基于PSD－SCCP与PSASP的短路电流计算研究

2017-04-14许文超孙文涛中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司江苏南京0国网江苏省电力公司经济技术研究院江苏南京0008

电力工程技术 2017年2期

张曼，施超，许文超，孙文涛（.中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏南京0；.国网江苏省电力公司经济技术研究院，江苏南京0008）

张曼1，施超1，许文超1，孙文涛2
（1.中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏南京211102；2.国网江苏省电力公司经济技术研究院，江苏南京210008）

PSD－SCCP与PSASP是目前国内常用的2种短路电流计算软件，采用不同的计算条件及计算方法，计算结果将大不相同，已影响电网的决策。结合现行常用的3种短路电流计算标准，分析了不同标准对短路电流计算影响因素的处理差异，结合等效电路研究了线路和变压器电阻、线路电容、无功补偿、静态负荷对短路电流计算结果的影响。以“十三·五”期间某年江苏电网规划数据为基础，基于PSD－SCCP与PSASP 2种软件采用了6种不同的短路电流计算方法进行计算，并对计算结果进行比较与分析，提出了推荐意见，以期为电网规划和工程前期设计中短路电流计算提供合理的参考和思路。

PSD－SCCP；PSASP；短路电流；计算方法

0 引言

随着电力需求的日益增长，电网规模不断扩大，电网结构逐渐加强，“十二·五”以来交直流特高压工程的建设使得全国范围内电网的互联越来越紧密，电网短路电流水平超标问题日益严重，成为影响电网安全稳定运行最突出的问题之一［1－4］。对于江苏电网而言，1000 kV淮南⁃南京⁃上海特高压交流输变电工程、±800 kV晋北⁃南京特高压直流工程、±800 kV锡盟⁃泰州特高压直流工程等已进入加速建设阶段，特高压交直流系统的接入加强了江苏电网与外界电网的电气联系，省内500 kV及220 kV变电站的短路电流水平也发生着变化［5－7］。

在电力系统规划和设计阶段，必需进行短路电流计算。而目前短路电流计算尚无统一的标准，各规划设计部门采用的计算数据、计算软件、计算方法、计算模型及方式等不尽相同，计算结果及短路电流超标判断存在着差异，从而影响电网的决策。计算结果偏大，可能会造成投资浪费，而计算结果偏小，则会给电力系统安全稳定运行留下隐患。文献［8］介绍了国内外常用的短路电流计算标准以及方法，文献［9］介绍了不同的元件模型对短路电流计算结果的影响，文献［10，11］研究了负荷模型对短路电流计算结果的影响。

目前国内电力行业计算三相短路电流最常用的软件是PSD－SCCP及PSASP，2种软件均提供了多种计算方法，计算结果也有差异。如文献［12］、［13］分别基于四川、河南电网研究了PSD－SCCP软件与PSASP软件计算短路电流的方法，文献［14］比较了PSD－SCCP与PSASP 2种软件短路电流计算结果的差异，文献［15］比较研究了PSASP软件与IEC 60906标准的短路计算差异。

而现有文献对短路电流影响因素的理论分析不够充分，且相关标准引用和计算工具的运用具有一定的时间局限性。文中比较了现行常用的几种短路电流计算标准之间的差异，分析了不同因素对短路电流计算结果的影响，基于PSD－SCCP与PSASP 2种软件采用了6种不同的计算方法进行计算，并对结果进行分析比较。

1 短路电流计算标准

目前我国常见的短路电流计算标准有如下3种，各标准在计算时假设条件有所差异。

1.1国家标准

GB／T 15544.1—2013［16］与目前国际上采用的标准（IEC 60909－0：2001）是一致的，即标准，标准中对短路电流计算的假设条件如下：（1）短路类型不随短路持续时间而变化；（2）电网结构不随短路持续时间而变化；（3）变压器的阻抗取自分接开关处于主分接头位置时的阻抗，因为引入了变压器的阻抗修正系数KT；（4）不计电弧的电阻；（5）除零序系统外，忽略线路电容、并联导纳、非旋转型负载。

1.2行业标准

行业标准DL／T 559—2007［17］中对短路电流计算的假设条件如下：（1）忽略发电机、调相机、变压器、架空线路、电缆线路等阻抗的电阻部分，并假定旋转电机的负序电抗等于正序电抗；（2）发电机及调相机的正序电抗可采用t＝0时刻的瞬态值Xd的饱和值；（3）发电机电动势标幺值假定为1；（4）不考虑短路电流的衰减；（5）各级电压采用标称电压或者平均电压，不考虑变压器电压分接头实际位置的变动；（6）不计线路电容和负荷电流的影响；（7）不计故障点的相间电阻和接地电阻；（8）不计短路暂态电流中的非周期分量。

