CN106786540A - 一种短路电流计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短路电流计算方法及系统，它包括以下步骤：根据预先设置的电压系统模型图，计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图和零序网络图；根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路；根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算该短路点的各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值；根据各个短路点的短路电流有效值和标幺值、电流以及非周期分量的计算公式，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，最后生成计算书及计算结果表。本发明能够快速、准确地生成计算过程表及结果的计算书。

Description

一种短路电流计算方法及系统

技术领域

本发明涉及一种短路电流计算方法及系统，特别是关于一种在电气行业领域使用的基于节点法的短路电流计算方法及系统。

背景技术

目前，国内实用计算法短路电流的计算过程如下：1)计算各个设备的阻抗标幺值；一般情况正序阻抗和负序阻抗通过固定公式计算获得，但是对线路和电缆来说，根据实际的环境条件，才能判断出零序阻抗；2)设计人员绘制正序网络图、负序网络图、零序网络图，确定各个电压设备的阻抗标幺值；3)进行网络结构图变换，通过各个双绕组、三绕组、自耦、非自耦变压器的接线形式，以及系统电源、发电机、电动机在网络中连接的情况；4)手动计算最为复杂的星角变换的过程，当网络结构相对复杂时，针对不同位置短路，相同设备与其他设备的连接关系可能会发生变化，需要分别进行不同类型的星角变换：(1)对当前网络图的连接情况进行判断，决定采用哪种类型的变换方式；(2)进行一次网络化简后，跟其他部分进行连接，再次进行判断，再一次进行化简；(3)最终化简到短路位置处各个电源支路并联的电路，计算出总阻抗值，再计算总电流；5)每个短路点位置，需要计算不同短路时间短路电流有效值；6)对电动机单独进行反馈电流的计算；水轮汽轮发电机利用运行曲线图，手动线性插值计算该电源支路的电流。

上述计算方法是无法计算各电源支路的电流和变压器中性点接地的入地电流，最终获取的结果，需要不同短路位置、不同短路时间的三相、单相、两相、两相对地的短路电流有效值，生成几十页的计算书。整个计算过程复杂，容易出错。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种短路电流计算方法及系统，其能够快速、准确地生成计算结果表及计算书。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种短路电流计算方法，其特征在于，它包括以下步骤：根据预先设置的电压系统模型图，计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图和零序网络图；根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路；其中，每个短路点位置根据预先设置的电压系统模型图确定；根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算该短路点的各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值；根据各个短路点的短路电流有效值和预设的标幺值、电流以及非周期分量的计算公式，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，最后生成计算书及计算结果表。

优选地，所述电压系统模型图根据已有电压系统中电压设备之间的连接关系建立。

优选地，所述计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图、零序网络图的具体步骤如下：根据预设的电抗标幺值和有名值变换公式，得到各电压设备的阻抗标幺值；根据预设的网络变换方法，将电压系统模型图转换成正序网络图、负序网络图、零序网络图。

优选地，如果短路点位置处有零序电流经过，则产生零序网络图。

优选地，所述每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路的具体步骤如下：选取一个零序网络图中的短路点，提取该短路点的正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系；利用导纳矩阵的方法进行星角变换，得到化简后的各电源支路；若该零序网络图中每个短路点对应的复杂电源网络图都化简完成，则将相同短路点的电源支路进行并联，得到该短路点的各电源支路并联的等效电路。

优选地，所述短路点的短路电流有效值I″_d为：

I″_d＝I″_d1+I″_d2+…+I″_dn，

式中，I″_dn为第n个电源支路的电流。

优选地，所述短路点的短路电流有效值I″_d的计算方法如下：根据各电源支路电流分布系数法的规则，以及不对称短路类型的比例系数m⁽ⁿ⁾和附加电抗得到正序网络图中各电源支路的电流分布系数c₁，c₂,…,c_n；

