CN104897945A - 380v电力系统三相短路电流修正曲线建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气领域，公开了一种380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法，该方法包括：S1)计算变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X；S2)根据所述变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X计算变压器高压侧到短路点的阻抗Z；S3)根据所述变压器高压侧到短路点的阻抗Z计算短路电流I_d；S4)根据电缆从始端到短路点的长度L和所述短路电流I_d的函数关系建立三相短路电流修正曲线。利用该方法建立的380V电力系统三相短路电流修正曲线更加精确，方便于电力系统设计人员更精确地计算380V电力系统三相短路电流。

Description

380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法

技术领域

本发明涉及电气领域，具体地，涉及一种380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法。

背景技术

在发电厂电力系统设计中，“380V电力系统三相短路电流曲线”是一种实用型计算工具，它反映的是在电网和发电厂组成的某种电力系统条件下，不同的低压厂变、不同的电缆型号和长度，对应着不同的三相短路电流值。在以往的电力系统设计规程和手册中，如1989年出版的《电力工程电气设计手册(电气一次部分)》、2002年出版的《火力发电厂厂用电设计技术规程(DL/T5153-2002)》等，都收录了这种曲线。长期以来，电力系统设计人员都是以上述规程和手册中的曲线为依据，计算380V系统三相短路电流，并进行系统设计、设备选型和继电保护整定计算等工作。然而以上规程和手册都是在较早时期编制的，当时电力系统的发电机组既少又小，相应的电网短路容量也小，从而380V系统三相短路电流也相对较小。

本世纪初国家电力体制改革政策实施后，全国电力系统得到了迅速发展，发电装机容量迅速扩大，电网短路容量也相应增大了许多，另外随着电力系统广泛采用不同型式的低压变压器，其参数的变化也对短路电流也造成了一定影响，目前的380V电力系统三相短路电流已经有所增大，因此有必要结合当前电网和发电厂的实际特征，建立一种新的380V电力系统三相短路电流修正曲线。

发明内容

本发明的目的是提供一种380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法，该修正曲线建立方法可以更加精确地建立380V电力系统三相短路电流修正曲线，以便于电力系统设计人员更精确地计算380V电力系统三相短路电流。

为了实现上述目的，本发明提供一种380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法，该方法包括：S1)计算变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X；S2)根据所述变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X计算变压器高压侧到短路点的阻抗Z；S3)根据所述变压器高压侧到短路点的阻抗Z计算短路电流I_d；S4)根据电缆从始端到短路点的长度L和所述短路电流I_d的函数关系建立三相短路电流修正曲线。

通过上述技术方案，先后计算变压器高压侧到短路点的电阻R、变压器高压侧到短路点的电抗X、变压器高压侧到短路点的阻抗Z和短路电流I_d，在利用电缆从始端到短路点的长度L和计算出的短路电流I_d的函数关系建立380V电力系统三相短路电流修正曲线。利用该方法建立的380V电力系统三相短路电流修正曲线更加精确，方便于电力系统设计人员更精确地计算380V电力系统三相短路电流。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明提供的380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法的流程图；

图2是本发明提供的2500KVA低压厂变对应的380V电力系统三相短路电流修正曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是本发明提供的380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法的流程图。如图1所示，380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法包括：S1)计算变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X；S2)根据所述变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X计算变压器高压侧到短路点的阻抗Z；S3)根据所述变压器高压侧到短路点的阻抗Z计算短路电流I_d；S4)根据电缆从始端到短路点的长度L和所述短路电流I_d的函数关系建立三相短路电流修正曲线。

低压厂用变压器(下文称低压厂变)一般采用2500KVA、2000KVA、1600KVA、1250KVA、1000KVA、800KVA等不同容量等级的干式变压器，低压侧采用铝母线，馈线采用铝芯电缆。

上文中变压器高压侧到短路点的电阻R可通过公式(1)得出：

R＝R_b+R_m+R_L         (1)

其中R_b为变压器线圈电阻，R_m为母线电阻，R_L为电缆电阻。

公式(1)中的电缆电阻R_L由于电缆截面和电缆从始端到短路点的长度不同而不同，由于电力系统现场多用低压三芯铝芯塑料绝缘电缆，因此本发明以此电缆为准，具体参数可以参考表1。表1是低压三芯铝芯塑料绝缘电缆三相短路时的电阻。表1中，以第一组数据为例，2(3×150)代表2根并排的三芯铝芯塑料绝缘电缆，截面为150mm²，每米电阻为0.126mΩ。至于其它组则不在赘述。R_L为每米电阻R₁与电缆长度的乘积。

