武健超 崔亞瓊

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

唐海一排干泵站改造工程的三相短路電流計算

武健超 崔亞瓊

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

三相短路電流計算是供配電系統(tǒng)的重要計算，本文計算了唐海一排干泵站改造工程的三相短路電流計算，根據(jù)計算結(jié)果優(yōu)化了主接線型式，降低了設(shè)備規(guī)格。

三相短路電流計算 標(biāo)么值

引言

在供配電系統(tǒng)的運行過程中，不可避免的會發(fā)生各種類型的故障和不正常的運行狀態(tài)，而其中短路故障對供配電系統(tǒng)的正常運行和電氣設(shè)備的危害是最嚴(yán)重的。因此在供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行工作中，都必須事先進行短路計算，根據(jù)計算結(jié)果來合理選擇電氣接線、選用有足夠熱穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度的電氣設(shè)備及載流導(dǎo)體，對各種保護裝置進行整定計算和靈敏度校驗。因此準(zhǔn)確計算短路電流是非常必要的。

1 工程簡介

唐?？h一排干泵站于1983年5月建成，原設(shè)有13臺水泵，由系統(tǒng)引接1路35kV高壓線路至泵站東側(cè)的戶外變電站，變電站內(nèi)設(shè)置2臺2000kVA的主變壓器（并列運行）和1臺100kVA的站用變壓器，降壓至0.4kV母線供13臺排水泵及站用電負(fù)荷用電。輸電線路為3.2km的LGJ-120和16.8km的LGJ-185。13臺水泵為8臺130kW和5臺280kW。泵站運行多年，電氣設(shè)備陳舊，型號落后，均需更換。

2 短路類型

常見的短路類型分為三相短路、兩相短路、兩相接地短路、單相接地短路。三相短路屬于對稱性短路；其他形式的短路屬于非對稱性短路。根據(jù)實際運行情況表明，在中性點直接接地的供電系統(tǒng)中發(fā)生的故障往往是單相接地，而發(fā)生三相短路的情況很少。但是一般情況短路電流以三相短路情況最大，對設(shè)備的影響也是最嚴(yán)重的。為了使供電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備能在最嚴(yán)重的短路情況下保證設(shè)備不損壞，在選擇電氣設(shè)備時用三相短路電流作為設(shè)備選擇校驗電流。

3 三相短路電流計算

3.1 無窮大供電系統(tǒng)

所謂無窮大系統(tǒng)，是指供電電源容量相對用戶供電系統(tǒng)容量大得多的供配電系統(tǒng)。唐海一排干泵站改造工程中電力供電系統(tǒng)相對于泵站供配電系統(tǒng)而言阻抗小得多，當(dāng)泵站供配電系統(tǒng)發(fā)生故障時，電力供電系統(tǒng)變電所母線電壓幾乎維持不變，因此可以認(rèn)為給泵站供電的電力系統(tǒng)為無窮大供電系統(tǒng)。

3.2 電動機對短路電流的影響

在供配電系統(tǒng)中，如果接有電動機可將其視為附加電源，做短路計算時可按有限電源容量考慮。

3.

3 利用標(biāo)么值計算

采用標(biāo)么值方法進行計算，首先根據(jù)基準(zhǔn)電抗和基準(zhǔn)電壓計算出各元件的標(biāo)么電抗，再根據(jù)系統(tǒng)圖化簡計算出各電源至短路點的直聯(lián)電抗，并歸算為計算電抗，利用公式計算短路電流值和短路容量。

3.4 計算公式

采用標(biāo)么值相結(jié)合的方法進行計算，主要計算公式有：

（1）無限大電源容量系統(tǒng)提供的三相短路電流周期分量有效值：

式中，Iz//(3)為系統(tǒng)提供的瞬時次暫態(tài)三相短路電流周期分量有效值(kA)；

Ij為基準(zhǔn)電流，此處基準(zhǔn)電流=計算電流

Sj為基準(zhǔn)容量，MVA；

Uj為基準(zhǔn)電壓，kV。

（2）n臺異步電動機提供的反饋電流周期分量初始值：

kstM為電機反饋電流倍數(shù)，取其啟動電流倍數(shù)，取6.5；

IrM為電動機額定電流，A。

（3）n臺異步電動機提供的反饋電流峰值：

式中，IpM為異步電動機提供的反饋電流峰值，kA；

kpMi為第i臺電機反饋電流峰值系數(shù)；

IrMi為第i臺電動機額定電流，A；

kstMi為第i臺電機反饋電流倍數(shù)，取其啟動電流倍數(shù)。

計入異步電機影響后的短路電流：

1）三相短路電流交流分量初始值

式中，I"s為由系統(tǒng)送至短路點的三相短路電流初始值。

2）短路電流峰值

式中，kps為由系統(tǒng)饋送的短路電流峰值系數(shù)，取1.54；

kpM為電機反饋電流峰值系數(shù)。

3.5 基準(zhǔn)容量選擇

基準(zhǔn)容量：Sj=1000MVA；基準(zhǔn)電壓：Uj=Uav

4 電氣設(shè)備選擇校驗

電氣設(shè)備的選擇是供配電系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容之一，在選擇時應(yīng)根據(jù)供配電系統(tǒng)的實際情況，按照有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，在保證系統(tǒng)安全可靠的前提下，爭取做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、節(jié)約能源等目的。

