BPA短路电流计算方法

PSD-SCCP 电力系统短路电流程序用户手册PSD-SCCP 电力系统短路电流程序
用户手册
中国电力科学研究院
二○○五年九月
·i·中国电力科学研究院系统所
PSD-SCCP 电力系统短路电流程序用户手册
工作单位：中国电力科学研究院系统所
工作人员：陈珍珍肖静张学成
报告编写：肖静陈珍珍
报告审核：卜广全
报告批准：汤涌
2005 年 9 月
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中国电力科学研究院系统所
PSD-SCCP 电力系统短路电流程序用户手册
目录
1 前言...................................................................... . (1)
2 短路电流计算程序的功能和特点...................................................................... . (2)
2.1 程序的主要功能和特
点 ..................................................................... .. (2)
2.2 短路电流计算的前提条
件 ..................................................................... . (4)
2.3 短路电流计算程序的规
模 ..................................................................... . (5)
2.4 短路电流计算程序的结
构 ..................................................................... . (5)
3 短路电流计算程序的输入和输出文件...................................................................... .. (7)
3.1 程序的输入数据文
件 ..................................................................... (7)
3.2 输入文件的有关格式说
明 ..................................................................... . (8)
3.2.1 DAT 数据文件格式说明...................................................................... .. (8)
3.2.2 SWI 数据文件格式说明...................................................................... (9)
3.2.3 DBR 数据文件格式说明...................................................................... .. (9)
3.3 输入文件有关的缺省参数说
明 ..................................................................... .. (9)
3.4 程序的输出结果数据文
件 ..................................................................... .. (11)
4 短路电流计算程序的运行...................................................................... .. (11)
4.1 启动运行环境及输入文件选
择 ..................................................................... (12)
4.1.1 启动短路电流计算程序运行环
境 ..................................................................... .. (12)
4.1.2 输入数据文件选
择 ..................................................................... .. (13)
4.2 短路电流程序计算与结果输出显
示 ..................................................................... . (15)
4.2.1 系统短路电流水平扫描计
算 ..................................................................... . (16)
4.2.2 单母线短路故障计
算 ..................................................................... . (21)
4.2.3 单线路短路故障计
算 ..................................................................... . (24)
4.2.4 系统多端点等值阻抗计
算 ..................................................................... .. (28)
4.3 短路电流计算结果单线图显
示 ..................................................................... (30)
5 计算示
例 ..................................................................... . (31)
附录 A 输入数据文件的格式...................................................................... .. (46)
附录 A.1 DAT 输入数据文件卡片格
式 ..................................................................... .. (46)
附录 A.2 SWI 输入数据文件卡片格
式 ..................................................................... (48)
附录 A.3 DBR 数据文件卡片格
式 ..................................................................... . (49)
附录 B 错误信息汇
总 ..................................................................... (51)
2005 年 9 月
·iii·
中国电力科学研究院系统所
1 前言
PSD-SCCP 电力系统短路电流程序用户手册
短路电流计算程序是电力系统生产、设计和运行等部门所必备的系统分析工具之
一。

在电气设备的型号选择，开关遮断容量的校核，限制短路电流的方式确定，继电保
护的定值计算，不对称短路故障情况下零序电流分量对邻近通讯线路的干扰研究等，都
需要进行短路电流计算。

1994 年，中国电力科学研究院系统所开发的电力系统短路电流计算程序已在电力系
统行业中得到了广泛的应用。

该程序已与中国电力科学研究院推出的 PSD-BPA 潮流和
暂态稳定分析程序的数据文件接口，所有具有 PSD-BPA 程序的用户不需另去准备复杂
的网络拓扑数据和相应的参数，不需填写短路故障信息卡和输出信息控制卡，采用已有
的潮流数据文件和稳定数据文件就可进行功能强大的短路电流计算分析。

随着计算机技
术突飞猛进地发展，Windows 以其友好的图形环境和丰富的界面资源赢得了广大用户
的喜爱。

为此，在原有短路电流计算程序已有的计算功能基础上，再结合用户使用程序
后提出的许多改进意见，选择 Windows 平台，开发出了具有 Windows 风格，面向所有
用户的电力系统短路电流计算程序。

