电力系统分析之短路电流计算

仅供个人参考不得用于商业用途电力系统分析之短路电流计算电力系统是由生产、输送、分配、及使用电能的发电机、变压器、电力线路和用户组成一个整体，它除了有一次设备外还应有用于保护一次设备安全可靠运行的二次设备。对电力系统进行分析应包括正常运行时的运行参数和出现故障时的故障参数进行分析计算。短路是电力系统出现最多的故障，短路电流的计算方法有很多，而其中以“应用运算曲线”计算短路电流最方便实用。应用该方法的步骤如下：1、计算系统中各元件电抗标幺值；1）、基准值，基准容量（如取基准容量Sj=100MVA），基准电压Uj一般为各级电压的平均电压。2）系统中各元件电抗标幺值计算公式如下：发电机CosPSXXejdd/100%''*式中*dX为发电机次暂态电抗百分值变压器ejdbSSUX100%*式中Ud%为变压器短路电压的百分值线路20*ejjUSLXX式中X0为每仅是电抗的平均值（架空线为0.4欧/公里）电抗器2*3100%jjeekkUSIUXX式中Xk%为电抗器的短路电抗百分值系统阻抗标幺值ZhjxSSX*SZh断路器的遮断容量2、根据系统图作出等值电路图,将各元件编号并将相应元件电抗标幺值标于元件编号下方；3、对网络化简,以得到各电源对短路点的转移电抗,其基本公式有:串联X1X2X3X3=X1+X2并联X1X2X32121213//XXXXXXX仅供个人参考不得用于商业用途三角形变为等值星形X23X12X13X3X1X213231213121XXXXXX13231223122XXXXXX13231223133XXXXXX星形变为等值三角形X2X1X3X13X12X233212112XXXXXX1323223XXXXXX2131331XXXXXX4、将标幺值电抗转换为以各支路发电机容量为基准的计算电抗Xjs，jnjjsSSXX式中：jX---以Sj为基准容量的标幺值电抗Xjs---以Sn为基准容量的计算电抗5、短路电流计算：1）、无限大容量电源的短路电流计算：当系统中XX=0，以供电电源为基准的计算电抗仅供个人参考不得用于商业用途Xjs≥3时，可以认为短路电流周期分量在整个短路时间内保持不变，即jsnjXIXIIII*2.0式中：*X---以Sj为基准容量的标幺值电抗Xjs---以Sn为基准容量的计算电抗2）、有限容量电源的短路电流计算：有限容量电源的短路电流周期分量在短路时间内是变化的。运算曲线反应这一变化。Izt=f（t·Xjs）按不同类型的发电机所做出的运算曲线，由运算曲线查出I“*、I0，2*、I∞*三种短路电流周期分量，然后转换为有名值IZt=I*zt·eI式中：eI---各支路的发电机额定电流元peeUSI3计算短路冲击电流及全电流最大有效值：机端短路12MW以下Iich55.2IIch52.1机端短路12MW以上Iich71.2IIch62.1下面用一个简单的例子进行对短路电流的计算分析：系统如下图所示仅供个人参考不得用于商业用途sx=sw6-110szh=4000MVAl1=40Km110kVSFSL1-10000/110ud1-2%=17ud2-3%=6ud1-3%=10.5B1B2d-36kVSJL1-200/6ud%=40.4kVd-4F14000kwcos=0.8Xd''=0.2d-1l2=30kmd-235kV110kVSFL1-6300/110ud%=10.5B3B4SFL1-1000/110ud%=10.5F24000kwcos=0.8Xd''=0.2F34000kwcos=0.8Xd''=0.2F44000kwcos=0.8Xd''=0.2F55000kwcos=0.8Xd''=0.2F64000kwcos=0.8Xd''=0.2F74000kwcos=0.8Xd''=0.2仅供个人参考不得用于商业用途将系统转化为等效参数如下图：115kV37.5kVd-2d-16.3kVd-3115kV20.12110.02541.0758060.62551.0759070.625124134144154402030.091101.67111.05163.2174184d-40.4kV图中分式中分子为元件编号，分母为元件电抗值标幺值。一、各标幺值计算如下：取基准容量Sj=100MVA，基准电压Uj为各级电压的平均电压，Uj=Up=1.05Ue1、系统阻抗标幺值025.040001001ZhjSSX2、线路L1阻抗标幺值121.01151004.02212jjaUSXX线路L2阻抗标幺值091.0115100304.023X3、变压器B1B2三绕组变压器先计算各绕组短路电抗75.10)65.1017(21%)%%(21%3231211ddddUUUU25.6)5.10617(21%)%%(21%3132211ddddUUUU0)175.106(21%)%%(21%2132311ddddUUUU再求各绕组标幺值阻抗：仅供个人参考不得用于商业用途075.11010010075.10100%154ejdSSUXX625.01010010025.676XXX8=X9=0B3变压器阻抗标幺值：67.03.61001005.1010XB4变压器阻抗标幺值：05.1101001005.1011X4、发电机F1-4，6-7阻抗标幺值：48.0/410010020/100%''181715141312CosPSXXXXXXXeja发电机F5阻抗标幺值：2.38.0/51001002016X