基于PSASP的短路計(jì)算分析

王曉蔚，石振剛，楊 瀟，張倩茅

（河北省電力研究院，河北石家莊050021）

1 引言

電力系統(tǒng)中有可能發(fā)生各種形式復(fù)雜多變的故障和不正常運(yùn)行情況，為了正確地對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行整定工作，對(duì)電網(wǎng)的各種運(yùn)行方式和短路故障進(jìn)行反復(fù)而周密的計(jì)算是非常重要的。在特高壓電網(wǎng)建設(shè)和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)背景下，對(duì)電力系統(tǒng)短路計(jì)算工作提出了新的要求。電網(wǎng)數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)全數(shù)字實(shí)時(shí)仿真裝置與調(diào)度EMS/SCADA系統(tǒng)的互聯(lián)，將在線數(shù)據(jù)引入到仿真軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以實(shí)現(xiàn)基于在線數(shù)據(jù)的潮流計(jì)算、短路計(jì)算、電網(wǎng)網(wǎng)損分析計(jì)算等，大大提高了仿真分析的準(zhǔn)確性。本文應(yīng)用基于PSASP分布式通用計(jì)算平臺(tái)的電力系統(tǒng)全數(shù)字仿真裝置,對(duì)電網(wǎng)的220kV及以上電壓等級(jí)廠站的短路電流進(jìn)行計(jì)算分析，并根據(jù)發(fā)展規(guī)劃對(duì)部分超標(biāo)廠站提出了有效的解決措施。

2 PSASP短路計(jì)算模塊應(yīng)用分析

2.1 短路計(jì)算的主要用途

短路計(jì)算主要用于解決下列問(wèn)題：電氣主接線方案的比較與選擇，確定是否需要采取限制短路電流的措施；電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體的動(dòng)熱穩(wěn)定校驗(yàn)和開(kāi)關(guān)電器、管型避雷器等的開(kāi)斷能力校驗(yàn)；接地裝置設(shè)計(jì)；繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與整定；輸電線對(duì)通訊線路的影響；故障分析。

PSASP短路計(jì)算的主要功能和特點(diǎn)是：

（1）交直流混合電力系統(tǒng)的短路電流計(jì)算，以及電網(wǎng)的正、負(fù)、零序戴維南等值阻抗計(jì)算。

（2）簡(jiǎn)單故障方式的短路電流計(jì)算，可以在設(shè)定范圍內(nèi)進(jìn)行母線短路故障掃描計(jì)算，也可進(jìn)行指定地點(diǎn)的短路計(jì)算。

（3）正、負(fù)、零序戴維南等值阻抗計(jì)算，可以在設(shè)定范圍內(nèi)進(jìn)行掃描統(tǒng)一計(jì)算，也可在指定地點(diǎn)進(jìn)行。

（4）線路故障掃描計(jì)算，即在指定的一條或多條線路上按一定間隔設(shè)置故障掃描點(diǎn)，在這些故障點(diǎn)發(fā)生同種類(lèi)型的簡(jiǎn)單故障，掃描所有故障點(diǎn)得到線路上各個(gè)點(diǎn)的短路電流和全網(wǎng)各支路電流，以報(bào)表或曲線方式輸出。

（5）復(fù)雜故障方式短路電流計(jì)算，即任意母線和線路上任意點(diǎn)的各種組合方式的復(fù)雜故障計(jì)算。

（6）短路電流計(jì)算可基于給定的潮流方式，也可以基于方案進(jìn)行。

（7）計(jì)算時(shí)可考慮平行線路零序互感的影響。

2.2 PSASP短路計(jì)算解法及計(jì)算流程

求解短路電流的一般方法是：利用對(duì)稱(chēng)分量法實(shí)現(xiàn)ABC系統(tǒng)與120系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)換；列出正、負(fù)、零序網(wǎng)絡(luò)方程；推導(dǎo)出故障點(diǎn)的邊界條件方程；將網(wǎng)絡(luò)方程與邊界條件方程聯(lián)立求解，求出短路電流及其它分量。如圖1所示為短路電流計(jì)算的計(jì)算流程。

圖1 短路電流計(jì)算流程圖

3 實(shí)例計(jì)算分析

3.1 電網(wǎng)500kV和220kV廠站的短路電流計(jì)算分析

根據(jù)某省2009年度預(yù)計(jì)投產(chǎn)項(xiàng)目，對(duì)該省500kV及220kV廠站的短路電流水平進(jìn)行了全面計(jì)算與分析。針對(duì)部分廠站短路電流水平超標(biāo)問(wèn)題，提出了相應(yīng)的措施和建議。

