基于VB的电力系统短路计算的程序计算方法

基于VB的电力系统短路计算的程序计算方法

左熠贤徐蓉蓉

(1.江苏国源电力工程有限公司南京市210000；2.南通旭泰自动化设备有限公司南通市海安县226600)

摘要：本文提出一种基于VB编写采用节点导纳矩阵计算电力系统短路电流的程序计算方法，此方法能快速计算电力系统复杂网络的单相和三相短路正序、负序和零序电流，同时能计算出短路时各节点电压和各支路电流。

关键字：短路电流；导纳矩阵；程序计算；VB

引言

在电力系统设计中系统短路电流计算是必不可少的项目，它直接关系到整个系统的设备选型和运行安全。

短路电流计算基本类型有三相短路接地、单相对地短路和两相对地短路，三相短路因短路时的三相回路依旧是对称的，为对称短路；其他几种短路均使三相电路不对称，故称为不对称短路。在中性点直接接地的电网中，以一相对地的短路故障为最多，约占全部短路故障的90%，三相短路故障一般短路电流最大，因此一般我们在电力系统设计时考虑比较多的都是单相接地短路和三相短路接地故障。

传统的短路电流计算方法一般分为手工算法和计算机程序算法，手工算法采用人工逐级化简网络计算的方法，适合于简单网络短路节点较少的系统。对于复杂、节点较多网络手工算法耗时费力，而且容易出错。因此我们一般采用计算机程序计算，这样计算既快捷，准确。

计算原理

对于一个拥有N各节点的网络，当f点发生短路时，各点电压可表示为：

Ynn为自导纳，其值为各支路阻抗标幺值倒数和，Ynf为互导纳，其值为n和f点间阻抗标幺值倒数的负值。当短路点发生短路时，短路点Vf=0,短路前短路点电压标幺值为1，因此有：If=1/Zff。通过Vn=Vn0-If×Zfn,可以就算出f点短路时系统各点的电压，然后利用两点电压差除以支路阻抗，可以轻松计算出各支路电流Inf=(Un-Uf)/Z(nf)。

程序计算流程

3.计算实例

以张纲220Kv变电站为例，计算该站系统短路电流。该站8个节点，11条支路，3各电压等级。该站系统阻抗图及编号如下（以下数据均为标幺值计算）：

导纳矩阵求逆得正序阻抗矩阵：

导纳矩阵求逆得负序阻抗矩阵：

同样以1#短路为例，1点短路电流标幺值If1=1/（Z11+Z11+Z011）=3×1/（8.654308×10-3+8.654308×10-3+0.011044）=35.270114。计算6点电压，发生单相短路时各点短路前正序电压标幺值为1，负序和零序电压标幺值为0，因此：

点1和点6各状态电压为：

正序U1+=U10-If1×Z11=1-35.270114×8.654308×10-3=0.6947616

U6+=U60-If1×Z16=1-35.270114×7.577992×10-3=0.7327234

负序U1-=U10-If1×Z11=0-35.270114×8.654308×10-3=-0.3052384

U6-=U60-If1×Z16=0-35.270114×7.577992×10-3=-0.2672767

零序U1=U10-If1×Z11=0-35.270114×0.011044=-0.38952314

U6=U60-If1×Z16=0-35.270114×9.997474×10-3=-0.35261205

点1与点6间支路电流：

正序I16+=（U1+-U6/Z(16)=(0.6947616-0.7327234)/0.0836=-0.45408

负序I16-=（U1--U6/Z(16)=(-0.3052384+0.2672767)/0.0836=-0.45408

零序I16=（U1-U6/Z(16)=(-0.38952314+0.35261205)/0.0836=-0.44152

转换成实际值，基准容量100MVA，点1基准电压230kV，单相短路电流实际值Ik=3×If1×100/√3/230=3×35.270114×0.25102=26.56067KA。以此类推，可以求出其余各点短路电流、序节点电压、支路序电流。

3.2程序计算

计算输出结果：

短路点1#

三相短路电流标幺值Ik3=115.549383

0--1111.0864251--6-1.4876521--7-1.487652

1--8-1.4876520--24.4629572--61.487652

2--71.4876522--81.4876523--60.000000

4--70.0000005--80.000000

三相短路电流：0.25102*115.549383=29.005421kA

单相短路电流标幺值

ZK+：0.008654ZK0：0.011044

正序短路电流标幺值Ik1=35.270061

0--133.9077971--6-0.4540881--7-0.454088

1--8-0.4540880--21.3622642--60.454088

2--70.4540882--80.4540883--60.000000

4--70.0000005--80.000000

负序短路电流标幺值Ik2=35.270061

0--133.9077971--6-0.4540881--7-0.454088

1--8-0.4540880--21.3622642--60.454088

2--70.4540882--80.4540883--60.000000

4--70.0000005--80.000000

零序短路电流标幺值Ik0=35.270061

0--133.9454491--6-0.4415371--7-0.441537

1--8-0.4415370--21.3246112--60.441537

2--70.4415372--80.4415373--60.000000

4--70.0000005--80.000000

单相短路电流：3*0.25102*35.270061=26.560668kA

验证结果：

三相短路时：

短路电流Ik3=115.549383，与手工计算115.5494一致。

支路电流1--6-1.487652，与手工计算-1.48765一致。

单相短路时：

短路电流Ik=35.270061，与手工计算35.270114一致。

正序支路电流1--6-0.454088与手工计算-0.45408一致。

负序支路电流1--6-0.454088与手工计算-0.45408一致。

零序支路电流1--6-0.441537与手工计算-0.44152一致。

总结

该种方法采用VB进行编程，使用节点导纳矩阵的原理计算短路电流,从结果上看了该种方法完全能符合设计要求，由于软件中使用的计算精度和手工计算时不同，所以部分结果在小数点后有些许不同，但在误差允许范围内。本程序结构简单，架构清晰，输入输出方便，能满足各种复杂网络的系统短路计算要求。

参考文献

[1]弋东方.电力工程电气设计手册[M].水利水电部西北电力设计院，2014.

[2]潘学萍.电力系统计算机辅助分析[M].水利水电出版社.2013.

[3]周孝信,电力系统并行计算与数字仿真[M].清华大学出版社,2014.

[4]李先彬.电力系统自动化（第六版）[M].中国电力出版社.2014.