電力系統發電機短路電流計算方法及計算實例研討

梁小梅

（四川明珠集團有限責任公司，四川 射洪 629200）

0 引言

電力系統中為保證電氣設備在短路情況下不致損壞，減輕短路危害和防止故障擴大，需事先對短路電流進行計算，以正確選擇和檢驗電氣設備，準確整定電力系統保護裝置，保證電力系統中出現短路時，保護裝置能可靠動作。

1 電力系統發電機短路電流計算思路

按照以往干饋式電力系統網絡發電機短路電流的計算思路，以三臺型號相同的靜負載發電機作為計算假設，以便判斷電路電流切斷是否在保護裝置能力范圍內，具體計算方法如下：

1.1 短路電流計算

短路后的第1/2個周期，短路電流處于最大峰值狀態，其取值計算公式為：

公式中，Ip、Ia、Ib分別表示短路電流的最大峰值、周期分量、非周期分量。

另外短路電流周期分量分別在系統空載時和帶負載時發生，計算公式如下：

短路電流非周期分量是在帶負載時發生，計算方法：

而對于暫態短路電流的初始值，或者次暫態短路電流的初始值，需要明確額定電壓的代替值，其中額定電壓為VN，相關計算公式為：

1.2 串聯阻抗后等效發電機參數

發電機的串聯阻抗，需要考慮短路電流大小的影響，以電樞電阻、直軸超瞬變電抗、瞬變電抗等作為計算參數，計算出短路電流交流分量衰減的時間常數，計算公式為：

公式中，T″d0表示d軸阻尼繞組時間常數，基本單位s。

期間在串聯阻抗條件下，d軸阻尼繞組時間常數守恒，只需根據周期分量衰減常數 T″d的大小，即可修正 X″d和 X′d。

1.3 并聯后等效發電機參數

供電網絡的發電機并聯，重點兼顧的參數有電樞電阻r＿e、直軸超瞬變電抗 X″d＿e、瞬變電抗 X′d＿e，即可進行發電機電阻值的計算，計算公式如下：

然后結合短路電流的周期分量和非周期分量，計算得出周期分量和非周期分量的時間常數。

2 電力系統中發電機短路電流計算實例

根據以上電力系統中發電機短路電流計算的理論推導方法，下面對四川射洪電力系統中金華水電廠發電機短路時的短路支路電流峰值計算為例，發電機三臺型號為SF14-52/7250 額定功率14000 kVA、額定電壓10.5 kV、額定轉速115.4 r/min、額定電流962A、額定頻率50Hz、直軸暫態電抗xd’0.332 p.u、直軸次暫態電抗xd”0.232 p.u、短路比1.15，電抗標么值X*單臺1.3257/3并聯0.4419。計算實例內容分別如下：

2.1 兩臺機并聯短路電流計算

在兩臺發電機并聯的情況下，閉合全部的開關，其中出現一個短路點，而且短路點的左右側阻抗分別為1.735+j0.511mΩ和0.712+j0.298mΩ。同時借助電力系統的等值電路圖，可分別得出并聯發電機單機機段的短路電流峰值。計算結果如下：首先是兩臺發電機機段阻抗Zc串聯狀態下等效發電機參數，均為：電樞電阻2.167mΩ；直軸瞬變電抗19.268mΩ；直軸超瞬變電抗13.478mΩ；非周期分量衰減時間常數21.18ms；周期分量超瞬變衰減時間常數2.977ms；次暫態短路初始值19.287KA；短路電流周期分量12.141KA；短路電流非周期分量16.778KA。其次是兩臺發電機并聯后，等效發電機G10參數均為：電樞電阻1.183mΩ；直軸瞬變電抗11.573mΩ；直軸超瞬變電抗5.273mΩ；非周期分量衰減時間常數22.18ms；周期分量超瞬變衰減時間常數3.168ms；次暫態短路初始值34.685KA；短路電流周期分量25.152KA；短路電流非周期分量33.669KA。

2.2 三臺機并聯短路電流計算

假設三臺發電機處于并聯狀態，并且斷開開關K1和K2，而其他開關全部閉合，其中短路點等值電路化簡計算結果如下：首先是三臺發電機與機端阻抗Ze串聯后，等效發電機的參數為：電樞電阻2.166mΩ；直軸瞬變電抗23.288mΩ；直軸超瞬變電抗13.376mΩ；非周期分量衰減時間常數22.17ms；周期分量超瞬變衰減時間常數3.168ms；次暫態短路初始值19.278KA；短路電流周期分量13.243KA；短路電流非周期分量16.778KA。計算結果與三臺發電機機段阻抗Zc串聯狀態下等效發電機參數一致。其次是發電機并聯后，等效發電機G30的參數為：電樞電阻1.165mΩ；直軸瞬變電抗11.573mΩ；直軸超瞬變電抗7.293mΩ；非周期分量衰減時間常數21.37ms；周期分量超瞬變衰減時間常數3.168ms；次暫態短路初始值37.885KA；短路電流周期分量25.152KA；短路電流非周期分量32.889KA。再次是發電機與機端阻抗Zf串聯后，等效發電機G30′參數為：電樞電阻3.645mΩ；直軸瞬變電抗12.728mΩ；直軸超瞬變電抗7.228mΩ；非周期分量衰減時間常數7.543ms；周期分量超瞬變衰減時間常數7.894ms；次暫態短路電流初始值30.051KA；暫態短路電流初始值20.124KA；短路電流周期分量22.293KA；短路電流非周期分量10.924KA。

3 相關計算模型軟件編制

基于以上電力系統短路電流計算的方法和內容，在此基礎上編制一套實用型的計算軟件，以便在選擇和清除網絡短路點的前提下，計算出短路點短路電流的參數，并判斷系統發電機是否帶負載。關于軟件的編制，其平臺為可視化用戶界面設計功能，并使用命令按鈕、文本框、菜單編輯器、標簽框、卡片盒和文件列表框，在確保平臺語言特征和數據處理能力等符合要求的情況下，調用相同的變量組，分別定義變量和輸入參數，其中單擊運行的方式是前后母排開關閉合和雙/單跨接線連接，雙機運行的方式是雙擊異側、前后母排開關閉合、雙跨接線連接；三機運行的方式前后母排開關閉合，雙跨接線連接。最后在明確單機、二機、三機運行方式的情況下，按照單線原理圖，選擇具體的短路點，然后對短路支路進行判斷，并計算出短路點兩端支路阻抗和短路點短路電流。

4 結束語

通過研究，我們基本明確了電力系統短路電流的計算方法，同時可以看出電力系統短路電流的計算方法具有復雜性的特征，因此實際電力工程中，在利用這些計算方法進行實例分析時，需要結合電力系統的實際情況，對這些方法予以靈活的應用，必要時進行調整，使得計算方法更加完善，并更加適用于實際電力系統工程。

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