根據(jù)計(jì)算可得500kV主網(wǎng)短路電流水平最高為BB站52.30kA，其中LZ站500kV短路電流水平達(dá)到48.35kA，LZ站內(nèi)尚有8組額定遮斷容量為50kA的開(kāi)關(guān)，不滿足短路電流水平要求。如表1所示為500kV廠站的短路水平。

2009年基本方式下，對(duì)220kV主網(wǎng)的三相短路電流進(jìn)行了計(jì)算校核。從計(jì)算結(jié)果可以看出，LZ站的三相短路電流（49.49kA），已達(dá)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流的98.98%以上，LZ站的單相短路電流（49.41kA），已達(dá)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流的98.82%以上。QY站的單相短路電流（48.59kA）已達(dá)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流的97.18%以上。此外，BB站、QY站等2個(gè)站三相短路電流已達(dá)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流的90%以上，CX、LZ、BB等3個(gè)站單相短路電流已達(dá)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流的90%以上。如表2所示為220kV廠站的短路水平。

表1 500kV廠站的短路水平

為了對(duì)BB站、SB站、LZ站、QY站的500kV的短路電流水平及BB站、LZ站、QY站、CX站的220kV的短路電流水平進(jìn)行校核，分別應(yīng)用2009年6月10日的在線數(shù)據(jù)和2009年國(guó)調(diào)下發(fā)綜合程序數(shù)據(jù)對(duì)這幾個(gè)站的短路電流進(jìn)行了校核。

應(yīng)用2009年6月10日的在線數(shù)據(jù)計(jì)算短路電流時(shí)，HB站雙回破入YQ站的輸變電工程未投產(chǎn)，因此LZ站的三相短路電流（44.97kA）未超標(biāo)。BB站的220kV的三相短路電流（52.91kA）超標(biāo)。

表2 220kV廠站的短路水平

應(yīng)用2009年國(guó)調(diào)下發(fā)綜合程序數(shù)據(jù)計(jì)算500kV及220kV廠站的短路電流。計(jì)算結(jié)果表明220kV的BB站的三相短路電流（51.06kA）超標(biāo)。對(duì)接近超標(biāo)的廠站的短路電流進(jìn)一步分析并得出以下結(jié)論：

（1）LZ站500kV三相短路電流水平超標(biāo)問(wèn)題分析

根據(jù)計(jì)算2009年底的LZ站的500kV三相短路電流水平達(dá)到48.35kA，其中按目前掌握的基建投產(chǎn)進(jìn)度，當(dāng)HB站二回線破入YQ輸變電工程投產(chǎn)后，對(duì)LZ站500kV三相短路電流影響很大。

ZHW、SA電廠機(jī)組開(kāi)停對(duì)LZ站500kV三相短路電流水平影響很大。

（2）QY站220kV單相短路電流分析

2009年底，QY站220kV單相短路電流水平達(dá)到48.59kA，接近開(kāi)關(guān)額定遮斷容量，其中對(duì)QY站短路電流增加影響較大的項(xiàng)目為DZ電廠#4機(jī)組并網(wǎng)（48.27 kA）和HB站二回破入YQ輸變電工程投產(chǎn)（48.59 kA）。

（3）CX站220kV單相短路電流問(wèn)題

2009年底，CX站220kV單相短路電流水平達(dá)到46.89kA，接近開(kāi)關(guān)額定遮斷容量，其中對(duì)CX站短路電流增加影響較大的項(xiàng)目HH站-BQ站雙線投產(chǎn)。

（4）MS站合環(huán)運(yùn)行對(duì)短路電流的影響

PC站投產(chǎn)后，MS站合環(huán)運(yùn)行短路電流影響很大，從計(jì)算結(jié)果可以看出，MS站合環(huán)運(yùn)行，LZ站220kV的三相短路電流水平達(dá)到了54.72kA，增加了5.22kA，接近開(kāi)關(guān)額定遮斷電流。

（5）LW線合環(huán)運(yùn)行對(duì)短路電流的影響

LW線合環(huán)運(yùn)行，LZ站的500kV的單相短路電流水平達(dá)到了52.31kA，增加了2.81kA；LZ站的220kV的單相短路電流水平達(dá)到了51.68kA，增加了2.27kA,均超過(guò)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流。

