何 芳

(濱州學(xué)院 電氣工程學(xué)院，山東 濱州 256603)

在電力系統(tǒng)的設(shè)計、運行,電氣設(shè)備的選擇、校驗，配置各種繼電保護和自動裝置以及電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析中，短路電流的計算結(jié)果是不可缺少的參考依據(jù)之一[1-2]。而隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的手算越來越不能滿足工程計算的需要，基于各種計算機技術(shù)的仿真軟件應(yīng)運而生，其中電力系統(tǒng)綜合自動化平臺(PSASP)是比較常用的一個軟件。PSASP是中國電力科學(xué)院研發(fā)的一套用于電力系統(tǒng)分析的軟件包[3]，它可靠性高、計算功能強大、人機界面友好，真正實現(xiàn)了圖模一體化，且故障設(shè)置靈活，輸出結(jié)果多樣?；赑SASP的短路電流計算結(jié)果可以為發(fā)電機、變電站以及整個電力系統(tǒng)的設(shè)計和運行提供依據(jù)，也是合理配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)的依據(jù)。在設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時，為了比較各種不同方案的接線圖， 確定是否需要采取限制短路電流的措施等，都要進行必要的短路電流計算，這是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)。

1 基于PSASP的電力系統(tǒng)短路計算方案

利用PSASP計算短路電流時，定義方式有兩種：基于潮流和基于方案。

基于潮流的短路計算。首先要建立電力網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型并賦予電網(wǎng)的運行斷面，然后進行潮流計算并收斂。基于潮流的短路計算的數(shù)據(jù)來源于收斂的潮流計算的數(shù)據(jù)及結(jié)果。

基于方案的短路計算?；A(chǔ)數(shù)據(jù)取自所基于的方案，它是對短路計算結(jié)果的一種估算方法，在計算之前先進行一定的設(shè)置，主要包括:(1)忽略負荷，把發(fā)電機的電動勢設(shè)置為1∠00p.u；(2)變壓器變比為平均額定電壓之比，并忽略線路的電阻及導(dǎo)納支路；(3)在(2)條件下，可對“考慮電壓系數(shù)C”及“考慮負荷”兩個條件進行選擇。

兩種方案的比較。在基于潮流進行短路計算時，其中的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、正序參數(shù)和節(jié)點發(fā)電、負荷等計算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均取自潮流計算的計算數(shù)據(jù)和結(jié)果。程序只計算短路電流周期分量起始值“IK”。在進行基于方案的短路計算時，PSASP提供5種計算條件組合，其計算也需選擇一個潮流計算。該潮流計算可以沒有計算結(jié)果，即不進行潮流計算。在這里，可以將潮流計算庫看作是短路計算庫。

1.1 基于PSASP計算短路的流程

(1)在圖模一體化平臺上建立模型并按數(shù)據(jù)組錄入原始數(shù)據(jù)，形成電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。(2)進行潮流計算[4-7]形成電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運行斷面。(3)進行短路作業(yè)定義，并設(shè)置短路相關(guān)信息(短路點、短路類型、短路方案、短路參數(shù)設(shè)置等)。(4)執(zhí)行短路計算。(5)查看和輸出短路計算結(jié)果。

1.2 基于PSASP的外網(wǎng)等值

圖1 基于PSASP外電網(wǎng)的等值

1.3 PSASP短路計算條件的設(shè)置

(1)自定義條件。選擇該項時，用戶可指定計算考慮的條件，此時計算條件均可選。

(2)PSASP基本計算方法(“E”=1)。選擇該項時，計算條件均無效且不可選，程序按照發(fā)電機電抗后電勢為 1∠0° p.u計算全網(wǎng)開路電壓。

(3)考慮繼電保護整定規(guī)則條件。選擇該項時，前10個計算條件均無效，但“忽略支路電阻”“忽略變壓器非標準變比”和“不考慮交流線對地電容(B/2)”均默認選中。此時，程序?qū)凑绽^電保護整定規(guī)程規(guī)定的方法進行計算。

(4)考慮國家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計算技術(shù)規(guī)范條件。選擇該項時，“考慮電壓系數(shù)C”和 “考慮負荷”條件有效，且“考慮負荷為恒阻抗”和“只考慮負荷中的感應(yīng)電動機部分”兩個條件可選，此時，程序?qū)凑諊译娋W(wǎng)安全穩(wěn)定計算技術(shù)規(guī)范規(guī)定的計算條件進行計算。

