小型水電站短路計(jì)算的實(shí)用計(jì)算

1、小型水電站短路計(jì)算的實(shí)用計(jì)算摘 要：在水電站繼電保護(hù)整定中要先進(jìn)行短路電流 計(jì)算。工程上一般只需要計(jì)算出短路電流周期分量的起始值 即次暫態(tài)電流|。文章就以長江河水電站的短路計(jì)算實(shí)例 為例，推介一種簡便快捷計(jì)算次暫態(tài)電流1的方法一有名值公式法。關(guān)鍵詞：小型水電站；短路計(jì)算；暫態(tài)電流；有名值公式在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)額定電流的1015倍。在水電站繼電保護(hù)整定中 要先進(jìn)行短路電流計(jì)算。一般來講短路瞬態(tài)過程分為三個(gè)階段。第一階段，短路 電流為短路前電壓除以超瞬態(tài)電抗；第二階段，短路電流為 短路前電壓除以瞬態(tài)電抗；第三階段為穩(wěn)定短路階段，短路 電流為短路前電壓除以同步電

2、抗。在電力系統(tǒng)中都裝有快速 保護(hù)裝置，絕大多數(shù)的三相短路在次暫態(tài)過程還未結(jié)束時(shí)， 快速保護(hù)裝置已經(jīng)切除了故障。因此，工程上一般只需要計(jì) 算出短路電流周期分量的起始值即次暫態(tài)電流|。在求出短路電流周期分量的起始值 |后就可以方便的計(jì)算出直流 分量和沖擊電流。目前，我國水電站三相短路電流計(jì)算方法暫態(tài)解析法和 運(yùn)算曲線法。暫態(tài)解析法計(jì)算結(jié)果精確，但需要齊全準(zhǔn)確的 原始參數(shù)，而且是一種計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算方法，其計(jì)算過程復(fù) 雜。運(yùn)算曲線法是將發(fā)電機(jī)提供的短路電流用概率統(tǒng)計(jì)法繪 制成曲線，通過查曲線得到短路電流，是一種實(shí)用的計(jì)算方 法。但運(yùn)算曲線中最小的計(jì)算電抗是 0.18，而實(shí)際許多小型 水電站水輪發(fā)電機(jī)的

3、次暫態(tài)電抗 xd 卻小于 0.18。因此，無 法從運(yùn)算曲線中查到短路電流的標(biāo)幺值。如果將運(yùn)算曲線延 長來估算短路電流的標(biāo)幺值，那么誤差較大，結(jié)果不真實(shí)。小型水電站一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，發(fā)電機(jī)的電壓母線很少 有直供大負(fù)荷，常常是直接向電網(wǎng)供電，進(jìn)出線回路較少。 而且廠用電負(fù)荷不大，主要是低壓電動機(jī)。因此，電氣主接 線比較簡單。對于這些小型水電站短路電流計(jì)算，可以也應(yīng) 該有一種簡便快捷、準(zhǔn)確度高的計(jì)算方法。文章就以長江河水電站短路計(jì)算的實(shí)例為例，推介這種 簡便快捷準(zhǔn)確的計(jì)算次暫態(tài)電流 1的方法一一有名值公式 法。1 由 IEC60909 簡化出適合小型水電站短路計(jì)算的有名 值公式國際電工委員會（IEC

4、）于1988年制定了短路電流計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)，在世界范圍內(nèi)被廣泛認(rèn)可。此標(biāo)準(zhǔn)由我國國家技術(shù)監(jiān) 督局于 1995年 4月 6日批準(zhǔn)， 1996年 1 月 1 日正式成為三 相交流系統(tǒng)短路電流計(jì)算的國家標(biāo)準(zhǔn)。 2001 年國際電工委員 會制定了新的短路電流計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) IEC60909 ，并很快被應(yīng)用于 歐洲、北美等地。根據(jù)相關(guān)研究，采用傳統(tǒng)不修正算法計(jì)算的結(jié)果接近發(fā) 電機(jī)出力僅為一半時(shí)仿真短路電流大小，而采用 IEC60909 標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的短路電流接近發(fā)電機(jī)滿發(fā)狀態(tài)下仿真短路電流， 此計(jì)算結(jié)果比傳統(tǒng)算法計(jì)算結(jié)果大4%以上。作者在小型水電站短路計(jì)算中，將 IEC60909 標(biāo)準(zhǔn)中面 向普遍的三相交流電力系統(tǒng)的

