站內(nèi)流經(jīng)變壓器套管的短路電流計(jì)算分析

劉龍龍，劉 宏

（1.山西地方電力有限公司電網(wǎng)分公司，山西 太原030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原030001）

0 引言

變壓器短路電流計(jì)算是變壓器抗短路校核的重要依據(jù)，將理論計(jì)算得到的流經(jīng)變壓器套管短路電流與實(shí)際變壓器能夠承受的最大短路電流進(jìn)行比較，對(duì)于不滿足要求的變壓器可采取抗短路能力改造、低壓側(cè)加裝限流電抗器等技術(shù)措施。對(duì)于單臺(tái)變壓器運(yùn)行的變電站，其短路電流計(jì)算比較明確，但對(duì)于多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行的變電站而言，短路電流計(jì)算方法相對(duì)復(fù)雜，如果忽略運(yùn)行方式對(duì)變壓器短路電流的影響，則會(huì)造成計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行電流存在較大的差別。

1 單臺(tái)變壓器短路電流計(jì)算

短路阻抗與短路電流折算公式如下。

式中，Uk為變壓器短路電壓；IN為變壓器短路電流；UN為變壓器額定電壓；Id為變壓器額定電流；R為變壓器內(nèi)阻。

以電力變壓器阻抗為基準(zhǔn)，將系統(tǒng)阻抗折算為標(biāo)幺值Z*S

式中，ZS為系統(tǒng)阻抗值；ZN為電力變壓器阻抗值；UN為系統(tǒng)額定電壓；SS為系統(tǒng)容量，可根據(jù)母線短路電流IS計(jì)算得出SN為電力變壓器容量。

如果未給出系統(tǒng)母線短路電流值，則根據(jù)GB 1094.5—2008《電力變壓器 第5部分：承受短路的能力》中給出的系統(tǒng)容量直接確定。

圖1為三相對(duì)稱短路等值電路圖。一般情況下，在三相對(duì)稱短路的條件下計(jì)算站內(nèi)變壓器流經(jīng)套管的短路電流。對(duì)于已折算到參考溫度、額定容量和額定頻率下的每對(duì)繞組的短路阻抗百分值，通過計(jì)算得到每個(gè)繞組的等效阻抗，計(jì)算公式如下。

圖1三對(duì)相稱短路等值電路圖

式中，XHM為變壓器高-中壓側(cè)短路阻抗；XHL為變壓器高-低壓側(cè)短路阻抗；XML為變壓器中-低壓側(cè)短路阻抗。

以500 kV某變壓器計(jì)算為例，額定容量比SNH/SNM/SNL=250/250/66.7（MVA）、電壓比UNH/UNM/UNL=303/133/36（kV），高-中阻抗15.86%、高-低阻抗55.01%、中-低阻抗36.71%，高壓側(cè)母線短路電流ISH=28.14 kA，中壓側(cè)母線短路電流ISM=41.23 kA，低壓側(cè)母線短路電流ISL=33.24 kA。各種計(jì)算值如下：全容量下高壓側(cè)額定電流INH=全容量下中壓側(cè)額定電流全容量下低壓側(cè)額定電流變壓器高壓繞組等值阻抗變壓器中壓繞組等值阻抗-1.22%；變壓器低壓繞組等值阻抗XT3=（XHL+高壓側(cè)短路容量SH=3×UNH×ISH=25 585 MVA；中壓側(cè)短路容量SM=3×UNM×ISM=16 424 MVA；低 壓 側(cè) 短 路 容 量SL=3×UNL×ISL=3 590 MVA；高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗2.93%；中壓側(cè)系統(tǒng)阻抗低壓側(cè)系統(tǒng)阻抗

a）低壓側(cè)三相短路時(shí)（等值電路見圖2），短路等值阻抗計(jì)算公式為ZLD=XT3+（XH+XT1）/（XM+XT2）=40.8%，流經(jīng)低壓套管的短路電流計(jì)算公式為可算出此時(shí)流經(jīng)高、中套管的短路電流值為

圖2單臺(tái)低壓側(cè)三相短路等值電路圖

b）中壓側(cè)三相短路時(shí)（等值電路見圖3），短路等值阻抗計(jì)算公式為ZMD=XH+XT1+XT2=18.79%，

佛像的當(dāng)代性，是指以當(dāng)下的審美理念塑造的佛像，符合當(dāng)下人們的審美習(xí)慣，并在理念、形式、樣式上有別于其他時(shí)期，但這種時(shí)代特征必須是在如法的范圍內(nèi)，目前國內(nèi)有許多藝術(shù)家在探討嘗試中，能否成為這個(gè)時(shí)代的典型之作需要塑造者不斷的探索與時(shí)間的沉淀。