式中，x_1∑表示正序网的总阻合电抗；x₁，x₂,……,x_(n-1)表示各等效有限容量电源到短路点的电抗；x_n表示无限大容量电源到短路点的电抗；根据各电源支路的电流分布系数，得到各电源支路的转移电抗根据各电源支路的转移电抗，得到各电源支路到短路点的计算电抗

式中，S_ne表示等效有限容量电源的额定容量，S_j表示等效有限容量电源的基准容量；根据计算电抗和转移电抗，得到各电源支路电流的标幺值根据各电源支路电流的标幺值，得到各电源支路电流，进而得到短路电流有效值；

式中，m表示短路合成电流与正序电流之比值；I_j表示基准电流。

优选地，所述转移电抗为：

优选地，如果电源支路为等效有限容量电源支路，则当计算电抗时，根据计算电抗和水轮发电机的运行曲线，得到电源支路电流的标么值；当计算电抗时，电源支路电流的标么值为：

反之，当电源支路为无限大容量电源支路，电源支路电流的标么值为：

式中，表示无限大容量电源支路到短路点的转移电抗。

一种节点法的短路电流计算系统，其特征在于，该计算系统包括：阻抗标幺值计算模块，用于根据预先设置的电压系统模型图计算各电压设备阻抗标幺值；网络图模块，用于根据各电压设备阻抗标幺值，生成正序网络图、负序网络图和零序网络图，等效电路模块，用于根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联等效电路；其中，每个短路点位置根据预先设置的电压系统模型图确定；短路电流有效值计算模块，用于根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值；结果输出模块，用于根据接收的各短路点的短路电流有效值信息和预设的标幺值、电流以及非周期分量的计算公式，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，并输出计算书及计算结果表。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过电压系统模型图，计算各电压设备的阻抗标幺值。2、本发明采用导纳矩阵的方法，对电压系统模型的正序网络图、负序网络图和零序网络图进行星角变换，得到简化的各电源支路。3、本发明采用电源支路电流分布系数法，计算各电源支路的电流，再叠加得到短路点的短路电流有效值。4、本发明采用基于节点法的短路电流计算方法，生成计算结果表及计算书，大大提高了效率，避免了手工计算过程容易产生的错误。

附图说明

图1是本实施例的电压系统模型示意图；其中，C1表示地区电网，F1表示发电机，P1、P2和P3均表示异步电动机；

图2是本实施例的正序网络图示意图；

图3是本实施例的负序网络图示意图；

图4是本实施例的零序网络图示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提供一种短路电流计算方法，其具体步骤如下：

1)根据预先设置的电压系统模型图，计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图和零序网络图；

2)根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路；其中，每个短路点位置根据预先设置的电压系统模型图确定；

3)根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算该短路点的各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值；

4)根据各个短路点的短路电流有效值和电力工程电气设计手册，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，最后生成计算书及计算结果表。

上述步骤1)中，电压系统模型图根据已有电压系统中电压设备之间的连接关系建立而成。

上述步骤1)中，计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图、零序网络图的具体步骤如下：

(1)根据电力工程电气设计手册中的电抗标幺值和有名值变换公式，得到各电压设备的阻抗标幺值；其中，计算线路的零序阻抗标么值需要根据与正序阻抗的倍数关系进行计算；

(2)根据电力工程电气设计手册中网路变换基本方法，将电压系统模型图转换成正序网络图、负序网络图、零序网络图，其中，如果短路点位置处有零序电流经过，则产生零序网络图；发电机只设置在正序网络和负序网络中，电动机只设置在正序网络图。

上述步骤2)中，每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路的具体步骤如下：

(1)选取一个零序网络图中的短路点，同时提取该短路点的正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系；