该程序已成为中国电力科学研究院系统所开发的
PSD 电力系统分析软件工具中的重要组成部分。

PSD-SCCP 电力系统短路电流计算程序人机界面友好，操作使用完全鼠标控制，用
户界面全部汉化；计算功能更加完善，计算结果清晰，结果输出图文并茂，分析结果更
为方便。

该程序可以满足各种电力系统短路电流计算的功能要求，为用户提供了一套便
利、高效、快速的短路电流计算分析手段。

为了推广和使用 PSD-SCCP 电力系统短路电流计算程序，编写了这本用户使用手
册。

由于时间仓促，在程序设计、编写用户手册过程中，难免还会有考虑不周的地方，
恳请用户在使用过程中及时提出修改意见。

我们将十分感谢用户的合作，并谒诚为用户
服务。

2005 年 9 月
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2 短路电流计算程序的功能和特点
2.1 程序的主要功能和特点
Windows 版 PSD-SCCP 电力系统短路电流计算程序的主要功能和特点如下：
·\u21487X以进行交直流系统的对称和不对称故障情况下的短路电流计算；
·\u21487X以对全网，或对系统中任意指定的某一区域、某一电压等级范围内的所有节点
的短路电流水平进行扫描计算；一次给出各节点的三相短路，或单相短路情况下的短路
电流水平，短路容量、冲击电流、等效短路阻抗等；
·\u30701X路电流扫描计算还可自动提示各变电站断路器的遮断容量是否越限；
·\u21487X以任意指定节点进行各种形式的单一短路故障计算。

除了给出指定节点的短路
电流，短路容量，等效短路阻抗外，还可给出指定节点故障后与其一级至三级相邻的节
点电压及分支电流（包括幅值和相角、相分量和序分量）；
·\u23545X任意指定节点还可对与该节点相联的线路进行轮流开断模拟，计算出相关元件
断开后指定节点的三相短路电流水平以及分支电流分布；
·\u21487X以任意指定在某一线路上任何位置进行各种形式的单一短路故障计算，给出故
障线路及与其一级至三级相邻的母线节点电压、分支电流（包括幅值和相角、相分量和
序分量）；
·\u23545X任意指定线路进行三相短路故障计算时，还可计算出线路两端断路器一侧分别
开断后，与故障线路一级相邻的节点电压及分支电流；
·\u21487X以任意指定某一线路，对其进行单相短路故障全线扫描，给出与该线路一级至
三级相邻支路的零序电流变化规律，作为研究零序电流分量分布对邻近通讯线路干扰的
基础。

·\u21487X以对系统进行多端口阻抗等值计算，任意选择所要等值的节点，给出各节点之
间的等值阻抗参数（包括正序参数、负序参数、零序参数）。

·\u21487X以在已有拓扑结构的基础上断开部分支路，计算系统拓扑结构变化后的短路电
流、短路等效阻抗及多端口阻抗等值。

2005 年 9 月
·2·
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·\u26082X可以对系统在某一运行方式下的短路电流进行计算，又可以对系统在无负荷状
况下的短路电流进行计算。

计算系统在运行方式下的短路电流时，短路电流与故障点故
障前的电压有关，系统的分支电流考虑了相应的负荷分量；计算系统无负荷状态下的短
路电流时，所有节点的电压自动取 U＝1.0∠0.0°\u65292X系统的分支电流中只包含故障分量。

·\u36755X出功能强，用户可根据需要任意选择输出项，可以重复多次输出。

计算结果既
可在屏幕窗口上滚动显示，同时也生成列表文件，供打印机输出使用。

·\u35745X算结果既可按有名值输出，也可按标么值输出，输出选项自由切换。

·\u35745X算结果生成的二进制文件与电力科学研究院系统所开发的电力系统单线图软件
接口，用户可以通过短路计算的二进制结果文件绘制系统单线图，标注短路电流计算结
果。

