kA、／丁xl15=、／2K^，5=2．55x27．399=69．8674kA3．1变压器高电压侧K1点短路最大次暂态短路功率：280OMVAD~tIm==_o．0357s3Urn3xlO．5x27．399=498．278MVA综上所述：S"k~=6000MVAn~|lH=忐=-o．01667K1点：I~3~=14．673kA；I。lIl=9．0827kAK2点：II＆一=27．399kA；I‘=14．159kA架空线LI：=正-=o．4×6-5×》=0．01965由上计算可得，三相短路情况发生时，变压器高压侧最架空线L2：X,u=X=o．4×5．8×=0．o1754大短路电流为14．673kA，最小短路电流为9．0827kA：变压器低压侧最大短路电流为27．399kA。最小短路电流为14．159kA嘲。变压器=×=o．3334结论则K1点短路时，短路回路最小总阻抗和最大总阻抗随着国民经济和地区经济的快速发展，对电力的需求增X·I=X+X=0．01667+0．01754=0．03421长迅速。变电站升级改造和变电站扩容改造已成为供电公司X·E／~lm=X，+X1=0．03571+0．01956=0．05527的重要规划内容，由于变电站改造都将改变网络结构，网络最大短路电流次暂态值：结构的改变必将影响各个节点的短路电流。准确地进行短路t七=-14．674kA电流计算就能根据变电站电力系统的实际情况合理地确定最大短路电流冲击值：限制短路电流的方案，或者限制某种运行方式的出现，得到1、／l5=2．55x14．674=37．4187kA既可靠又经济的主接线方案。最大次暂态短路功率：总之，在评价和比较各种主接线方案选出最佳方案时，短路电流计算是一项很重要的基础性工作。因此，在电力设SnUn晡=：、厂xl15x14．674：2922767MVA最小短路电流次暂态值：(下转第75页)一7】一 田子飞基于ADE7878的多路电量检测系统设计存储的电能参数，将校准参数写入ADE7878芯片，实现电量、v、．analog．eom／zh／analog-to—digital-converters／energy—mea$-参数的准确检测。继而间隔固定时间，适时操作4052开关电urement／ade7878／products／product．htm1．路，切换采集各路电量数据，并读取ADE7878采集的各路电【2】秦曾煌．电工学【M】．北京：高等教育出版社，2004．量参数。及时将电能参数存储到EEPROM芯片，并适时清看[3】刘高峰．基q-ARM~电网参数综合监测仪的研制【D】．西门狗。如果有正确通信事件发生，则将采集到的电量数据经安：西安科技大学，2009．RS485通信接口上传数据。程序控制流程如图5所示。[4】CD4052．FairchildInstrumentsDataBook【EB／OL]．(20O0)．http：／／pdf1．alldatasheet．com／datasheet-pdf／view／50866／FAIRCHILD／CD4052_htIn1．『51孙洪婷．基于FF’r和小波变换的电能质量实时监测仪的研制fD1．西安：西安科技大学，2009．[6】黎洪生．基于ARM技术的三相数字电表设计[J]．计算机技术与发展，2007，17(1O)：192—194．LIHong-sheng．Designonthree—phasedigitalelectricinstru-mentbasedonARMtechnology[J]．ComputerTechnologyandDevelopment，2007，17(10)：192—194．[7】曹赛男，刘方．波特率连续可调的串口通信技术[J]．电子图5程序流程图科技，2011(12)：53—55．Fig．5SCMprocessflowdiagramCAOSai-nan，LIUFang．Researchontheserialcommunicationtechnologyforthecontinuouslyadjustable3结论bandrate[J]．ElectronicScienceandTechnology，2011(12)：本系统采用的电路．用一个电能计量芯片即可实现多路53-55．电量数据的采集工作，并且在各电量数据额定采样范围内，[8]蔡德胜，方寿海．一种高可靠性的计算机与FPGA串行通信精度均可达1％，电路简单，应用灵活、精度高、成本低廉。系的实现[J]．现代电子技术，2011(19)：84—86．统各项技术指标均达到了设计要求，工作可靠。并已投入使CAIDe~heng，FANGShou-hm．Implementationbetweenhigh用，有较高的使用价值，对过程监控、数据采集等系统的开发reliablecomputerandFPGAserialcommunication【J】．Modern具有借鉴意义。ElectronicsTechnique，2011(19)：84—86．参考文献：【1】ADE7878．ADIInstrumentsDataBook[EB／OL]．(2009)．http：／／(上接第71页)计中选择电气设备必须计算短路电流，短路电流的计算是电对策[J]．华东电力，2008，36(8)：43-46．气专业设计不可缺少的环节，是电力设计中最重要的计算之JIANGLin，LIUJian-kun，ZHOUQian．Analysisofshort—一。文中通过短路电流的计算，为变电站设计中电气设备的circuitcurentofJiangsu220kVdsandcountermeasures[J]．选择和继电保护整定垫定了基础。EastChinaElectricPower，2008，36(8)：43—46．参考文献：【5]王涛，熊浩，白来庆，等．短路电流对电网结构的影响『J】．[1】居荣，吴薛红．供配电技术[M】．北京：化学工业出版社，湖北电力，2008，32(5)：4—6．2Oo4．WANGTao，XIONGHao，BAILai-qing，eta1．Theefect[2】黄益庄．变电站综合自动化技术【M】．北京：中国电力出版ondstructurefromshortcircuitcurent[J]．HubeiElectric社．2000Power，2008，32(5)：4-6．【3]向铁元，舒乃秋，仝猛．短路电流计算的分析研究【J】．湖北【6】冯煜尧，祝瑞金，庄侃沁，等．华东电网短路电流计算标准电力，2001，25(4)：11-13．研究[J]．华东电力，2012，40(1)：74—78．XIANGTie-yuan，SHUNai—qiu，TONG．Meng．ResearchFENGYu-yao，ZHURui-jin，ZHUANGKan-qin，eta1．andanalysisfortheshortcircuitcurrentcalculation[J1．Short—CircuitcurentcalculationstandardforeastchinaHubeiElectricPower，2001，25(4)：11-13．powerd【J]．EastChinaElectric，2012，40(1)：74-78．[4]江林，刘建坤，周前．江苏220kV电网短路电流的分析和-75-'