(2)利用导纳矩阵的方法进行星角变换，得到化简后的各电源支路；

(3)若该零序网络图中每个短路点对应的复杂电源网络图都化简完成，则进入步骤(4)，否则，选取下一个零序网络图中的短路点，返回步骤(1)；

(4)将相同短路点的电源支路进行并联，得到该短路点的各电源支路并联的等效电路。

上述步骤3)中，短路点的短路电流有效值I″_d的计算方法如下：

(1)根据各电源支路电流分布系数法的规则，以及不对称短路类型的比例系数m⁽ⁿ⁾和附加电抗得到正序网络图中各电源支路的电流分布系数c₁，c₂,…,c_n；

式中，x_1∑表示正序网的总阻合电抗；,x₁，x₂,……,x_(n-1)表示各等效有限容量电源到短路点的电抗；x_n表示无限大容量电源到短路点的电抗；

(2)根据各电源支路的电流分布系数，得到各电源支路的转移电抗

(3)根据各电源支路的转移电抗，得到各电源支路到短路点的计算电抗

式中，S_ne表示等效有限容量电源的额定容量，S_j表示等效有限容量电源的基准容量；

(4)根据计算电抗和转移电抗，得到各电源支路电流的标幺值

(5)根据各电源支路电流的标幺值，得到各电源支路电流，；

式中，m表示短路合成电流与正序电流之比值；I_j表示基准电流；

I″_d＝I″_d1+I″_d2+…+I″_dn (5)

(6)根据各电源支路电流，得到短路电流有效值总电流I″_d。

上述步骤3)中步骤(4)中，各电源支路电流的标幺值计算过程如下：

如果电源支路为等效有限容量电源支路，则当计算电抗时，根据计算电抗和水轮发电机的运行曲线，得到电源支路电流的标么值；当计算电抗时，电源支路电流的标么值为：

反之，当电源支路为无限大容量电源支路，电源支路电流的标么值为：

式中，表示无限大容量电源支路到短路点的转移电抗。

基于同一发明构思，本发明还提供一种节点法短路电流的计算系统，下面进行说明。

所述节点法短路电流的计算系统可以包括：阻抗标幺值计算模块、网络图模块、等效电路模块、短路电流有效值计算模块和结果输出模块。

阻抗标幺值计算模块，用于根据预先设置的电压系统模型图计算各电压设备阻抗标幺值信息，

网络图模块，用于根据各电压设备阻抗标幺值，生成正序网络图、负序网络图和零序网络图信息，

等效电路模块，用于根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联等效电路；其中，每个短路点位置根据预先设置的电压系统模型图确定，

短路电流有效值计算模块，用于根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值，

结果输出模块，用于根据接收的各短路点的短路电流有效值信息和预设的标幺值、电流以及非周期分量的计算公式，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，并输出计算书及计算结果表。

实施例，根据某电压系统接线和元件的相关参数，得到该电压系统模型图，如图1所示，计算各电压设备的阻抗标么值，生成如图1所示的正序网络图、图2所示的负序网络图和图3所示的零序网络图。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种短路电流计算方法，其特征在于，它包括以下步骤：

根据预先设置的电压系统模型图，计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图和零序网络图；

根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路；其中，每个短路点位置根据预先设置的电压系统模型图确定；

根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算该短路点的各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值；

根据各个短路点的短路电流有效值和预设的标幺值、电流以及非周期分量的计算公式，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，最后生成计算书及计算结果表。

2.如权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：所述电压系统模型图根据已有电压系统中电压设备之间的连接关系建立。

3.如权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：所述计算各电压设备的阻抗标幺值，并生成正序网络图、负序网络图、零序网络图的具体步骤如下：

根据预设的电抗标幺值和有名值变换公式，得到各电压设备的阻抗标幺值；

根据预设的网络变换方法，将电压系统模型图转换成正序网络图、负序网络图、零序网络图。

4.如权利要求3所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：如果短路点位置处有零序电流经过，则产生零序网络图。

5.如权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：所述每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联的等效电路的具体步骤如下：

选取一个零序网络图中的短路点，提取该短路点的正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系；

利用导纳矩阵的方法进行星角变换，得到化简后的各电源支路；

若该零序网络图中每个短路点对应的复杂电源网络图都化简完成，则将相同短路点的电源支路进行并联，得到该短路点的各电源支路并联的等效电路。

6.如权利要求1所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：所述短路点的短路电流有效值I″_d为：

