基于PSASP的短路计算分析

王晓蔚，石振刚，杨 潇，张倩茅

（河北省电力研究院，河北石家庄050021）

1 引言

电力系统中有可能发生各种形式复杂多变的故障和不正常运行情况，为了正确地对继电保护设备进行整定工作，对电网的各种运行方式和短路故障进行反复而周密的计算是非常重要的。在特高压电网建设和全国联网背景下，对电力系统短路计算工作提出了新的要求。电网数字仿真实验室实现了电网全数字实时仿真装置与调度EMS/SCADA系统的互联，将在线数据引入到仿真软件数据库中，可以实现基于在线数据的潮流计算、短路计算、电网网损分析计算等，大大提高了仿真分析的准确性。本文应用基于PSASP分布式通用计算平台的电力系统全数字仿真装置,对电网的220kV及以上电压等级厂站的短路电流进行计算分析，并根据发展规划对部分超标厂站提出了有效的解决措施。

2 PSASP短路计算模块应用分析

2.1 短路计算的主要用途

短路计算主要用于解决下列问题：电气主接线方案的比较与选择，确定是否需要采取限制短路电流的措施；电气设备及载流导体的动热稳定校验和开关电器、管型避雷器等的开断能力校验；接地装置设计；继电保护装置的设计与整定；输电线对通讯线路的影响；故障分析。

PSASP短路计算的主要功能和特点是：

（1）交直流混合电力系统的短路电流计算，以及电网的正、负、零序戴维南等值阻抗计算。

（2）简单故障方式的短路电流计算，可以在设定范围内进行母线短路故障扫描计算，也可进行指定地点的短路计算。

（3）正、负、零序戴维南等值阻抗计算，可以在设定范围内进行扫描统一计算，也可在指定地点进行。

（4）线路故障扫描计算，即在指定的一条或多条线路上按一定间隔设置故障扫描点，在这些故障点发生同种类型的简单故障，扫描所有故障点得到线路上各个点的短路电流和全网各支路电流，以报表或曲线方式输出。

（5）复杂故障方式短路电流计算，即任意母线和线路上任意点的各种组合方式的复杂故障计算。

（6）短路电流计算可基于给定的潮流方式，也可以基于方案进行。

（7）计算时可考虑平行线路零序互感的影响。

2.2 PSASP短路计算解法及计算流程

求解短路电流的一般方法是：利用对称分量法实现ABC系统与120系统参数转换；列出正、负、零序网络方程；推导出故障点的边界条件方程；将网络方程与边界条件方程联立求解，求出短路电流及其它分量。如图1所示为短路电流计算的计算流程。

图1 短路电流计算流程图

3 实例计算分析

3.1 电网500kV和220kV厂站的短路电流计算分析

根据某省2009年度预计投产项目，对该省500kV及220kV厂站的短路电流水平进行了全面计算与分析。针对部分厂站短路电流水平超标问题，提出了相应的措施和建议。

根据计算可得500kV主网短路电流水平最高为BB站52.30kA，其中LZ站500kV短路电流水平达到48.35kA，LZ站内尚有8组额定遮断容量为50kA的开关，不满足短路电流水平要求。如表1所示为500kV厂站的短路水平。

2009年基本方式下，对220kV主网的三相短路电流进行了计算校核。从计算结果可以看出，LZ站的三相短路电流（49.49kA），已达开关额定遮断电流的98.98%以上，LZ站的单相短路电流（49.41kA），已达开关额定遮断电流的98.82%以上。QY站的单相短路电流（48.59kA）已达开关额定遮断电流的97.18%以上。此外，BB站、QY站等2个站三相短路电流已达开关额定遮断电流的90%以上，CX、LZ、BB等3个站单相短路电流已达开关额定遮断电流的90%以上。如表2所示为220kV厂站的短路水平。

表1 500kV厂站的短路水平

为了对BB站、SB站、LZ站、QY站的500kV的短路电流水平及BB站、LZ站、QY站、CX站的220kV的短路电流水平进行校核，分别应用2009年6月10日的在线数据和2009年国调下发综合程序数据对这几个站的短路电流进行了校核。

应用2009年6月10日的在线数据计算短路电流时，HB站双回破入YQ站的输变电工程未投产，因此LZ站的三相短路电流（44.97kA）未超标。BB站的220kV的三相短路电流（52.91kA）超标。

表2 220kV厂站的短路水平

应用2009年国调下发综合程序数据计算500kV及220kV厂站的短路电流。计算结果表明220kV的BB站的三相短路电流（51.06kA）超标。对接近超标的厂站的短路电流进一步分析并得出以下结论：