二、网络化简：1、d-1短路网络化简：146.0121.0025.02119XXX966.1091.0)2.367.1//()05.124()//()//(3161011181720XXXXXXX54.12/)075.124(2/)//(4131221XXXX化简如下图：仅供个人参考不得用于商业用途190.146201.966211.54SxF5-7115kVF1-4d-12、d-2短路网络化简：化简过程如下图：220.54201.966190.146240.31250.728269.886240.31231271.28281.61SxF5-7F1-437kVSxF5-7F1-437kVSxF1-737kVd-2d-2d-254.02075.1//5422XXX144//////1514131223XXXXX31.02625.0//7624XXX再化简仅供个人参考不得用于商业用途728.0966.154.0146.054.0146.0202219221925XXXXXX886.9146.054.0966.154.0966.1192219222026XXXXXX28.191.031.0728.031.0728.027X61.1728.031.091.031.091.028X3、d-3短路网络化简：化简过程如下图224//131229XXX230X34.0625.0625.0075.1075.1075.1075.176545431XXXXXXX395.0625.0625.0075.1075.1625.02075.13332XX511.0966.134.0146.034.0146.0203119311934XXXXXX876.6146.034.0966.134.0966.1193120312035XXXXXX395.2395.02322936XXX78.1395.2876.6395.2876.6//363537XXX02.178.1395.0511.0395.0511.0373334333438XXXXXX55.3511.0395.078.1395.078.1343337333738XXXXXX仅供个人参考不得用于商业用途190.146201.96651.07541.07529230260.62570.625201.966190.146330.395302292320.395300.34340.511356.876362.395302393.55381.02330.395302371.78302330.395340.511SxF5-7F1-2F3-46.3kVSxF5-7F1-2F3-4SxF5-7F1-2F3-46.3kVSxF1-2,5-7F3-46.3kVSxF1-2,5-7F3-46.3kVd-2d-2d-2d-2d-26.3kV4、d-4短路,发电机电压母线认为是无限大功率母线202.0100100440X三、短路电流计算:1、d-1短路电流计算：系统供给短路电流KAXIIIIj44.3146.0502.0102,0F5-7供给短路电流先算32.080058966.11008.0428.0520XXjs查运算曲线3.3*I6.2*2,0I8.2*IKAIe082.0115325.162KAI27.0082.03.3KAI212.0082.06.22,0KAI229.0082.08.2仅供个人参考不得用于商业用途F1-4供给短路电流先算308.01002054.11008.04421XXjs查运算曲线5.3*I72.2*2,0I83.2*IKAIe1.01153201KAI35.01.05.3KAI272.01.072.22,0KAI283.01.083.22、d-2短路电流计算：系统供给短路电流KAXIIIIj22.128.156.1272,0F1-7供给短路电流先算585.010025.3661.1jsX查运算曲线78.1*I55.1*2,0I91.1*IKAIe565.037325.36KAI01.1565.078.1KAI88.0565.055.12,0KAI08.1565.091.13、d-3短路电流计算：系统供给短路电流KAXIIIIj902.116.9382,0F1-2，5-7供给短路电流先算93.010025.2655.3jsX查运算曲线1.1*I02.1*2,0I3.1*IKAIe41.23.6325.261KAI65.241.21.1KAI45.241.202.12,0KAI13.341.23.1F3-4供给短路电流先算2.0100102jsX查运算曲线6.5*I75.3*2,0I35.3*IKAIe916.03.63102KAI13.5916.06.5仅供个人参考不得用于商业用途KAI42.3916.073.32,0KAI06.3916.035.34、d-4短路电流计算：KAXIIIIj22.7203.144402,0短路电流计算结果短路点编号短路点平均电压Up(KV)基准电流Ij(KA)分支线名称分支额定电流Ie∑(KA)短路电流周期分量起始值I″(KA)短路电流冲击值ich(KA)短路全电流最大有效值Ich(KA)0.2秒周期电流I0.2(KA)稳态短路电流有效值I∞(KA)起始短路容量S″(MVA)d-11150.502110KV系统发电机F1-4发电机F5-7小计0.10.0823.440.350.274.068.770.8930.68910.355.230.5320.416.