1.3企业标准

企业标准Q／GDW 404—2010中对短路电流计算的假设条件如下：（1）变压器在分接头位置明确且通常固定的情况下，可取实际位置，否则取额定位置；（2）考虑交流线路电阻、电抗、电容，以及高压输电线路的并联电抗器；（3）感应电动机可用堵转电抗模拟。

上述3种标准对线路电阻、线路电容、无功补偿、负荷等因素的处理存在一定的差异，不同的假设条件引起的短路故障点的等效电压源和等值阻抗不同，因此计算结果也不同，如表1所示。

表1 3种标准对短路电流影响因素的处理差异Table 1 Differences on short⁃circuit current affecting factors between three standards

2 短路电流计算方法及影响因素

PSD－SCCP与PSASP 2种软件均提供了2种计算方法：基于潮流计算和基于网络计算。以图1所示的简单电力系统为例分析。

图1 简单电力系统Fig.1 A simple power system

2.1基于潮流计算

基于潮流计算是一种精确计算方法，各母线电压取故障前的实际运行电压，并且考虑线路电阻、变压器电阻、线路电容、并联无功补偿以及负荷，变压器变比取非标准变比。采用基于潮流计算方式时，图1所示系统的等效电路如图2所示。

图2 基于潮流计算短路电流等效电路Fig.2 Equivalent circuit of short⁃circuit current calculation based on power flow

图中：xd″为发电机等效电抗；k为变压器变比；ZT0为升压变压器等效阻抗；Z1为线路阻抗；ZT1，ZT2，ZT3为降压变压器三侧等效阻抗；ZL为静态负荷；xc1为线路电容电抗；x2为无功补偿等效电抗；Uf0为节点实际运行的电压值。

2.2基于网络计算

电力系统的运行状态多种多样，在不同的潮流方式下，各母线的运行电压和系统阻抗不一定相同，因此短路电流也有所差别。前述3种标准均推荐基于网络计算短路电流，以电网网架结构为基础，在电源安排及负荷水平相同时，短路电流计算结果与潮流分布方式无关，主要受初始条件影响。

在基于网络计算条件下，通过电压系数c控制节点的初始电压，并忽略电阻、线路电容、无功补偿、负荷，变压器变比取标准变比，图1所示系统的等效电路如图3所示。图中，xT0为升压变压器等效电抗值；x1为线路电抗；xT1，xT2，xT3为降压变压器三侧等效电抗值；cUN为节点等效电压源。

图3 基于网络忽略所有因素计算短路电流等效电路Fig.3 Equivalent circuit of short⁃circuit current calculation based on power grid ignoring all factors

短路点的等效阻抗为：

若考虑线路和变压器电阻，等效阻抗幅值将增大，短路电流减小。

若考虑线路电容，短路点的等效阻抗为：

故Z01＞Z0，因此，考虑线路电容，等值阻抗幅值增大，短路电流减小。

若考虑并联无功补偿，短路点的等效阻抗为：

对于感性无功补偿，x2＞0，故Z02＜Z0，等值阻抗幅值减小，短路电流增大。

对于容性无功补偿，x2＜0，并且在实际电力系统中，变压器的电抗一般小于电容器的电抗，故xT1＋xT3＋x2＜0，结合式（3）知，Z02＞Z0，等值阻抗幅值增大，短路电流减小。

若考虑静态负荷，短路点的等效阻抗为：

由于ZL＞0，故Z03＜Z0，等值阻抗幅值减小，短路电流增大。

3 计算结果分析与比较

计算采用2种软件，PSD－SCCP V2.1.17.b版及PSASP7.0版，基于网络计算短路电流，不考虑负荷影响，电压系数取1.1。以“十三·五”期间某年江苏规划电网为计算基础数据，选取苏南某片区为研究对象。该片区220 kV电网以1座500 kV变电站及相关220 kV接入的电厂为主要电源点，形成220 kV多重环网结构。

3.1 PSD－SCCP软件短路电流计算结果与分析

在PSD－SCCP软件中采用6种计算方法。

方法一：经典假设计算条件，即考虑电阻，变压器变比采用标准变比，忽略其他影响短路电流的因素，作为基本方案；方法二：在基本方案的基础上，忽略线路和变压器的电阻；方法三：在基本方案的基础上，考虑线路充电功率，即考虑线路电容；方法四：在基本方案的基础上，考虑并联容性无功补偿，即考虑并联电容器；方法五：在基本方案的基础上，考虑并联感性无功补偿，即考虑并联电抗器；方法六：采用IEC 60909算法。

相关站点500 kV和220 kV母线短路电流计算结果如表2所示。计算结果表明：忽略电阻，短路电流增大；考虑线路电容，短路电流减小；考虑并联电容器，短路电流减小；考虑并联电抗器，短路电流增大；采用IEC 60906算法，短路电流最大。

表2 PSD－SCCP软件短路电流计算结果Table 2 Short⁃circuit current results calculated by PSD－SCCP kA