I″_d＝I″_d1+I″_d2+…+I″_dn，

式中，I″_dn为第n个电源支路的电流。

7.如权利要求6所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：所述短路点的短路电流有效值I″_d的计算方法如下：

根据各电源支路电流分布系数法的规则，以及不对称短路类型的比例系数m⁽ⁿ⁾和附加电抗得到正序网络图中各电源支路的电流分布系数c₁，c₂,…,c_n；

$c_1=\frac{x_{1\mathrm{\Σ}}}{x_1},c_2=\frac{x_{1\mathrm{\Σ}}}{x_2},...,c_n=\frac{x_{1\mathrm{\Σ}}}{x_n},$

式中，x_1∑表示正序网的总阻合电抗；x₁，x₂,……,x_(n-1)表示各等效有限容量电源到短路点的电抗；x_n表示无限大容量电源到短路点的电抗；

根据各电源支路的电流分布系数，得到各电源支路的转移电抗

根据各电源支路的转移电抗，得到各电源支路到短路点的计算电抗

$x_{jsn}^{\left(n\right)}=\frac{x_{nd}^{\left(n\right)}*S_{ne}}{S_j},$

式中，S_ne表示等效有限容量电源的额定容量，S_j表示等效有限容量电源的基准容量；

根据计算电抗和转移电抗，得到各电源支路电流的标幺值

根据各电源支路电流的标幺值，得到各电源支路电流，进而得到短路电流有效值；

$I_{dn}^{\′\′}=m*\left(I_{*d}^{\left(n\right)}\right)*I_j,$

式中，m表示短路合成电流与正序电流之比值；I_j表示基准电流。

8.如权利要求7所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：所述转移电抗为：

$x_{1d}^{\left(n\right)}=\frac{(x_{1\mathrm{\Σ}}+x_{\mathrm{\Δ}}^{\left(n\right)})}{c_1},x_{2d}^{\left(n\right)}=\frac{(x_{1\mathrm{\Σ}}+x_{\mathrm{\Δ}}^{\left(n\right)})}{c_2},...,x_{nd}^{\left(n\right)}=\frac{(x_{1\mathrm{\Σ}}+x_{\mathrm{\Δ}}^{\left(n\right)})}{c_n}.$

9.如权利要求7所述的一种短路电流计算方法，其特征在于：如果电源支路为等效有限容量电源支路，则当计算电抗时，根据计算电抗和水轮发电机的运行曲线，得到电源支路电流的标么值；当计算电抗时，电源支路电流的标么值为：

$I_{*d}^{\left(n\right)}=\frac{1}{x_{jsn}^{\left(n\right)}},$

反之，当电源支路为无限大容量电源支路，电源支路电流的标么值为：

$I_{*d}^{\left(n\right)}=\frac{1}{x_{nd}^{\left(n\right)}},$

式中，表示无限大容量电源支路到短路点的转移电抗。

10.一种节点法的短路电流计算系统，其特征在于，该计算系统包括：

阻抗标幺值计算模块，用于根据预先设置的电压系统模型图计算各电压设备阻抗标幺值，

网络图模块，用于根据各电压设备阻抗标幺值，生成正序网络图、负序网络图和零序网络图，

等效电路模块，用于根据正序网络图、负序网络图和零序网络图的连接关系，将每个短路点位置处对应的复杂电源网络图化简为各电源支路并联等效电路；其中，每个短路点位置根据预先设置的电压系统模型图确定；

短路电流有效值计算模块，用于根据短路点的各电源支路并联的等效电路，计算各电源支路的电流，再叠加计算得到该短路点的短路电流有效值；

结果输出模块，用于根据接收的各短路点的短路电流有效值信息和预设的标幺值、电流以及非周期分量的计算公式，得到冲击电流、全电流和非周期分量的结果，并输出计算书及计算结果表。