5、計(jì)算公式，根據(jù)小型水電站簡 單的主接線普遍情況，進(jìn)行合理變形簡化，得出一個(gè)快捷準(zhǔn) 確計(jì)算小水電站三相短路實(shí)用計(jì)算公式。使用本公式計(jì)算小 型水電站短路電流，在手頭收集到不多的相關(guān)參數(shù)后，就可 以對小型水電站簡單的主接線情況進(jìn)行便捷的短路計(jì)算，計(jì) 算結(jié)果精確度完全滿足使用要求。小型水電站變壓器基本都是無載調(diào)壓。因此，小型水電 站一般不必再考慮按有載調(diào)壓變壓器修正公式去修正發(fā)電 機(jī)-變壓器組了， 可以直接按發(fā)電機(jī)阻抗短路公式計(jì)算。公式變形簡化如下：（1）式中：Ik -初始對稱短路電流；Un-短路點(diǎn)處的系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓； Zk- 歸算至短路點(diǎn)的短路阻抗。對發(fā)電機(jī)而言ZK=KG （RG+jXd ）（其中 K

6、G 是校正系數(shù) ）Xd-發(fā)電機(jī)超瞬態(tài)電抗（標(biāo)么值）;C-與Un相對應(yīng)的電 壓修正系數(shù)，計(jì)算最大短路電流時(shí)，取其最大值Cmax，計(jì)算最小短路電流時(shí)， 取其最小值Cmin。IEC60909標(biāo)準(zhǔn)中規(guī) 定對1001000V低壓系統(tǒng) Cmax取1.05或者1.1 , Cmin取 0.95；對于 1kV 以上的中壓和高壓系統(tǒng)， Cmax 取 1.10， Cmin 取 1.00。Sin a -按功率因素 0.8計(jì)，Sin a取0.6。2 長江河水電站短路電流利用有名值公式進(jìn)行計(jì)算 長江河水電站地處金寨縣鐵沖鄉(xiāng)境內(nèi)，距 35kV 鐵沖變 電所 4.5km 。鐵沖變已無空余 35kV 間隔，只能提供給長江 河電

7、站 10kV 間隔。經(jīng)綜合考慮，在滿足主接線運(yùn)行安全可 靠、接線簡單清晰的前提下，本著節(jié)約投資、減少能耗、便 利布置的原則，采用高壓發(fā)電機(jī)出口 10kV 電壓等級，無需 設(shè)置主變壓器， 直接經(jīng) 10kV 專用線路接入鐵沖變 10kV 開關(guān) 柜并網(wǎng)運(yùn)行。根據(jù)水能計(jì)算結(jié)果和機(jī)組選型確定，電站裝機(jī)1 臺 SFW2000-6/1430 型發(fā)電機(jī)，額定容量 2000kw ，額定電 壓10.5kV，額定電流137.46A，額定功率因數(shù) 0.8 （滯后）， 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式采用可控硅勵(lì)磁方式。2.1 原始電氣參數(shù)圖 1 長江河水電站接線系統(tǒng)到鐵沖變電所 10kV 母線的線路阻抗（標(biāo)么值） ：最大運(yùn)行狀態(tài)下 Xmax=25.253 ，最小運(yùn)行狀態(tài)下 Xmin=25.614 。長江河水電站到鐵沖變電所 10kV 母線線路為 LGJ-150 ， 全長 5.26KM 。長江河水電站電氣設(shè)備參數(shù)：(1) 發(fā)電機(jī) F: Pe=2MW , COS=0.8 , Se=2.5MVA , xd“=0.119， Ie=137.47A(2) 電纜為YJV-3*95，電抗很小，忽略不計(jì)2.2 短路電流計(jì)算2.2.1 參數(shù)計(jì)算選取基準(zhǔn)容量 Sj=100MVA， 10