電氣設(shè)備的選擇應(yīng)從以下幾個方面入手：

（1）按設(shè)備工作的環(huán)境條件選擇如海拔、溫度、濕度、戶內(nèi)/戶外等。

（2）按正常工作狀態(tài)選擇，包括電壓、電流、頻率、開斷電流等。

（3）按短路狀態(tài)效驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。

各電氣設(shè)備進行選擇和效驗的項目見表1。

表1 各電氣設(shè)備進行選擇和效驗的項目

斷路器、隔離開關(guān)、熔斷器選擇可以根據(jù)額定電壓、額定電流等正常值進行選擇設(shè)備型號，校驗可根據(jù)選擇產(chǎn)品給出的額定峰值耐受短路電流和額定短路耐受電流等設(shè)備參數(shù)比對計算出的短路電流值校驗。

銅排的校驗采用熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定及機械共振條件校驗。

5 本工程實際計算

根據(jù)負(fù)荷情況計算變壓器容量仍采用原有容量。

按原有接線方式畫出系統(tǒng)圖,系統(tǒng)圖見圖1。按變壓器出口做為故障點計算供電系統(tǒng)的短路電流。

圖1 兩臺變壓器并列運行短路系統(tǒng)圖

前面已經(jīng)討論過本工程電力供電系統(tǒng)按無窮大系統(tǒng)考慮，基準(zhǔn)值選擇Sj=1000MVA輸電線路阻抗計算：

變壓器阻抗：Uk=0.07 SnB=2

兩臺主變低壓側(cè)短路電流：

電動機反饋電流周期分量的初始值：

三相短路電流交流分量初始值

短路電流峰值

各水泵控制柜分布于泵房內(nèi)，從低壓柜至控制柜采用母線槽連接，由得到三相短路電流初始值及峰值可知母線槽、斷路器、柜內(nèi)銅排等各設(shè)備的選型規(guī)格檔次必定較高，投資勢必不小。因此考慮將變壓器低壓側(cè)單母線接線改為分段母線，兩臺變壓器各自帶部分水泵負(fù)荷，選擇一臺變壓器出口為故障點重新計算短路電流。系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 兩臺變壓器獨立運行短路系統(tǒng)圖

供電系統(tǒng)仍按無窮大系統(tǒng)考慮，基準(zhǔn)值選擇Sj=1000MVA

輸電線路阻抗計算：

變壓器阻抗：Uk=0.07 SnB=2

主變低壓側(cè)短路電流：

電動機反饋電流周期分量的初始值：

三相短路電流交流分量初始值

短路電流峰值

從結(jié)果可以看出短路電流明顯減小，基本上可以減小到一半左右，此時電氣設(shè)備的參數(shù)選擇將大大降低，設(shè)備投資從而降低。故在泵站改造過程中，將低壓母線改為分段母線，兩段母線設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

6 結(jié)論

變配電系統(tǒng)是水利工程應(yīng)用的重要組成部分，它直接影響到工程運行的可靠、安全、經(jīng)濟，為了保證系統(tǒng)主接線方式、供配電設(shè)備的選擇安全、經(jīng)濟，進行短路計算是十分必要的。此外除了本文提到各設(shè)備的校驗需要短路電流，在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，也需要以短路電流為依據(jù)的。

圖2 1號橡膠壩實景圖

3.4 景觀考慮

灤河灤縣段河道防洪綜合治理工程是近年來灤縣景觀開發(fā)的重要舉措，是沿河景觀建設(shè)的先行軍，1號橡膠壩作為該工程的控制性工程，在設(shè)計過程中，通過從工程布置、壩袋顏色選擇、橡膠壩兩側(cè)平臺、砌石護坡設(shè)上堤臺階、泵房地表選用仿古建筑、灘地及邊坡防護表層設(shè)腐殖土便于園林綠化造景等多方面進行了考慮，為后期景觀建設(shè)提供便利條件。

4 結(jié)語

（1）本文結(jié)合橡膠壩工程的設(shè)計特點，重點討論了橡膠壩壩袋曲線和底板順?biāo)鞣较蜷L度的確定方法，這為壩袋體積、工程量計算以及底板穩(wěn)定計算提供了直接依據(jù)，至于橡膠壩工程設(shè)計所涉及的過流、消能、穩(wěn)定計算及防滲設(shè)計均為水工設(shè)計上常規(guī)計算內(nèi)容，可直接參考《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）進行設(shè)計。

（2）近年來，橡膠壩在河道綜合治理、濕地、景觀水域等建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，1號橡膠壩作為灤河灤縣段防洪綜合治理工程的控制性工程，在設(shè)計過程中充分考慮為后期景觀建設(shè)提供便利條件，壩址建筑作為景觀節(jié)點，與灤河右岸研山山水相映，其形成的蓄水水面和沿線風(fēng)光帶，給灤河河道帶來了靈動和生氣，也為灤縣灤州古城的景觀建設(shè)和開發(fā)提供了無盡的想象力空間和可能性。

1 橡膠壩技術(shù)規(guī)范[S].(SL227-98).中國水利水電出版社,1999.

2 水閘設(shè)計規(guī)范[S].(SL265-2001).中國水利水電出版社,2001.

3 高本虎.橡膠壩工程技術(shù)指南（第二版）[M].北京：中國水利水電出版社,2006.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.017

TV675

B

1672-2469(2014)12-0048-04

武健超（1985年—），男，助理工程師。