（1）LZ站500kV三相短路电流水平超标问题分析

根据计算2009年底的LZ站的500kV三相短路电流水平达到48.35kA，其中按目前掌握的基建投产进度，当HB站二回线破入YQ输变电工程投产后，对LZ站500kV三相短路电流影响很大。

ZHW、SA电厂机组开停对LZ站500kV三相短路电流水平影响很大。

（2）QY站220kV单相短路电流分析

2009年底，QY站220kV单相短路电流水平达到48.59kA，接近开关额定遮断容量，其中对QY站短路电流增加影响较大的项目为DZ电厂#4机组并网（48.27 kA）和HB站二回破入YQ输变电工程投产（48.59 kA）。

（3）CX站220kV单相短路电流问题

2009年底，CX站220kV单相短路电流水平达到46.89kA，接近开关额定遮断容量，其中对CX站短路电流增加影响较大的项目HH站-BQ站双线投产。

（4）MS站合环运行对短路电流的影响

PC站投产后，MS站合环运行短路电流影响很大，从计算结果可以看出，MS站合环运行，LZ站220kV的三相短路电流水平达到了54.72kA，增加了5.22kA，接近开关额定遮断电流。

（5）LW线合环运行对短路电流的影响

LW线合环运行，LZ站的500kV的单相短路电流水平达到了52.31kA，增加了2.81kA；LZ站的220kV的单相短路电流水平达到了51.68kA，增加了2.27kA,均超过开关额定遮断电流。

（6）LXII线投产对LZ站220kV三相短路电流的影响

LXII线投产后，LZ站220kV的三相短路电流为47.72 kA。

3.2 计算结果分析与建议

HB站二回破入YQ输变电工程投产后，LZ站500kV三相短路电流水平达到48.35kA，接近开关额定遮断容量，建议HB站二回破入YQ输变电工程投产前完成LZ站500kV部分50kA开关的更换。

2009年冬季时，QY站、CX站220kV的单相短路电流接近开关的额定遮断电流，建议在QY站、CX站的主变中性点加装小电抗。

4 规划2010年220kV电磁环网解环短路水平计算分析

4.1 电磁环网解环后500kV/220kV厂站短路水平计算分析

电网中仍存在大量500kV/220kV电磁环网，随着电网建设的快速发展和各大电源项目的陆续投产，短路水平快速上升，规划期内500kV电网和220kV电网短路电流水平可能超过或接近50kA。

规划2010年电磁环网解环后，对500kV/220kV厂站的短路水平进行计算分析。计算条件为：LZ站加小电抗，QY站、LH站投第三台主变，HH站投第二台主变，HB站双回破入YQ输变电工程投产。

由计算结果可知QY站220kV母线三相和单相短路电流均超过开关额定遮断电流,需要采取控制短路电流的措施。QY站第三台主变投产后，CX站220kV母线三相和单相短路电流也增大，单相短路电流达到48.35kA。

4.2 抑制短路电流具体措施分析

措施一，将SB站-BB站之间的220kV联络线打开。SB站的主变的供电压力有所减小，但BB站的供电压力增加。QY站的主变的检修应与DC电厂、BR电厂的机组检修配合进行。

措施二，将SB站-BB站之间的220kV联络线打开，将BB站-CX站之间的联络线打开，QY站中性点加小电抗。SB站的主变供电压力有所减轻，BB站、QY站的供电压力增加。该措施在QY站#3变（西侧）检修及DD电厂#1机故障时，QY站的另两台主变过载。QY站的主变检修需配合DD电厂#1机满发运行。

综合以上潮流计算结果，2010年QY站500kV变电站若投运第三组主变，将使其220kV母线短路电流超过50kA。为降低QY站的母线短路电流，推荐配合QY站第三组主变投运，将QY站的220kV母线分段开关打开。

5 结束语

在2009年规划投建项目基础上对电网进行了短路电流的计算和分析，并进行了2010年电磁环网解环后短路电流的计算和分析，可以得到以下有实际工程价值的结论和解决措施。

（1）随着电网的建设和发展，部分厂站的短路水平有所上升，短路电流超标。建议对短路电流超标厂站的开关进行更换，并在主变中性点加装小电抗以减少单相短路电流。

（2）随着电网建设的快速发展和各大电源项目的陆续投产，短路水平快速上升，应尽早实现电磁环网的解环。为降低短路电流，应合理考虑变电站接入系统方案。

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［2] 石俊杰,李毅松,彭清卿.国家电网公司调度系统数据整合总体方案的思考［J] .电力信息,2006,4（6）.

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