基于短路電流約束的三繞組變壓器阻抗值的計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種基于短路電流約束的三繞組變壓器阻抗 值的計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器阻抗參數(shù)值設(shè)計是發(fā)電廠及變電站工程設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。目前，三 電壓等級的變電站大多數(shù)采用三繞組變壓器，其阻抗值的選擇，直接影響三側(cè)電壓等級的 短路電流水平，而短路容量的大小，間接決定了變電站低壓側(cè)無功補償設(shè)備的單組容量及 組數(shù)，與工程建設(shè)經(jīng)濟效益密切相關(guān)。
[0003] 如圖1所示，為一典型的220kV變電站(三電壓等級：高壓側(cè)220kV、中壓側(cè)110kV、低 壓側(cè)10kV)的短路電流計算原理圖。三側(cè)母線短路電流的大小均與不同等級之間的漏電抗 密切相關(guān)，只有合理地設(shè)計各電壓等級之間的漏抗值^、^、^，才能同時保證各側(cè)電壓等級 的短路電流均在安全范圍之內(nèi)。而 X1、X2、X3的大小取決于三繞組變壓器的短路阻抗百分數(shù) 值Ukl-2%、Ukl-3%、Uk2-3% (具體關(guān)系如式1所示），也就是說，在系統(tǒng)阻抗給定后，變電站 三側(cè)短路電流水平水平完全取決于三繞組變壓器的短路阻抗百分數(shù)值Ukl-2%、Ukl-3%、 Uk2-3%〇
[0004] xi= 0.5X(Ukl2%+Ukl3%-Uk23%)XSj/(100SN)
[0005] X2 = 0.5X(Ukl2%+Uk23%-Ukl3%)XSj/(100SN) (1)
[0006] X3 = 0.5X(Ukl3%+Uk23%-Ukl2%)XSj/(100SN)
[0007] 現(xiàn)有的實際工程設(shè)計中，往往采用阻抗值足夠大的標準阻抗或通用阻抗作為設(shè)計 值。但對于不同地區(qū)的變電站，其處于電力系統(tǒng)的位置和地位不同，尤其對于電網(wǎng)耦合度較 低的末端變電站，由于系統(tǒng)阻抗相對較高，如果仍然采用阻抗值相對過高的通用阻抗值(標 準阻抗值），將會使得短路電流限制到過低的水平，而低壓側(cè)短路容量過度減小會帶來無功 補償設(shè)備投切引起的電壓波動問題:系統(tǒng)短路容量降低后，如果無功補償設(shè)備的單組容量 較大，就會引起投切時系統(tǒng)電壓波動不滿足電能質(zhì)量要求，此時，只能通過增加無功補償設(shè) 備的組數(shù)來彌補電壓波動的問題，而采取這種措施將增加設(shè)備投資及變電站占地面積，從 而大大增加工程建設(shè)的造價:江蘇地區(qū)目前220kV變電站中普遍采用阻抗值相對過高的通 用阻抗值變壓器，同時采用單組容量偏小的6000kvar的電容器作為無功補償，占地面積大， 一次性投資成本高。綜上所述，降低變電站低壓側(cè)短路電流水平和提高無功補償設(shè)備的單 組容量從原理上是相互矛盾，相互制約的。因此，研究如何優(yōu)化選擇變壓器阻抗(或限流電 抗器)的阻抗設(shè)計值，使得低壓側(cè)短路電流水平控制在合理范圍之內(nèi)，同時提高變電站無功 補償設(shè)備的單組容量，節(jié)省投資，是非常具有工程實際意義的課題。
[0008] 目前，關(guān)于三繞組變壓器阻抗值的設(shè)計方案，大部分工程設(shè)計中均采用經(jīng)驗阻抗 值（通用的較高阻抗值），如220kV變電站通常采用的主變壓器（180MVA)阻抗百分數(shù)為： Ukl2% = 13、Ukl3% =64、Uk23% =47;容量為240MVA的主變壓器阻抗百分數(shù)一般取:服1-2 % = 11，Ukl-3 % = 34，Uk2-3 % = 22，并在低壓側(cè)建設(shè)串抗率為8 %~10 %的串聯(lián)電抗器限 制短路電流。導(dǎo)致部分變電站低壓側(cè)短路電流水平過低；同時無功補償方案采用數(shù)量較多、 單組容量較小的設(shè)備，以解決短路電流過小帶來的電壓波動問題，經(jīng)濟效益低下。
[0009] 現(xiàn)行的國內(nèi)220kV電壓等級三繞組變壓器阻抗值設(shè)計方法可分成以下兩種類型：
[0010] 1)大部分設(shè)計院采用國家電網(wǎng)通用設(shè)計方案(通用的較高阻抗值）。這種方法以偏 概全，不具有普適性，國家電網(wǎng)通用設(shè)計方案給出的參數(shù)范圍只是一組參考數(shù)值，其通用阻 抗值對于大部分變電站來說，是及其不合理的。