·\u36890X过单线图中的显示选择，可以显示短路扫描计算后系统各节点的短路电流水平
（可区分三相或单相短路电流水平），某一指定节点或线路故障后全网的残压、各个分
支的分支电流。

计算结果图文并茂，直观明了，便于用户分析计算结果。

·电力系统短路电流计算程序的开发基于 Windows 平台，程序结构清晰，流程合
理，易学易用。

·\u31243X序用户界面友好，所有界面资源、对话框、选择项、输出结果均已汉化。

启动
该执行程序后，程序自动创建短路电流计算运行环境，用户可随意执行各种计算功能、
选择输出各种计算结果、选择计算用的输入数据文件而无须退出该运行环境，省去了用
户填写卡片，重新启动等繁琐过程。

·\u31243X序运行过程中，用户只需操作命令，输入文件名、变量名、计算内容、输出选
项等一系列关键字。

·\u31243X序具有多种检错功能，如系统的拓扑完整性检查，PSD-BPA 程序潮流数据与
稳定数据的对应性分析等。

对于一些致命错误信息，及时弹出消息对话框，提醒用户纠
正输入文件当中的错误；另外，还提供更为详细的列表输出文件，记载出错原因及性质，
用户可根据检错信息及时发现和纠正错误。

2005 年 9 月
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2.2 短路电流计算的前提条件
短路电流计算是在下列假设条件下进行的：
·\u31361X然短路前，三相交流系统是在对称状况下运行。

·\u30701X路瞬间为纯金属性短路，不计导体之间或导体对地之间的电阻。

·\u35745X算所得的短路电流和短路容量均为短路瞬间的有效值。

·\u35745X算所得的冲击电流（可能出现的最大短路电流瞬时值）为短路后0.01 秒时的瞬
时值，冲击系数根据短路点的等效阻抗求取。

·\u30701X路电流计算采用叠加原理。

由正常运行情况下的等值网络及正常电压（给定潮
流方式下的电压），求出各支路的正常电流。

由确定故障分量的等值网络，求出由于故
障而引起的各节点电压和各支路电流。

将这两者相加，就可得出短路故障后各节点的实
际电压和各支路电流。

·\u19981X对称短路时的短路电流计算采用正序等效定则。

制定出不对称短路时的正、负、
零序等值网络，将等效附加阻抗串联在正序网络的短路点，计算出不对称短路时短路点
的正序电流，然后根据各序电流的关系，求出负序和零序电流，以及各序电压。

由序电
压和序电流计算出相电压和相电流。

·\u21516X步电机均采用次暂态电抗X d”后E”电势恒定模型，不考虑发电机的磁饱和及导
体的集肤效应；转子结构完全对称（Xd”=Xq”）；定子三相绕组结构完全相同，空间位
置相差120°\u30005X气角度。

·\u30005X力系统各元件的磁路不计饱和，电气设备的参数不随电流大小发生变化。

·\u30005X力变压器抽头位置为实际抽头位置。

·\u22312X潮流方式基础上计算短路电流时，负荷用恒阻抗模型表示。

·\u23545X于交直流互联系统，由于交流系统故障时直流系统不提供短路电流。

因此，换
流变压器传输的功率可按等效负荷处理。

·\u30701X路电流计算所采用的元件参数由输入数据文件确定。

如文件中没有给出元件的
参数，程序将自动采用缺省参数值。

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2.3 短路电流计算程序的规模
目前程序的计算规模为：
总节点数 15000 个，其中：发电机节点数 4500
总支路条数 37500 条，其中线路支路数 25000，变压器支路数 12500；最大分区数 200，电压等级数 50；
多端口阻抗等值节点数 20。

如用户研究的系统超出现有程序的规模，程序规模还可以进一步扩大。

2.4 短路电流计算程序的结构
短路电流计算程序主要由三大部分组成：输入数据文件的选择和确认（包括系统拓
扑结构参数文件.DAT 和发电机参数及零序网参数文件.SWI）、输入数据的读取及数据
检查部分，短路电流计算功能选择、各功能的计算部分，计算结果的输出控制选择及结
果输出部分（包括计算结果列表文件.LIS 及短路电流计算结果二进制文件.SCC）。

