關(guān)于10kv電壓等級(jí)設(shè)備短路電流水平問(wèn)題的研究

孟祥東

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)系統(tǒng)較之前相比有了顯著進(jìn)步 ，電容量也逐漸獲得大幅度增加。現(xiàn)階段，我國(guó)220kV的高阻抗主變壓器低壓側(cè)10kV短路電流水平已經(jīng)很難低于20kA，由此便嚴(yán)重的影響了配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。對(duì)此，本文簡(jiǎn)要分析了220kv變電站10kv側(cè)的短路電流計(jì)算情況，而后就其衰減情況進(jìn)行了計(jì)算處理，并最終就其結(jié)果展開(kāi)了分析探討。

關(guān)鍵詞：10kV；變壓器；短路電流；配網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0194-02

隨著當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全社會(huì)的整體用電量持續(xù)增大，短路電流水平也不斷升高。通過(guò)應(yīng)用高阻抗變壓器便可在不增加占地面積與資金費(fèi)用的前提下，可以有效降低能耗，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)短路電流水平的有效降低，基于此該技術(shù)已經(jīng)被大規(guī)模的應(yīng)用到電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中。但是，常規(guī)的220kV高阻抗變壓器低壓側(cè)10kV短路電流水平已經(jīng)很難低于20kA，對(duì)于配電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的安全威脅，因此就針對(duì)10kv電壓等級(jí)設(shè)備短路電流水平問(wèn)題展開(kāi)相關(guān)的研究工作有著一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 220kv變電站10kv側(cè)短路電流計(jì)算

主網(wǎng)10kV與配網(wǎng)10kV電壓等級(jí)聯(lián)絡(luò)主要是通過(guò)220kV變電站10kV側(cè)經(jīng)由配電線(xiàn)路和10kV配電系統(tǒng)相連接。鑒于配網(wǎng)系統(tǒng)本身所存在著的高度復(fù)雜性以及高夫長(zhǎng)發(fā)生率等現(xiàn)實(shí)情況，為了防止由于配電網(wǎng)出現(xiàn)故障而對(duì)主網(wǎng)造成不利干擾，便需對(duì)220kV變電站10kV出線(xiàn)開(kāi)環(huán)予以充分考量，同時(shí)周邊區(qū)域?qū)嵤┹椛涔╇?。依?jù)有關(guān)調(diào)查研究表明，隨著近些年來(lái)在220kV當(dāng)中對(duì)于變電站高阻抗主變壓器的相繼建成，半年短路電流水平大都可被控制在25kA以下。

現(xiàn)以某220kV變電站進(jìn)行舉例說(shuō)明，對(duì)其短路電流實(shí)施計(jì)算處理，基準(zhǔn)值Sj取值100MVA，Uj取與之所對(duì)應(yīng)的平均電壓值。規(guī)模為主變壓器共3臺(tái)，220kV出線(xiàn)終期8回，110kV14回。主變參數(shù)為額定電壓220kV，容量180MVA，阻抗電壓Ud1-2=15%，Ud1-3=52%，Ud2-3=34%。其母線(xiàn)一側(cè)兩項(xiàng)短路電流有效值為21.52kA，三相短路電流有效值為24.85kA。計(jì)算結(jié)果表明，其遠(yuǎn)期短路電流會(huì)受到系統(tǒng)容量的增大而隨之?dāng)U大，最大短路電流有可能升高至主網(wǎng)10kV設(shè)備短路的限定臨界值31.5kA。

2 220kv變電站10kv側(cè)短路電流衰減計(jì)算

依據(jù)對(duì)220kv變電站10kv側(cè)短路電流的計(jì)算分析表明，在10kV供電系統(tǒng)出現(xiàn)短路情況時(shí)，各不同距離短路點(diǎn)其電流變化情況如下圖1所示。

觀(guān)察下上1便可發(fā)現(xiàn)在配電線(xiàn)路長(zhǎng)度不斷增加的同時(shí)，線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)阻抗對(duì)短路電流的影響將明顯衰減。因此現(xiàn)就針對(duì)220kv變電站10kv側(cè)短路電流衰減展開(kāi)計(jì)算分析。

2.1 計(jì)算目的

計(jì)算在連接主配網(wǎng)的220kV變電站10kV側(cè)首回配電線(xiàn)路短路，其短路電流值在25.5kA、32kA之時(shí)需通過(guò)多長(zhǎng)的輸送距離方可下降至20kA。