[0011] 2)小部分設(shè)計院根據(jù)經(jīng)驗進行適當優(yōu)化，其方法均是通過人工多次嘗試改變阻抗 值并進行試算，直到找到一組較為滿意的參數(shù)為止。這種方法具有偶然性，設(shè)計人員可能通 過少次試算就能找到相對合理的參數(shù)范圍，也有可能經(jīng)過很多次嘗試也無法滿足要求，而 且即使采用此方法找到相對的合理值，其優(yōu)化目標也必然不是最優(yōu)數(shù)值。
[0012] 綜上，目前的三繞組變壓器阻抗值設(shè)計優(yōu)化方法無理論支撐、人工計算繁雜（需多 次試算、無規(guī)律性）、設(shè)計參數(shù)效益差(無法達到優(yōu)化、建設(shè)成本高、經(jīng)濟效益差）

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種基于短路電流約束的三繞組 變壓器阻抗值的計算方法，具體有以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0014] 所述基于短路電流約束的三繞組變壓器阻抗值的計算方法，包括如下步驟：
[0015] 1)取電容器單組容量為低壓側(cè)三相短路容量的2.5%，如式（1)設(shè)定無功補償單組 容量Qc，
[0016]
[0017] 其中，ILf3為低壓側(cè)三相短路電流，ULN低壓側(cè)三相電壓，Sd為低壓側(cè)短路容量，QCmax 為電容器單組最大容量；
[0018] 2)在最大運行方式下和最小運行方式下，根據(jù)式1要求，設(shè)定目標函數(shù)如式(2)所 示：
[0019]
[0020] 式中，分別表示最大運行方式和最小運行方式下的單組最大電容器 容量；
[0021] 3)建立系統(tǒng)對短路點的等值正序阻抗Χη?4Ρ等值零序阻抗Χη?ο、相對于短路點的 等值阻抗與系統(tǒng)正序阻抗Hxl、Mxl、零序電抗Ηχ0、Μχ0以及變壓器三側(cè)等效電抗χι、Χ2、Χ3間 的關(guān)系式;建立乂似與高壓側(cè)三相短路電流lHf3、中壓側(cè)三相短路電流IMf3以及ΧηΣ1、Χη?ο與高 壓單相接地短路電流Im、中壓單相接地短路電流Im的關(guān)系式;建立低壓側(cè)三相短路電流 1[^3與叉1、叉2、叉3、]^1、]\^1的關(guān)系式；
[0022] 4)設(shè)定變電站各電壓等級側(cè)短路電流的限定值，并通過所述限定值對變電站各電 壓等級側(cè)短路電流進行約束，進而根據(jù)步驟3)中的關(guān)系式得到變電站各電壓等級的正序、 零序阻抗的初值范圍；
[0023] 5)設(shè)置生產(chǎn)制造條件的約束，對所述變電站各電壓等級的正序、零序阻抗的初值 范圍進行進一步的限定，最終求得三繞組變壓器各電壓等級對的正序、零序阻抗的取值范 圍。
[0024] 所述三繞組變壓器阻抗值的計算方法的進一步設(shè)計在于，所述步驟3)中單臺變壓 器的短路阻抗百分數(shù)分別為1^12%、1^13%、服23%，則變壓器各側(cè)等效電抗^、幻的表 達式如式(12)所示：
[0025] xi =〇.5X(Ukl2%+Ukl3%-Uk23%) XSj/(100Sn)
[0026] X2 =0.5X(Ukl2%+Uk23%-Ukl3%) XSj/(100Sn) (12)
[0027] X3 =0.5X(Ukl3%+Uk23%-Ukl2%) XSj/(100Sn)
[0028] 其中，Sj為基準容量，SN為變壓器額定容量。
[0029] 所述三繞組變壓器阻抗值的計算方法的進一步設(shè)計在于，所述步驟3)中系統(tǒng)對短 路點的等值正序阻抗Χη?4Ρ等值零序阻抗Χη?ο、相對于短路點的等值阻抗與系統(tǒng)正序阻抗 Hxl、Mxl、零序電抗Ηχ0、Μχ0以及變壓器三側(cè)等值電抗χι、Χ2、Χ3間的關(guān)系式如式(3)、式⑷所 示，
[0030]
[0031]
[0032] 所述三繞組變壓器阻抗值的計算方法的進一步設(shè)計在于，所述步驟3)中，乂低:與高 壓側(cè)三相短路電流lHf3、中壓側(cè)三相短路電流IMf3以及ΧηΣ1、Χη?()與高壓單相接地短路電流 Im、中壓單相接地短路電流Imh的關(guān)系式如式(5)、式(6)所不，
[0033]
[0034]
[0035] 所述三繞組變壓器阻抗值的計算方法的進一步設(shè)計在于，所述步驟3)中，低壓側(cè) 三相短路電流〗Lf3與11、1233、1^1、]\^1的關(guān)系式包括如下步驟：
[0036]A)進行Υ-Δ變換，計算等值后的阻抗112^13、123，計算公式如式(7)所示：
[0037]
[0038]B)將χ12與非故障變壓器高中壓支路并聯(lián)后形成X12;
[0039]
(8)
[0040]C)進行Δ-Υ變換，按照式(9)計算等值后的Χ1