三相短路电流计算公式实例

2017-06-01 13:06分类：电工考证知识阅读：

三相短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。目前，三相短路电流超标问题已成为困扰国内许多电网运行的关键问题。然而，在进行三相短路电流计算时，各设计、运行和研究部门采用的计算方法各不相同，这就有可能造成短路电流计算结论的差异和短路电流超标判断的差异，以及短路电流限制措施的不同。
　　如果短路电流计算结果偏于保守，有可能造成不必要的投资浪费；若偏于乐观，则将给系统的安全稳定运行埋下灾难性的隐患。因而，在深入研究短路电流计算标准的基础上，比较了不同短路电流计算条件对短路电流计算结论的影响，以期能为电网短路电流的计算和限制提供更切合实际的方法和思路。
1短路电流计算方法
　　经典的短路电流计算方法为：取变比为1.0，不考虑线路充电电容和并联补偿，不考虑负荷电流和负荷的影响，节点电压取1.0，发电机空载。
　　短路电流计算的标准主要有IEC标准和ANSI标准，中国采用的是IEC标准。
　　国标规定了短路电流的计算方法、计算条件。国标推荐的三相短路电流计算方法是等值电压源法，其计算条件为：①不考虑非旋转负载的运行数据和发电机励磁方式；②忽略线路电容和非旋转负载的并联导纳；③具有分接开关的变压器，其开关位置均视为在主分接位置；④ 不计弧电阻；⑤ 35 kV及以上系统的最大短路电流计算时，等值电压源取标称电压的1 .1（计算中额定电压的1.05 pu），但不超过设备的最高运行电压。
　　对于电网规划、运行部门，三相最大短路电流计算是主要的计算内容。计算中，各电网、电网内的不同部门可能采用不同的计算条件。差别主要集中在变压器变比、节点电压的选取上。变压器变比有取1.0，有取实际运行变比的；节点电压可能取1.0，也可能取1.05。这两者的不同组合均有所采用，显然，这将影响短路电流的计算结果。(电工之家http://)问题的根源在于计算人员往往根据计算程序的固有设置来计算，而计算程序又缺乏足够的灵活性所致。其实，若了解短路电流计算的要求，计算人员是可以对所得的计算结果进行适当的加工的。有的商业软件也提供了灵活的短路电流计算条件设置功能。
2影响短路电流计算结果的因素
　　美国PTI公司的PSS/E程序提供了基于潮流的短路电流计算和采用经典方法、ANSI标准或IEC 标准进行短路电流计算的选择。采用IEC标准时，允许用户任意设定短路电流计算的初值条件。可设定的选项包括：①变比选择：1.0或正常变比；②考虑充电电容与否；③计及并联补偿与否；④节点电压值；⑤发电机功率因素。
　　为此，利用PSS/E程序对其自带的算例进行了不同初值设置条件对短路电流计算结果的影响分析。
2.1变压器变比的影响
　　由于原算例中的绝大多数变比均为1.0，为比较变比的影响，分别将所有的变比设为0.95、1 .0、1.05，假设变比均在高压侧，其它初值条件与经典计算方法的设置相同，计算结果如表 1所示。

　　由表1可见，当变比增大时，500 kV电网的短路电流减小，机端的短路电流增加，230 kV系统则有升有降。这看似无什么规律，其实，它们的结论是一致的。只要从本母线看出去的变压器变比增加了，变压器支路的等值阻抗将增加，短路电流将减小；反之，变压器支路的等值阻抗将减小，短路电流将增加。而230 kV系统则在500 kV降压变和本地系统电厂升压变的作用下，短路电流变化可能有升有降。
　　从表1中还可以看到，变比的大幅变化对短路电流的影响相对较小，其中，NUCPANT站的短路电流变化幅度最大，其它的厂站变化相对较小。这是由于NUCPANT站的等值阻抗受连接在此站的两台升压变的影响较大之故。
2.2充电电容和并联补偿的影响
　　除基于潮流的短路电流计算外，短路电流计算一般均不考虑线路充电电容、线路高抗、低压并联电容器、电抗器等设备的影响。表2给出了考虑充电电容和并联补偿与否的四种组合方式下，其短路电流计算结果的变化情况。其中，C表示线路充电电容，S表示节点并联补偿，未列出的初值条件与经典方法的设置相同。

　　由表2可见，考虑并联补偿时，短路电流的变化相对较小，而且，考虑并联补偿后，短路电流的变化有升有降，其中，若是容性补偿占主导影响，短路电流增加，反之，则下降；考虑充电电容时，短路电流的变化幅度较大；若同时考虑充电电容和并联补偿，其影响是两者的叠加。
2.3节点电压值的影响
　　节点电压的变化时，基于等值电压源法的短路电流计算结果与电压值保持线性关系，所以，表3仅列出了部分节点的计算结果比较。

2.4发电机的出力和功率因素的影响
　　在短路电流计算中，除基于潮流的短路电流计算外，发电机一般设为空载，所以，发电机的空载电势与其端电压相同。若发电机处于负载状态，其空载电势将大于发电机端电压，且在有功功率相同的情况下，功率因素越低，负载率越高，电流越大，空载电势越大，故障前短路点的母线电压也越高，所以，短路电流越大。表4给出了发电机功率因素变化对短路电流计算结果的影响，表4的结论与理论分析相吻合。
2.5不同计算方法的比较
　　为比较采用不同计算方法对短路电流计算结果的影响，选取了以下三种有代表性的计算初值设置条件。
　　(1）基于潮流的短路电流计算；
　　(2）经典短路电流计算方法；
　　(3）IEC推荐的方法（变比不变，节点电压取1.05pu）。
　　表5给出了三种方法下短路电流的计算结果。表中，偏差列为该方法计算值与基于潮流的计算方法的偏差值。