（6）LXII線投產(chǎn)對(duì)LZ站220kV三相短路電流的影響

LXII線投產(chǎn)后，LZ站220kV的三相短路電流為47.72 kA。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析與建議

HB站二回破入YQ輸變電工程投產(chǎn)后，LZ站500kV三相短路電流水平達(dá)到48.35kA，接近開(kāi)關(guān)額定遮斷容量，建議HB站二回破入YQ輸變電工程投產(chǎn)前完成LZ站500kV部分50kA開(kāi)關(guān)的更換。

2009年冬季時(shí)，QY站、CX站220kV的單相短路電流接近開(kāi)關(guān)的額定遮斷電流，建議在QY站、CX站的主變中性點(diǎn)加裝小電抗。

4 規(guī)劃2010年220kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)短路水平計(jì)算分析

4.1 電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)后500kV/220kV廠站短路水平計(jì)算分析

電網(wǎng)中仍存在大量500kV/220kV電磁環(huán)網(wǎng)，隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展和各大電源項(xiàng)目的陸續(xù)投產(chǎn)，短路水平快速上升，規(guī)劃期內(nèi)500kV電網(wǎng)和220kV電網(wǎng)短路電流水平可能超過(guò)或接近50kA。

規(guī)劃2010年電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)后，對(duì)500kV/220kV廠站的短路水平進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算條件為：LZ站加小電抗，QY站、LH站投第三臺(tái)主變，HH站投第二臺(tái)主變，HB站雙回破入YQ輸變電工程投產(chǎn)。

由計(jì)算結(jié)果可知QY站220kV母線三相和單相短路電流均超過(guò)開(kāi)關(guān)額定遮斷電流,需要采取控制短路電流的措施。QY站第三臺(tái)主變投產(chǎn)后，CX站220kV母線三相和單相短路電流也增大，單相短路電流達(dá)到48.35kA。

4.2 抑制短路電流具體措施分析

措施一，將SB站-BB站之間的220kV聯(lián)絡(luò)線打開(kāi)。SB站的主變的供電壓力有所減小，但BB站的供電壓力增加。QY站的主變的檢修應(yīng)與DC電廠、BR電廠的機(jī)組檢修配合進(jìn)行。

措施二，將SB站-BB站之間的220kV聯(lián)絡(luò)線打開(kāi)，將BB站-CX站之間的聯(lián)絡(luò)線打開(kāi)，QY站中性點(diǎn)加小電抗。SB站的主變供電壓力有所減輕，BB站、QY站的供電壓力增加。該措施在QY站#3變（西側(cè)）檢修及DD電廠#1機(jī)故障時(shí)，QY站的另兩臺(tái)主變過(guò)載。QY站的主變檢修需配合DD電廠#1機(jī)滿發(fā)運(yùn)行。

綜合以上潮流計(jì)算結(jié)果，2010年QY站500kV變電站若投運(yùn)第三組主變，將使其220kV母線短路電流超過(guò)50kA。為降低QY站的母線短路電流，推薦配合QY站第三組主變投運(yùn)，將QY站的220kV母線分段開(kāi)關(guān)打開(kāi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在2009年規(guī)劃投建項(xiàng)目基礎(chǔ)上對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行了短路電流的計(jì)算和分析，并進(jìn)行了2010年電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)后短路電流的計(jì)算和分析，可以得到以下有實(shí)際工程價(jià)值的結(jié)論和解決措施。

（1）隨著電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，部分廠站的短路水平有所上升，短路電流超標(biāo)。建議對(duì)短路電流超標(biāo)廠站的開(kāi)關(guān)進(jìn)行更換，并在主變中性點(diǎn)加裝小電抗以減少單相短路電流。

（2）隨著電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展和各大電源項(xiàng)目的陸續(xù)投產(chǎn)，短路水平快速上升，應(yīng)盡早實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)。為降低短路電流，應(yīng)合理考慮變電站接入系統(tǒng)方案。

［1] 劉 媛.廠網(wǎng)間電力調(diào)度數(shù)據(jù)交換及互聯(lián)探討［J] .廣西電力，2007，（6）.

［2] 石俊杰,李毅松,彭清卿.國(guó)家電網(wǎng)公司調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合總體方案的思考［J] .電力信息,2006,4（6）.

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