与基本方案进行差值分析可知，电阻对短路电流的影响较小，差值分布在0～0.12 kA；线路电容对短路电流的影响差值分布在0～1.25 kA，其中出线回路数较多的母线短路电流计算结果受是否考虑线路电容影响较大，如母线ME－H、ZGQ、JT的出线相对较多，考虑线路电容后，短路电流降低0.4 kA以上，而母线XG仅有1回出线，短路电流降低0.13 kA；采用IEC 60909算法计算得到的短路电流结果最大，差值分布在0～2.34 kA；并联电容器及并联电抗器对短路电流的影响大小取决于节点投切电容器、电抗器的数量。一般情况下，若电网电源开机等其他条件保持不变，在高峰负荷时，电压水平较低，需投入大量并联电容器，节点短路电流将相应减小，在电网低谷负荷时，电压水平较高，需要投入大量并联电抗器，节点短路电流将有所增大。

3.2 PSASP软件短路电流计算结果与分析

在PSASP软件中采用3.1节中方法一至方法五5种计算方法。计算结果如表3所示。电阻、线路电容、并联电容器及并联电抗器对短路电流的影响与PSD－SCCP软件计算结果一致。与基本方案进行差值分析可知，电阻对短路电流的影响差值分布在0～0.12 kA；线路电容对短路电流的影响差值分布在0～1.65 kA，比PSD－SCCP计算稍大，同样对于出线回路数较多的母线，短路电流计算结果受是否考虑线路电容影响较大。

表3 PSASP软件短路电流计算结果Table 3 Short⁃circuit current results calculated by PSASP kA

3.3 2种软件计算结果比较与分析

为了比较2种软件计算算法的差异，控制片区内500 kV变电站500 kV母线的短路电流相同，计算考虑线路及变压器电阻，结果如表4所示。

表4 2种软件计算结果比较Table 4 Comparison of short⁃circuit current results calculated by two software kA

由表4可知，PSASP软件的短路电流计算结果比PSD－SCCP软件计算结果大，但最大相差仅0.45 kA，可见在保持片区外部等值电路及片区内电网网架及参数都相同时，2种软件计算所得片区内母线的短路电流结果基本相同，可认为2种软件的计算算法是一致的。

4 结论

结合等效电路从理论上分析了线路及变压器电阻、线路电容、无功补偿、静态负荷几种因素对短路电流计算结果的影响，并基于PSD－SCCP与PSASP 2种软件进行计算，主要结论如下：

（1）考虑线路及变压器电阻，短路电流减小；考虑线路电容，短路电流减小；考虑并联电容器，短路电流减小；考虑并联电抗器，短路电流增大；考虑静态负荷，短路电流增大。

（2）对同一个研究片区，控制片区外部等值电路及内部网架结构和参数相同时，两种软件短路电流计算结果基本一致，PSASP软件计算结果稍大于PSD－SCCP软件的计算结果。

（3）采用PSD－SCCP软件中IEC 60906算法计算短路电流结果比其他方法偏大2 kA左右，在电网规划设计的保守计算中，可尝试采用此算法；根据现有的短路电流计算标准，结合江苏电网实际特点，建议采用基于网络计算，并且考虑线路及变压器电阻，忽略线路电容和无功补偿装置，变压器变比取标准变比。

（4）电网规模的扩大、互联程度的提高、特高压交直流输电网络的建设、新能源的大规模发展以及诸如统一潮流控制器、可控串抗、调相机等新装置新设备的增多，为未来电网短路电流的计算和分析带来了新的挑战，建议相关部门根据国内电网的特点尽快制定统一的短路电流计算标准。

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Research on Calculation of Short⁃circuit Current Based on PSD－SCCP and PSASP

ZHANG Man1，SHI Chao1，XU Wenchao1，SUN Wentao2
（1.China Energy Engineering Group Co.Ltd Jiangsu Electric Power Design Institute Co.，Nanjing 211102，China；2.State Grid Jiangsu Electric Power Company Economic Research Institute，Nanjing 210008，China）

PSD－CCP and PSASP are two commonly used software for short⁃circuit current calculation at present in domestic，however，the calculation results differs under different calculation conditions，affecting power grid planning and decision⁃making.With consideration of three standards for short⁃circuit current calculation，differences between them are analyzed，then some factors such as line and transformer resistances，line capacitors，reactive power compensation and static load affecting short⁃circuit current calculation results are analyzed theoretically combined with the equivalent circuit.Finally，six different short⁃circuit current calculation methods are adopted based on PSD－SCCP and PSASP using Jiangsu power grid planning architecture in some year during 2016－2020 as an example，and recommendations are put forward through comparing the calculation results，in order to provide reasonable reference and ideas for short⁃circuit current calculation in power grid planning and the early stage of project design.

PSD－SCCP；PSASP；short⁃circuit current；calculation method

TM713

：A

：2096－3203（2017）02－0088－06