(5)考慮國家短路計算標準條件。選擇該項后，程序?qū)⒏鶕?jù)國家短路電流計算標準進行計算，此時前 7 個計算條件選擇框均不可編輯，除“忽略支路電阻”項外，其余各相均選中；“不考慮串聯(lián)電容器”項有效，默認選中。

2 仿真計算分析

2.1 搭建電網(wǎng)模型

本文所采用的仿真模型為五節(jié)點電力系統(tǒng)，如圖2所示，系統(tǒng)有5個節(jié)點編號為1～5，有4條線路編號為AC_1～AC_4,一個變壓器支路編號為T2W_1，兩個發(fā)電機編號為Gen_1,Gen_2，還有2個負荷編號為Load_1,Load_2。采用的仿真模型的系統(tǒng)的基礎(chǔ)容量為100 MV·A。其中發(fā)電機Gen_1為外網(wǎng)輸電線路等值出來的等值發(fā)電機，在潮流計算時將其設(shè)置為平衡節(jié)點。

圖2 五節(jié)點電力系統(tǒng)仿真模型

2.2 基于潮流的短路計算

(1)變壓器接線方式不同，短路電流的計算結(jié)果。變壓器有4種接線方式：IG(I側(cè)接地)、JG(J側(cè)接地)、IJ(I側(cè)和J側(cè)相連)、NO(無連接)。采用不同的接線方式，各母線故障的短路電流標幺值的大小如表1所示(AB為兩相短路、ABG為兩相接地短路、AG為單相接地短路、ABC為三相短路)，其電流的基準值為0.5 kA。

(2)變壓器的接線方式對短路電流的影響。結(jié)合表1分析，由公式

(1)

(2)

可知，變壓器的接線方式對三相短路和兩相短路的故障電流沒有影響，因為相間短路不需要以接地線作為流通的回路[9]，相反，變壓器的接線方式對接地短路影響很大。

變壓器IG接線方式等同于YG/△接線方式，短路點和變壓器接地中性點形成了短路的流通回路，故X∑0≠∞。當發(fā)生單相接地故障時，由公式

(3)

知故障電流比較大；當發(fā)生兩相接地故障時，由公式

(4)

(5)

可知短路電流也很大。此時兩相短路和兩相接地的短路電流不相同。

變壓器JG接線方式相當于△/YG，當在母線1～4發(fā)生接地短路故障時，由于短路側(cè)變壓器采用△接線，無法形成零序電流的流通回路，故X∑0≠∞;當發(fā)生單相接地故障時，由公式(3)可知，故障電流為0;當發(fā)生兩相接地故障時，由公式(4)和(5)可知，其短路電流等于兩相短路電流[10]。而母線5發(fā)生接地短路時，由于短路側(cè)變壓器采用YG接線，可以形成零序電流的流通回路，故X∑0≠∞，因此母線5處發(fā)生單相接地短路時，有比較大的短路電流。

表1 變壓器接線方式改變時，短路電流計算的標幺值

變壓器的IJ和NO接線方式，由于變壓器中性點不接地，故無法形成零序電流的流通回路，故X∑0≠∞，因此在母線1～5處發(fā)生單相接地短路時，由公式(3)～(5)可知，故障電流為0，發(fā)生兩相接地短路時，其短路電流等于兩項短路電流。

2.3 基于方案的短路計算

基于方案的不同算法模型，短路計算結(jié)果如表2所示。由于設(shè)置中主要考慮電壓系數(shù)C和負荷模型兩個因素，故主要討論電壓系數(shù)C和負荷模型對短路電流的影響。

表2 不同算法模型，短路電流計算的標幺值

3 結(jié)語

本文利用電力系統(tǒng)綜合自動化平臺(PSASP)搭建了一個常用的五節(jié)點電力系統(tǒng)模型，進行了各種短路故障的計算，并分析了基于潮流的短路計算時，變壓器的接線方式對不對稱短路電流的影響；以及基于方案的短路計算時，電壓系數(shù)和負荷模型對三相對稱短路電流的影響。