程序
的总体结构框图如图 2.1 所示。

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程序启动
输入文件控制选择
从 DAT 文件中读取控制参数
是
基于潮流方式计算？
不是
从 BSE 文件中读取潮流结
果、拓扑结构和网络参数
从 DAT 文件中读取
拓扑结构和网络参数
拓扑结构分析
扫描计算功能
选择扫描范围和
确定短路故障形态
从 SWI 文件中读取发电机参数和零序电网参数初始化处理
短路电流计算功能选择
单母线短路故障单线路短路故障
选择故障母线选择故障线路和
和确定故障形态确定故障形态
程序进行所选功能计算
计算结果输出功能选择
屏幕显示计算结果，
生成列表文件 LIS 和用于单
线图显示的二进制文件 SCC
退出运行
图 2.1 短路电流计算程序结构框图
多端口等值
选择等值母线名
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3 短路电流计算程序的输入和输出文件
3.1 程序的输入数据文件
短路电流计算程序需要输入的数据文件为：
（1）DAT 文件：DAT 文件为描述系统网络拓扑结构和正序参数的文件。

短路电流
计算程序从 DAT 文件中读取有关的计算控制信息、系统的基准容量、各节点的节点名、
基准电压等级、各节点之间的拓扑联系、线路和变压器的正序阻抗参数、对地并联支路
的正序参数。

DAT 文件必须保证系统的拓扑结构完整，不能出现孤立节点或多个独立的分区，
否则程序将无法进行计算。

如用户拥有 PSD-BPA 潮流程序的 DAT 数据文件，短路电流计算程序在读取该文件
时，将根据 DAT 文件中的控制语句去判断是否读取潮流计算结果。

如文件选择对话框
选择“系统拓扑数据采用 dat 文件中指定的 Bse 文件”检查项，同时控制语句中包含：
/NEW_BASE, FILE = 文件名.BSE\，且文件名.BSE 已存在，则程序将从该文件中读取潮
流计算结果，系统拓扑结构和网络正序参数，且程序自动确定为基于潮流方式下的短路
计算。

否则文件选择对话框不选择“系统拓扑数据采用 dat 文件中指定的Bse 文件”检
查项，则从 DAT 文件中读取相应的参数，程序将在无负荷状态下进行短路计算。

（2）SWI 文件：SWI文件为描述系统所有发电机电抗参数、零序电网参数以及网
络拓扑结构变化情况等数据。

短路电流计算程序从中读取发电机的额定容量、发电机的
次暂态电抗Xd”、系统的零序拓扑结构及相应的零序参数（包括线路、并联电抗器、并
联电容器、变压器等零序参数）、系统的拓扑结构变化情况（线路及变压器开断信息等）。

SWI 文件中零序网络的拓扑结构应与 DAT 文件中的正序网络结构保持一致，包括
支路名和支路平行码，否则程序会显示出相应的错误信息。

如用户拥有 PSD-BPA 电力系统暂态稳定分析程序的数据文件，则不需作任何修改
即可用于短路电流计算程序。

短路电流计算程序只从中读取相关的发电机次暂态电抗参
数、零序电网参数，网络拓扑结构的变化可在其基础上修改。

如 SWI 数据文件中没有
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发电机的次暂态电抗参数，而只有暂态电抗参数，则短路电流计算程序将根据发电机的
类型，由暂态电抗参数近似计算出其次暂态电抗参数，然后再进行计算。

（3）DBR 文件：DBR 文件是有关各母线开关额定遮断电流值的数据文件，其文件
名及存放的目录与 SWI 文件相同，但后缀为 .DBR。

短路电流计算程序从DBR 文件中
读取各母线的开关额定遮断电流值，然后与计算结果相比较，用于判断故障母线的实际
遮断电流是否超过其额定遮断电流。

当运行短路电流计算程序，并选择了 DAT 和 SWI 输入数据文件名后，程序会自动
查询 SWI 文件目录下后缀为 DBR、与 SWI 文件名相同的文件是否存在。