2.2 計(jì)算條件

（1）電壓等級(jí)10kV，系統(tǒng)短路電流為25.5kA、32kA。（2）計(jì)算基準(zhǔn)值Sj=100MVA，Uj=10.5kV。（3）所有10kV配電線(xiàn)路都處于開(kāi)環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，只需考量1回三相短路情況，在出現(xiàn)短路現(xiàn)象時(shí)，確保只有系統(tǒng)側(cè)對(duì)短路點(diǎn)進(jìn)行電流傳輸，其余線(xiàn)路均不對(duì)短路點(diǎn)進(jìn)行電流傳輸。（4）配電線(xiàn)路導(dǎo)體采用以下兩種：①10kV電力線(xiàn)纜ZR-YJ22-3×300。依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范參數(shù)，其電抗值為0.0898Ω/km，電阻值為0.0795Ω/km。②而10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)選用JKYJ-240。據(jù)國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范參數(shù)，其導(dǎo)線(xiàn)外部徑長(zhǎng)為21.6mm，半徑為10.8mm。鑒于電阻與電抗兩項(xiàng)數(shù)值級(jí)別相等，因而在進(jìn)行計(jì)算處理時(shí)需對(duì)電阻進(jìn)行如下計(jì)算處理：

2.3 系統(tǒng)短路電流為25.5kA時(shí)短路電流衰減計(jì)算

系統(tǒng)短路阻抗值標(biāo)幺值為：

（1）針對(duì)選用10kV電力電纜導(dǎo)線(xiàn)ZR-YJ22-3×300的情況，針對(duì)其10kV側(cè)短路電流衰減的計(jì)算應(yīng)為：≤20，求解得L≥0.507km。

（2）針對(duì)選用10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)JKYJ-240的情況，針對(duì)其10kV側(cè)短路電流衰減的計(jì)算應(yīng)為：≤20，求解得L≥0.195km。

2.4 系統(tǒng)短路電流為32kA時(shí)短路電流衰減計(jì)算

系統(tǒng)短路阻抗值標(biāo)幺值為：

（1）針對(duì)選用10kV電力電纜導(dǎo)線(xiàn)的情況，針對(duì)其10kV側(cè)短路電流衰減的計(jì)算應(yīng)為：，求解得L≥0.965km。

（2）針對(duì)選用10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)的情況，針對(duì)其10kV側(cè)短路電流衰減的計(jì)算應(yīng)為：，求解得L≥0.373km。

3 結(jié)果分析

分析上述計(jì)算數(shù)據(jù)可得出如下幾項(xiàng)結(jié)論：（1）在選用10kV電力電纜出線(xiàn)之時(shí)，25.5kA的短路電流在行經(jīng)長(zhǎng)度超過(guò)0.507km的導(dǎo)線(xiàn)之后，其短路電流將下降至不足20kA。（2）同時(shí)在選用10kV電力電纜出線(xiàn)時(shí)，32kA短路電流在行經(jīng)0.965km導(dǎo)線(xiàn)之后，其短路電流將會(huì)降低至不足20kA。（3）在選用10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)出線(xiàn)之時(shí)，25.5kA短路電流在行經(jīng)超過(guò)0.195km的導(dǎo)線(xiàn)以后，短路電流將會(huì)下降至不足20kA。（4）同時(shí)在選用10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)出線(xiàn)時(shí)，32kA短路電流在行經(jīng)長(zhǎng)度超過(guò)0.373km的導(dǎo)線(xiàn)之時(shí)，其短路電流將會(huì)下降至不足20kA。

短路電流計(jì)算水平年程度，選用10kV電力電纜出線(xiàn)亦或是選用10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)出線(xiàn)，各自經(jīng)由0.507km、 0.195km電氣距離之后和短路電流水平為20kA的配網(wǎng)設(shè)備互相連接，可確保即便是在最大短路電流狀況下，配網(wǎng)設(shè)備仍安全可靠。在遠(yuǎn)期主網(wǎng)10kV側(cè)短路電流水平達(dá)到32kA之時(shí)，選用10kV電力電纜出線(xiàn)亦或是10kV架空絕緣鋼芯鋁絞線(xiàn)出線(xiàn)，各自行經(jīng)0.965km、0.373km電氣距離后和短路短路電流水平為20kA的配網(wǎng)設(shè)備互相連接，可確保即便是在最大短路電流狀況下，配網(wǎng)設(shè)備仍然能夠安全可靠的運(yùn)行。為確保計(jì)算值可具備一定的富?？臻g，上述計(jì)算短路電流均略高于最大短路電流，電力電纜和架空出導(dǎo)線(xiàn)截面也都選用同一電壓級(jí)別當(dāng)中較大的導(dǎo)線(xiàn)。在具體施工應(yīng)用時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)截面會(huì)較小一些，短路電流在下降到20kA后其電氣距離也將有所下降。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，經(jīng)上述計(jì)算及分析表明，目前我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)主配網(wǎng)間對(duì)10kV設(shè)備不同短路電流的水平規(guī)定并不存在具體性的沖突影響。主網(wǎng)10kV設(shè)備短路電流水平相較于同等電壓級(jí)別配網(wǎng)而言要更高一些，重點(diǎn)需考慮主網(wǎng)和配網(wǎng)間連接導(dǎo)線(xiàn)對(duì)短路電流的衰減效應(yīng)。在220kV變電站應(yīng)用高阻抗主變壓器對(duì)短路電流采取限制以后，絕大多數(shù)的配網(wǎng)設(shè)備均可符合于安全運(yùn)行需求。

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