110kV變電站短路電流的實(shí)用計(jì)算

國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司蚌埠供電公司 楊曉艷

110kV變電站短路電流的實(shí)用計(jì)算

國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司蚌埠供電公司 楊曉艷

在110kV變電站設(shè)計(jì)中，短路電流計(jì)算是變電站設(shè)計(jì)中的重要組成部分，它為導(dǎo)體和設(shè)備的選擇、電氣主接線方案的比選、繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算、接地裝置的接觸電壓和跨步電壓的驗(yàn)算等提供了重要的依據(jù)。本文依托新建110kV谷陽(yáng)變電站進(jìn)行短路電流實(shí)用計(jì)算。

短路電流計(jì)算；變電站；設(shè)計(jì)

1 前言

在變電站的設(shè)計(jì)工作中，短路電流計(jì)算是選擇電氣設(shè)備的依據(jù)。電氣設(shè)備在選定后應(yīng)按最大可能通過(guò)的短路電流進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn)，校驗(yàn)的短路電流一般取三相短路電流，對(duì)于中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的單相、兩相接地短路較三相短路嚴(yán)重時(shí)，則按嚴(yán)重情況校驗(yàn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在中性點(diǎn)直接接地的系統(tǒng)中，最常見的短路是單相短路，約占短路故障的65%～70%，三相短路約占5%。

本文設(shè)計(jì)110kV谷陽(yáng)變電站，僅有110kV和10kV兩個(gè)電壓等級(jí)。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求

1）本變電站坐落在市區(qū)，采用全戶內(nèi)GIS變電站。2）確定本變電站的電壓等級(jí)為110kV/10kV，110kV采用內(nèi)橋接線，10kV采用單母線分段接線。3）110kV谷陽(yáng)變電站的電源，其兩路電源均取自220kV蔣南變電站的110kV母線。4）谷陽(yáng)變終期采用三臺(tái)50MVA變壓器，本期新上兩臺(tái)50MVA變壓器。4）該變電站的所址，地勢(shì)平坦，交通方便。5) 該地區(qū)年最高氣溫40度，最熱月平均最高氣溫32度。

3 短路電流的計(jì)算

3.1 計(jì)算短路電流的目的

計(jì)算短路電流的目的是一是為了正確選擇和校驗(yàn)電器設(shè)備，如果短路電流太大，必須采用限流措施；二是進(jìn)行電氣主接線方案的比選；三是進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算；四是接地裝置的接觸電壓和跨步電壓的驗(yàn)算。

3.2 短路電流的計(jì)算過(guò)程

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。為了計(jì)算方便選取如下基準(zhǔn)值：

為了簡(jiǎn)便起見，以下略去阻抗標(biāo)幺值的下標(biāo)“*”。

短路電流計(jì)算步驟如下：1）計(jì)算各元件電抗標(biāo)幺值，并折算為同一基準(zhǔn)容量下；2）給系統(tǒng)制訂等值網(wǎng)絡(luò)圖；3）選擇短路點(diǎn)；4）對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行化簡(jiǎn)，把供電系統(tǒng)看為無(wú)限大系統(tǒng)，不考慮短路電流周期分量的衰減求出電流對(duì)短路點(diǎn)的電抗標(biāo)幺值，并計(jì)算短路電流標(biāo)幺值、有名值；5）計(jì)算短路容量，短路電流沖擊值；6）列出短路電流計(jì)算結(jié)果。

3.2.1 系統(tǒng)條件

a、根據(jù)國(guó)網(wǎng)蚌埠供電公司調(diào)控中心提供的資料，220kV蔣南變電站在大方式下：

故蔣南變110kV側(cè)母線短路容量為：

蔣南變110kV側(cè)母線側(cè)短路電流周期分量起始值為：

b、蔣南變至谷陽(yáng)變的110kV線路路徑總長(zhǎng)度為7.2公里，均為架空線路。

求出線路的正、負(fù)序阻抗標(biāo)幺值：

蔣南變至谷陽(yáng)變線路的正、負(fù)序阻抗標(biāo)幺值為：

蔣南變至谷陽(yáng)變線路的零序阻抗標(biāo)幺值為：

c、110kV谷陽(yáng)變按終期考慮，電壓等級(jí)為110kV/10kV，主變壓器型式如下：

型式：三相雙繞組自冷式有載調(diào)壓變壓器

SZ□-50000/110 110±8×1.25%/10.5 YNd11 Uk=17%

110kV變壓器阻抗為：

d、根據(jù)以上參數(shù)，短路電流計(jì)算的等值阻抗圖如下，其中負(fù)序網(wǎng)絡(luò)與正序網(wǎng)絡(luò)完全相同。

等值電路網(wǎng)絡(luò)圖如下：

圖3.1 正序遠(yuǎn)景網(wǎng)絡(luò)圖

圖3.2 零序遠(yuǎn)景網(wǎng)絡(luò)圖

3.2.2 谷陽(yáng)變110kV母線短路(d1)

三相短路電流為：

兩相短路電流：

單相短路電流：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，兩相短路電流最小，單相短路電流較三相短路電流大，以單相短路電流為校驗(yàn)依據(jù)。一般情況下，當(dāng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的零序阻抗與正序阻抗之比大于1-1.5,單相接地短路電流不超過(guò)三相短路電流。

上述計(jì)算的三相短路電流為短路電流周期分量起始有效值。

當(dāng)不計(jì)周期分量的衰減時(shí)，短路電流全電流最大有效值為：

因此，根據(jù)公式計(jì)算，短路全電流最大有效值為：

短路電流沖擊值為：

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于裝有快速保護(hù)的快速斷路器，當(dāng)實(shí)際開斷時(shí)間（繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間+斷路器固有分閘時(shí)間）小于100ms，其開斷短路電流應(yīng)考慮非周期分量的影響，即按短路全電流最大有效值來(lái)選擇。

110kV谷陽(yáng)變電站選擇的110kV斷路器為SF6斷路器，保護(hù)方式為微機(jī)保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間小于20ms，SF6斷路器的固有分閘時(shí)間為40ms，實(shí)際開斷時(shí)間小于60ms，故斷路器應(yīng)按短路全電流最大有效值來(lái)選擇。

3.2.3 谷陽(yáng)變10kV母線短路(d2)

當(dāng)10kV母線分列運(yùn)行時(shí)，#1變壓器10kV側(cè)短路：