圖3單臺(tái)中壓側(cè)三相短路等值電路圖

c）高壓側(cè)三相短路時(shí)（等值電路見圖4），短路等值阻抗計(jì)算公式為ZHD=XH+XT1+XT2=20.42%，

高壓側(cè)三相短路時(shí)，中壓繞組流過的短路電流均小于中壓側(cè)三相短路時(shí)中壓繞組流過的短路電流，因此實(shí)際計(jì)算時(shí)，高、中壓側(cè)流經(jīng)繞組的最大短路電流值均按照中壓側(cè)三相短路情形計(jì)算。

圖4單臺(tái)高壓側(cè)三相短路等值電路圖

2 多臺(tái)變壓器短路電流計(jì)算

算例：220 kV某變電站共有2臺(tái)主變，主變?nèi)萘烤鶠?80/180/90（MVA），額定電壓比為［（220±8）×1.25%］/115/37，高-中壓短路阻抗13.75%，高-低壓短路阻抗23.58%，中-低壓短路阻抗7.66%。220 kV側(cè)系統(tǒng)短路容量13 615 MVA，110 kV側(cè)系統(tǒng)短路容量2 653 MVA。

第一種運(yùn)行方式（具體的等值電路見圖5）：高壓側(cè)供電，中壓側(cè)、低壓側(cè)獨(dú)立運(yùn)行，中壓側(cè)、低壓側(cè)無電源。這種運(yùn)行方式常見于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、系統(tǒng)短路容量較大的地區(qū)，且站內(nèi)110 kV側(cè)尚未接入系統(tǒng)電源。此時(shí)，低壓側(cè)三相短路等值阻抗

圖5第一種運(yùn)行方式等值電路圖

第二種運(yùn)行方式（具體的等值電路見圖6）：高壓側(cè)供電，中壓側(cè)、低壓側(cè)并列運(yùn)行，中壓側(cè)、低壓側(cè)無電源，站內(nèi)110 kV側(cè)尚未接入系統(tǒng)電源。此時(shí)，低壓側(cè)三相短路等值阻抗ZLD=

第三種運(yùn)行方式（具體的等值電路如圖7所示）：高壓側(cè)無電源，中壓側(cè)供電，低壓側(cè)無電源。此時(shí)，低壓側(cè)三相短路等值阻抗ZLD=XM+

圖6第二種運(yùn)行方式等值電路圖

圖7第三種運(yùn)行方式等值電路圖

第四種運(yùn)行方式（具體的等值電路如圖8所示）：高壓側(cè)、中壓側(cè)均有電源，低壓側(cè)無電源，中、低壓側(cè)分列運(yùn)行。此種運(yùn)行方式能降低短路電流。此時(shí)，低壓側(cè)三相短路等值阻抗為ZLD=XT3+

圖8第四種運(yùn)行方式等值電路圖

第五種運(yùn)行方式（具體的等值電路見圖9）：高壓側(cè)、中壓側(cè)均有電源，低壓側(cè)無電源，高、中壓側(cè)并列運(yùn)行，低壓側(cè)分列運(yùn)行，降低2臺(tái)變壓器不平衡負(fù)載率。此時(shí)，低壓側(cè)三相短路阻抗

圖9第五種運(yùn)行方式等值電路圖

第六種運(yùn)行方式（具體的等值電路見圖10）：高壓側(cè)、中壓側(cè)均有電源，低壓側(cè)無電源，中、低壓側(cè)并列運(yùn)行。此時(shí)，低壓側(cè)三相短路等值阻抗

圖10第六種運(yùn)行方式等值電路圖

通過上述六種運(yùn)行方式比對(duì)，可以發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)三相短路等值阻抗最小時(shí)發(fā)生在第六種運(yùn)行方式，其對(duì)應(yīng)短路電流最大。

這種2臺(tái)變壓器完全并列運(yùn)行方式應(yīng)嚴(yán)格避免。當(dāng)前，運(yùn)行單位往往采用第五種運(yùn)行方式，高中壓并列、低壓分列運(yùn)行，有些變電站在此基礎(chǔ)上將中壓也分列運(yùn)行，即轉(zhuǎn)變?yōu)榈谒姆N運(yùn)行方式，進(jìn)一步提高低壓側(cè)三相短路時(shí)等值阻抗。

3 結(jié)束語

本文通過對(duì)單臺(tái)變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)短路情況進(jìn)行計(jì)算，得出高、中壓側(cè)最大短路電流值均按中壓側(cè)三相短路的情形進(jìn)行分析的結(jié)論。對(duì)于站內(nèi)2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行情況，分析了各種不同運(yùn)行方式下短路阻抗的計(jì)算方法，為后期站內(nèi)流經(jīng)套管最大短路電流計(jì)算提供參考，是變壓器抗短路能力校核的重要依據(jù)。