应用正序增广网络计算发电厂高压母线短路电流

王 旅 许双斌

（湖北华电襄阳发电有限公司，湖北 襄阳 441141）

发电厂一般通过一个或多个电压等级接入系统，在计算短路电流时，系统（线路）侧一般等效为一个等值阻抗，其值由上级调度部门下达，发电机、主变等设备阻抗由制造厂提供。计算由系统提供的短路电流，一般是将系统看作无穷大电源，其短路电流周期分量不衰减。计算由发电机提供的短路电流，一般是通过查发电机运算曲线，求取任意时刻的三相短路电流周期分量。

如须求取简单不对称短路电流周期分量，则要应用到正序等效定则，即短路点的正序电流与在短路点每相接入附加电抗而发生三相对称短路时的正序电流相等，计算公式如下：

式中， X1Σ为短路点的正序综合电抗，为短路点故障前电压。短路点全电流= m(n)×，m(n)为比例系数， m(n)、均与短路类型有关，详见表1。

以下结合调度下达某火电厂220kV母线等值阻抗，应用正序增广网络，计算220kV母线三相、两相及单相短路电流。

表1 简单不对称短路 m (n)与 取值

表1 简单不对称短路 m (n)与 取值

短路类型 ()n XΔ ()n m 说明三相短路 0 1 1两相短路 2XΣ 3单相接地 2XΣ+ 0XΣ 3 XΣ、 2XΣ、 0XΣ分别为短路点正序、负序、零序综合电抗

1 电气主接线

220kV系统电气主接线为双母双分段带旁母，正常运行时，母联及分段开关合环运行。#1、#2机组及#1启备变运行在#1母或#2母，#3、#4机组及#2、#3启备变运行在#3母或#4母，系统侧S总计有7条220kV线路。电气主接线示意图如图1所示。

2 设备参数

发电机：SrG=353MVA，UrG=20kV，=0.1618（p.u.），χ2=0.1974(p.u.)。

图1 电气主接线示意图

主变： SrT=370MVA，UrTHV/UrTLV=242/20kV，短路阻抗 ukr=0.1388(p.u.)，零序阻抗21.90Ω/相，联结组别YNd11。

#1、#2启备变：50/31.5/31.5MVA，零序阻抗96.94 Ω/相，联结组别YNd11-d11，中性点固定接地运行。

#3启备变：50/31.5/31.5/16.7MVA，零序阻抗163.2 Ω/相，联结组别YNyn0-yn0+d，中性点固定接地运行。

3 最大、最小运行方式确定

电厂侧：最大运行方式为开4台机组，最小运行方式为开2台机组。

系统 S：220kV母线等值阻抗（不含电厂侧变压器支路），最大运行方式正序 XS1min=0.00766，零序 XS0min=0.01277；最小运行方式正序 XS1max=0.01712，零序 XS0max=0.03149。基准容量 SB=100MVA，基准电压 UB=230kV。

4 220kV中性点运行方式规定

正常运行时，220kV中性点接地数目有5个，除上述3台启备变中性点固定接地外，另外两个中性点接地由主变实现。因此，无论电厂侧最大或最小运行方式，其零序网络不变，零序等值电抗恒定。

5 阻抗归算

仍取基准容量 SB=100MVA，计算中忽略电阻分量，计算结果精确到小数点后5位。系统S归算至230kV侧基准电流 IB1=0.25102kA，发电机归算至230kV侧额定电流 IB2=0.88611kA。

归算后各设备电抗标幺值见表 2，计算过程从略。

发变组正序电抗 XGT1=0.08335，负序电抗XGT2=0.09343，电厂侧零序总电抗 XP0=0.01478。

表2 归算后各设备电抗标幺值

6 最大运行方式下，220kV母线 f1 三相、两相及单相短路电流计算

最大运行方式下正序网络图如图2所示。

图2 最大运行方式下正序网络图

6.1 三相短路

系统 S提供的短路电流为 IB1/XS1min，发电机计算电抗：

Xcalc= XGT1× SrG/SB=0.29422，按Xcalc=0.3查汽轮发电机运算曲线，以下仅给出 t=0″的计算结果，其他时刻的计算方法完全相同，t=0″电流标幺值为3.603。

三相短路电流：

IB1/XS1min+4×3.603× IB2=45.54105kA

6.2 两相短路（m=）

图3 两相短路时正序增广网络图

对于上图中的多支路星形网络接线，采用ΣY法进行化简， X1~X4为发电机转移电抗， X5为系统转移电抗。

发电机计算电抗 Xcalc=0.59724，按 Xcalc=0.6查汽轮发电机运算曲线，t=0″电流标幺值为 1.748。正序电流之和：4×1.748× IB2+IB1X5=22.33971kA，两相短路电流：22.33971kA×=38.69351kA。

6.3 单相接地短路（m=3）

ΣY =257.77739，发电机计算电抗 0.95716，t=0″电流标幺值为1.091，系统S转移电抗0.02492。正序电流之和 13.94029kA，单相接地电流 3×13.94029kA=41.82088kA。

7 最小运行方式下，220kV母线三相、两相、单相短路电流计算

计算过程与最大运行方式下完全类似，只是机组台数变成 2台，系统电抗取最小运行方式下的XS1max与XS0max，电厂侧零序总电抗保持不变，计算结果见表3。

表3 最小运行方式下，短路电流计算结果

8 结论

发电厂电气主接线一般为辐射状网络，应用正序增广网络计算短路电流的过程并不复杂，很容易利用 Execl强大的计算功能实现，本文给出的计算结果全部来自Execl。只要发电厂电气主接线不变，所有的计算公式也不变，当系统等值电抗发生变化时，由系统提供的短路电流可自动计算出来。由发电机提供的短路电流，只需根据新计算电抗值，查发电机运算曲线即可，短路电流计算将变得非常快捷。

[1] 国韦钢. 电力系统分析基础[M]. 北京: 中国电力出版社, 2006.

[2] 西北电力设计院编. 电力工程电气设计手册电气一次部分[S]. 北京: 中国电力出版社, 2002.