煤礦110kV變電站設計中的三相短路電流計算

雷富坤

摘要：本文介紹了基于標幺值法的電力系統三相短路電流計算方法，并以某煤礦110kV變電站設計中三相短路電流計算為例，詳細敘述了計算過程，幫助設計人員較容易地確定短路電流，從而為煤礦企業供電系統設計提供依據。

Abstract： This paper introduces the calculation method of three-phase short-circuit current of power system based on the per unit method， and takes the calculation of three-phase short-circuit current in the design of a 110kV substation in a coal mine as an example to describe the calculation process in detail， which helps designers to determine the short-circuit current more easily， thus providing a basis for the design of power supply system in coal mine enterprises.

關鍵詞：標幺值法;三相短路電流;煤礦供電

Key words： per unit calculation;three-phase short-circuit current;coal mine power supply

中圖分類號：TM744? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）29-0157-03

0? 引言

三相系統中，短路的幾種基本形式為三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相短路。其中，三相短路是對稱短路，其他形式短路為不對稱短路。在電力系統中，單相短路故障的可能性最大，三相短路故障發生的可能性最小，但是其短路電流最大，故障危害也最嚴重。因此，在煤礦110kV變電站設計中選擇和校驗電氣設備及電力線路的短路計算之中，以三相短路為主，其短路計算方法短路計算常用的方法有：①歐姆法[阻抗算法];②標幺值法。標幺值具有計算結果清晰、便于迅速計算結果的正確性、可大量簡化計算等優點，本文主要闡述標幺值算法。注意在計算的過程中，將系統等效為無限大系統。

1? 標幺值算法

①繪制計算電路圖，選擇短路計算點。電路圖中應該將所有電路元件的參數表示出;短路電流計算點的選取應該選短路時通過最大短路電流的點。

②設定基準容量Sd和基準容量Ud，計算基準電流Id。通常選擇基準容量Sd為100MVA，選擇基準電壓Ud=Uc=1.05UN。基準電流的計算公式為：

③計算各元件的阻抗標幺值（由于系統中電阻值相對于電抗值較小，因而一般只記電抗值）。

1）電力系統電抗標幺值：

SOC為電力系統出口斷路器的容量。

2）電力線路電抗標幺值：

X0為線路每公里電抗值，單位Ω/km;

L為線路長度，單位km。

③電力變壓器的電抗標幺值：

Uk%為電力變壓器阻抗電壓百分數;

SN為變壓器額定容量，單位為kVA，在此公式中單位應化為MVA。

④繪制短路等效電路圖。因采用標幺值計算，需計算出回路總阻抗標幺值，對應于不同短路點其回路總電抗值不同。如圖1所示，在點K1短路時，回路總電抗標幺值為：

在點K2短路時，其回路總阻抗標幺值為：

⑤計算短路電流。

在無限大容量系統中，存在以下關系：

為三相短路電流周期分量;

為短路穩態電流;

為次暫態短路電流。

高壓回路中短路沖擊電流及其有效值：

低壓回路中短路沖擊電流及其有效值：

⑥計算短路容量：

2? 某110kV變電站設計中三相短路電流計算實例

①某110kV變電站等效阻抗電路圖如圖2所示。

圖中Xi表示所在線路的線路阻抗，在采用標幺值算法時全部折算為標幺值。

線路阻抗：

變壓器阻抗：

Uk%為變壓器阻抗百分數。

各線路阻抗及變壓器阻抗計算結果如表1所示。

在d1點短路時，取基準容量Sd=100MVA，基準電壓Ud=Uc=115kV

由此可得基準電流：

電力系統電抗標幺值：

最大運行方式：

小運行方式：（16）

電力線路電抗標幺值：

總的回路電抗標幺值：

最大運行方式

最小運行方式

短路電流：

最大運行方式

最小運行方式

短路容量：

最大運行方

最小運行方式

d2點短路時，取基準容量Sd=100MVA，基準電壓Ud=Uc=10.5kV

由此可得基準電流：

電力系統電抗標幺值：

最大運行方式：

最小運行方式：變壓器阻抗標幺值：

回路阻抗標幺值：

最大運行方式：

最小運行方式

短路電流：

最大運行方式

最小運行方式短路容量：

最大運行方式

最小運行方式

其他點的短路計算類似，計算結果見短路計算表。

②選礦廠短路計算。

短路計算阻抗等效圖如圖3所示。

圖中XX為選礦廠進線阻抗。

其計算公式與110kV變電站短路計算公式相同，各進線阻抗及變壓器阻抗計算結果見表2。

短路計算結果見短路計算表4。

③風井短路計算。

等效阻抗電路圖同選礦廠短路計算圖類似，如圖4所示。

XF為風井進線阻抗，各線路阻抗及變壓器阻抗計算結果見表3。

短路計算結果見表4。

3? 結論

在電力系統的設計中，確定主接線、選擇電力設備、導體、運行方式確定，繼電保護定值的整定等，都需要進行短路電流計算，本文介紹了基于標幺值法的電力系統三相短路電流的基本計算過程，然后以一典型110kV變電站三相短路為例，采用標幺值法對短路電流進行計算，為變電站設計提供依據。

參考文獻：

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