表1低压三芯铝芯塑料绝缘电缆三相短路时的电阻(mΩ)

公式(1)中的母线电阻R_m电阻很小，对整个380V电力系统的影响甚微，因此可以统一按照铝母线截面为200mm×20mm，长20m计算，而电抗忽略不计。因此R_m为一固定值，约为0.177mΩ。

公式(1)中变压器线圈电阻R_b可通过公式(2)得出：

$R_b=\frac{P_d{U_e}^2}{{S_e}^2}\×{10}^3---\left(2\right)$

其中，P_d为变压器额定负载的短路损耗，U_e为变压器额定电压，S_e为变压器额定容量。

公式(2)中，P_d、U_e和S_e均为已知量，具体参数如表2所示，U_e为U_1e或U_2e，U_1e为变压器一次侧(高压侧)额定电压，U_2e为变压器二次侧(低压侧)额定电压。

表2低压厂变参数表

Se(KVA)	U1e(KV)	U2e(KV)	Ud(％)	Pd(KW)
					2500	6	0.4	12	20.95
2000	6	0.4	10	15.62
					2000	6	0.4	6	14.37
1600	6	0.4	8	12.09
					1600	6	0.4	6	10.52
1250	6	0.4	6	8.46
					1000	6	0.4	6	8.12
1000	6	0.4	4	7.25
					800	6	0.4	6	6.72
800	6	0.4	4	5.26

另外，上文所述变压器高压侧到短路点的电抗X可通过公式(3)得出：

X＝X_b+X_L+X_s         (3)

其中X_b为变压器线圈电抗，X_L为电缆电抗，X_s为系统电抗。

公式(3)中电缆电抗X_L参数可以参照表3，X_L为每米电抗X₁与电缆长度的乘积。

表3低压三芯铝芯塑料绝缘电缆三相短路时的电抗(mΩ)

公式(3)中的系统电抗X_s由电网、主变和高厂变电抗加和得到，由于发电机组型式各异，参数差别很大，短路容量也不相同。本发明以FG电厂为例，该电厂为空冷方式，高压厂变容量较大。电网联系电抗标幺值取常规值0.005，额定容量基准值S_j取100MVA，额定电压基准值U_j取0.4KV，则通过公式：和计算得到电抗基准值X_j＝1.6mΩ。通过公式计算得出主变标幺值为0.0192，通过公式计算出高厂变标幺值为0.2251，电网、主变和高厂变电抗即为各自的标幺值与电抗基准值X_j的积，因此计算得出系统电抗X_s约为0.3989mΩ。

公式(3)中的变压器线圈电抗X_b可通过公式(4)得出：

$X_b=\frac{10\×U_x\%\×{U_e}^2}{S_e}\×{10}^3---\left(4\right)$

其中U_x％为变压器电抗电压百分值。

公式(4)中U_e与S_e均为已知值，可以从表2中得到。

公式(4)中的变压器电抗电压百分值U_x％可通过公式(5)得出：

$U_x\%=\sqrt{U_d{\%}^2-{\left(\frac{R_d}{{10S}_e}\right)}^2}---\left(5\right)$

其中U_d％为变压器短路阻抗百分值。

公式(5)中P_d、S_e和U_d％均可以从表2中得到。

在计算出变压器高压侧到短路点的电阻R和变压器高压侧到短路点的电抗X后，变压器高压侧到短路点的阻抗Z已可以通过以下公式得出：将上述各参数与公式应用至本公式中，可以得到如下公式：

$Z=\sqrt{{(R_b+R_m+R_{1}L)}^2+{(X_b+X_{1}L+X_s)}^2}.$

最后，可通过公式计算短路电流I_d，其中U_2e为变压器低压侧额定电压，U_2e为0.4(参考表2)。将上述各参数与公式应用至本公式中，可以得到如下公式： $I_d=\frac{U_{2e}}{\sqrt{3}\sqrt{{(R_b+R_m+R_{1}L)}^2+{(X_b+X_{1}L+X_s)}^2}}.$