如该文件存在，
则程序直接从该文件中读取各母线开关的额定遮断电流值并与计算结果相比较。

如该文
件不存在，程序将在 SWI 文件所在的目录下自动生成该文件，其文件名与SWI 文件名
相同、后缀为 DBR。

此时，程序会根据各母线的节点基准电压在 DBR 文件中形成各母
线开关的额定遮断电流缺省值，并用此缺省值与短路电流计算结果比较。

用户可在 DBR
文件缺省值的基础上进行修正，将各母线开关额定遮断电流的实际值取代缺省值，下一
次计算时就可准确地判断出各母线的短路电流值是否超过其开关的额定遮断电流。

3.2 输入文件的有关格式说明
3.2.1 DAT 数据文件格式说明
DAT 文件的第一行是标识语句，必须从第一列开始按如下格式填写：
(POWERFLOW,CASEID = IEEE9, PROJECT = IEEE_9BUS_TEST_SYSTEM)
CASEID：是 DAT 文件的方式名，必须填写，但不能超过 20 个字符。

PROJECT：是工程说明语句，可以不必填写。

填写时字符个数不能超过 30。

如用户期望在潮流方式基础上计算短路电流，则拥有 PSD-BPA 潮流计算程序的用
户应在其 DAT 数据文件填写控制语句：
/NEW_BASE, FILE = 文件名.BSE \
程序指定的缺省基准容量为 100MVA，如需指定系统的基准容量为 1000MVA，则
填写控制语句：
/MVA_BASE=1000.\
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（注意：基准容量应采用浮点数表示）
随后填写描述系统拓扑结构和正序参数的节点数据卡 B 卡，线路数据卡 L 卡和 E
卡，变压器数据卡 T 卡，并联电容器和并联电抗器的数据包含在节点数据卡B 卡中。

这
些卡片的填写无顺序要求，所有这些数据卡片的填写方式参见附录 A.1。

DAT 数据文件的结尾标志为数据文件的最后一行，第 1～5 列填写:
(END)
3.2.2 SWI 数据文件格式说明
SWI 文件的第一行同样是标识语句，必须从第一列开始按如下格式填写：
CASE CASEID
CASEID：为 SWI 文件的方式名，必须与 DAT 文件中的 CASEID 相同，否则程序
将认为 SWI 文件与 DAT 文件不是同一个系统下的参数，将不再继续进行计算。

随后填写网络拓扑结构变化控制卡 LS 卡，发电机次暂态参数卡 M 卡，线路零序参
数卡 LO 卡，变压器零序参数卡 XO 卡，对地并联支路卡 XR 卡。

这些卡片的填写格式
请参见附录 A.2。

SWI 文件的结尾标志为数据文件的最后一行，第 1～2 列填写:
99
3.2.3 DBR 数据文件格式说明
DBR 文件的第一行同样是标识语句，必须从第一列开始按如下格式填写：
CASE
随后填写节点名标识符、节点名、节点基准电压、节点中文名、开关额定遮断电流
值（用 kA 表示），节点名的填写顺序无特殊要求。

填写格式见附录 A.3。

DBR 数据文件的结尾标志为数据文件的最后一行，第 1～5 列填写:
(END)
3.3 输入文件有关的缺省参数说明
发电机参数
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计算短路电流时发电机参数采用其次暂态电抗参数Xd”.
不对称短路故障时，如数据文件中无法得到发电机的负序电抗参数，则发电机的负
序电抗X2 等于发电机的次暂态电抗Xd”。