图2是本发明提供的2500KVA低压厂变对应的380V电力系统三相短路电流修正曲线。以2500KVA低压厂变为例，利用上文所述公式(1)-(5)，可以计算各种截面的电缆中不同电缆长度对应的三相短路电流，并在电缆截面不变的情况下多次带入不同的电缆长度，得到不同的三相短路电流，并绘制如图2所示的修正曲线。利用此2500KVA低压厂变的三相短路电流修正曲线，电力系统设计人员可以极为方便也更加精确地计算2500KVA低压厂变的三相短路电流，并进行系统设计、设备选型和继电保护整定计算等工作。

2000KVA、1600KVA、1250KVA、1000KVA和800KVA等各种容量等级的变压器所对应的三相短路电流修正曲线均可利用本发明上文公式逐一绘制，在此不再赘述。

表4是新的380V电力系统三相短路电流修正曲线(下文称新曲线)与旧的380V电力系统三相短路电流指导曲线(下文称旧曲线)中的最大短路电流的比较表。

表4新曲线与旧曲线最大短路电流比较表

如表4所示，无论变压器容量是多少，新曲线中最大短路电流都要高于旧曲线中最大短路电流10个百分点左右，在低压厂用电系统设计和继电保护整定计算工作中，如果仍采用旧曲线数据，如此大的数据偏差将导致设计和计算结果严重偏差，甚至造成严重后果。

因此，以新曲线作为评价低压厂用电系统，特别是继电保护整定计算工作的依据，并采取措施降低380V系统三相短路电流水平，减小短路电流冲击，是十分必要的。

通过上述技术方案，先后计算变压器高压侧到短路点的电阻R、变压器高压侧到短路点的电抗X、变压器高压侧到短路点的阻抗Z和短路电流I_d，在利用电缆长度L和计算出的短路电流I_d的函数关系建立380V电力系统三相短路电流修正曲线。利用该方法建立的380V电力系统三相短路电流修正曲线更加精确，方便于电力系统设计人员更精确地计算380V电力系统三相短路电流。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种380V电力系统三相短路电流修正曲线建立方法，其特征在于，该方法包括：

S1)计算变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X；

S2)根据所述变压器高压侧到短路点的电阻R和电抗X计算变压器高压侧到短路点的阻抗Z；

S3)根据所述变压器高压侧到短路点的阻抗Z计算短路电流I_d；

S4)根据电缆从始端到短路点的长度L和所述短路电流I_d的函数关系建立三相短路电流修正曲线。

2.根据权利要求1所述的修正曲线建立方法，其特征在于，所述变压器高压侧到短路点的电阻R通过以下公式得出：R＝R_b+R_m+R_L，其中R_b为变压器线圈电阻，R_m为母线电阻，R_L为电缆电阻。

3.根据权利要求2所述的修正曲线建立方法，其特征在于，电缆电阻R_L通过以下公式得出：R_L＝R₁×L，其中R₁为每米电缆的电阻。

4.根据权利要求2所述的修正曲线建立方法，其特征在于，所述变压器线圈电阻R_b通过以下公式得出：其中，P_d为变压器额定负载的短路损耗，U_e为变压器额定电压，S_e为变压器额定容量。

5.根据权利要求1所述的修正曲线建立方法，其特征在于，变压器高压侧到短路点的电抗X通过以下公式得出：X＝X_b+X_L+X_s，其中X_b为变压器线圈电抗，X_L为电缆电抗，X_s为系统电抗。

6.根据权利要求5所述的修正曲线建立方法，其特征在于，电缆电抗X_L通过以下公式得出：X_L＝X₁×L，其中X₁为每米电缆的电抗。

7.根据权利要求5所述的修正曲线建立方法，其特征在于，所述变压器线圈电抗X_b通过以下公式得出：其中U_x％为变压器电抗电压百分值。

8.根据权利要求7所述的修正曲线建立方法，其特征在于，所述变压器电抗电压百分值U_x％通过以下公式得出：其中U_d％为变压器短路阻抗百分值。

9.根据权利要求1所述的修正曲线建立方法，其特征在于，所述变压器高压侧到短路点的阻抗Z通过以下公式得出：

10.根据权利要求1所述的修正曲线建立方法，其特征在于，短路电流I_d通过以下公式得出：其中U_2e为变压器低压侧额定电压。