发电机升压接入系统后，升压变压器发电机侧通常采用?型接法。

无论升压变压器
高压侧是否接地，当系统发生不对称短路故障时，发电机侧没有零序通路。

所以零序等
值网络中不用考虑发电机零序回路及参数。

如从PSD-BPA暂态稳定计算程序SWI数据文件中读取发电机次暂态电抗参数Xd”时
可能会遇到下述情况，此时程序将采取不同的处理方式。

?描述发电机暂态参数的数据卡片“MF卡”中 29 列～32 列填写了发电机容量，则
“M”卡中 38 列～42 列填写的次暂态电抗参数Xd”是基于本机容量。

程序会自动将本机
标么参数Xd”转换为系统基准容量下的标么参数，然后进行计算。

如“MF 卡”中 29 列～
32 列未填写发电机容量，则程序认为发电机的次暂态电抗参数已经归算到系统基准容量
下，可以直接进行各种短路计算。

?描述发电机次暂态参数的数据卡片“M卡”不存在。

SWI文件中所有发电机模型
采用E’q变化的三阶模型，仅有“MF卡”表示发电机的暂态参数。

此时，也可以利用“MF
卡”中的发电机基准容量和暂态参数Xd’进行短路电流计算，但是短路电流计算是采用
近似的方法。

程序自动由经验数据，将发电机的暂态参数Xd’换算成次暂态参数Xd”，
然后再进行短路计算。

经验参数的取值为：如发电机为隐极式汽轮发电机组，则Xd” ?
0.64 X d’，如发电机为凸极式水轮发电机组，则Xd” ? 0.72 Xd’。

负荷参数
短路计算如考虑负荷电流影响时，负荷用恒定阻抗表示。

从潮流结果文件中读取各
节点负荷所吸收的功率PL＋jQL，以及节点的电压，即可计算出负荷的阻抗值。

单位负荷的负序阻抗 Z2 可以取 Z2 = 0.4 + j 0.2，各节点负荷的负序参数则按单位负
荷的负序参数和该点的负荷水平一道求出。

线路零序参数
线路零序阻抗参数由 SWI 文件中读取。

如 SWI 文件中没有给出线路的零序阻抗参
数，短路电流计算程序会根据线路的正序阻抗参数（R1、X1 和 B1 等）按下式计算出
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其缺省的零序阻抗参数。

R0 = 3.26R1
X0 = 3.14X1
B0 / 2 = 0.68B1/2
3.4 程序的输出结果数据文件
短路电流计算程序运行后，将自动生成两组数据文件：
（1）LIS 文件： LIS 文件为短路电流计算结果列表数据文件，其文件名和存放的
目录与 SWI 文件相同。

短路计算过程中产生的警告信息、结果信息均存入该文件中。

该文件为十进制数据文件，可以进行编辑和修改。

用户可以根据该文件提供的警告信息
去修改 DAT 数据文件和 SWI 数据文件中不相适应的拓扑结构和参数，也可重新编辑计
算结果供打印机输出。

（2）SCC 文件： SCC 文件为网络拓扑结构和短路电流计算结果二进制数据文件，
其文件名和存放的目录与 SWI 文件相同。

该文件主要用于存放用于绘制描述系统单线
图的拓扑结构、短路电流扫描计算结果或系统中某一点、或某一线路故障后整个系统的
电压水平和各支路电流的分布情况。

应用中国电力科学研究院开发的电力系统单线图作
图软件，读入短路计算结果文件 SCC 后，用户可以更加直观地了解全网的短路电流水
平或某节点短路后全网各节点的电压水平及分支电流分布情况。

4 短路电流计算程序的运行
本章将介绍短路电流计算程序的运行操作，包括运行环境的启动，输入文件的选择，
短路电流计算功能的选择，输出功能项的选择，短路电流计算结果的输出以及计算结果
在电力系统单线图上的显示。

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4.1 启动运行环境及输入文件选择
4.1.1 启动短路电流计算程序运行环境
在Windows环境下，用鼠标双击短路电流计算执行程序像标（通常位于PSD电
力系统分析集成软件包程序组中）即可启动短路电流计算程序运行环境。

短路电流计算
程序运行环境如图 4.1 所示。

图 4.1 短路电流计算程序运行环境示意图
该运行环境包括标题条，菜单条，工具栏和工作区域。

标题条由 SCCP -
文件名构
成，其中 SCCP 是短路电流计算程序的缩写标题，文件名取输入的DAT 数据文件名。

图 4.1 中标题条中显示的 10FD1 即为输入的 DAT 文件名，在未选择数据文件之前，文。