國內電網短路電流限制措施分析

侯國柱 計 偉 費雪萍

（1.北方工業大學，北京100144；2.內蒙古電力勘測設計院有限責任公司，內蒙古 呼和浩特010020）

1 限制短路電流的必要性

隨著我國經濟的發展，各地區對電力的需求不斷增加，電網負荷隨之加大，因此對電網的建設規模也進一步提出了新的要求。目前最為常見的電網建設是500kV 的主網建設和220kV的配網建設，正是這兩類電網使得電網輸送能力得以進一步提高，隨之也帶來了另外一些優勢，例如：之前由于電網結構松散稀疏引起的類似暫態穩定等的問題都得到了有力的改善。

但是，這也導致了新的問題：電網短路容量隨著電網發展逐年呈現上升趨勢。目前而言，如何在電網迅速發展的大環境下有效控制短路電流的增長，逐漸成為電網控制管理部門面臨的決策性命題。一方面，由于不斷有新的電網項目建設和投入運行，一些區域內220kV 側的短路電流逐漸出現超過遮斷容量的趨勢；另一方面，有些來自500kV 變電站的單相短路電流也開始出現超標的情況。這兩類超標問題嚴重影響著電網的穩定有序運行，因此采取有效措施進一步限制短路電流勢在必行。

2 國內限制短路電流的主要措施

要想系統地控制短路電流是一項浩大的工程，就目前而言，國內外的電力系統通常采取的限制短路電流措施通常都是從如下三個角度考慮的，分別為電網結構、限流設備以及運行方式。國內目前表現最為成熟而且執行力最好的限制短路電流措施是提升電壓等級，進而使低一級電網分層分區運行。另外還有如下常用措施：提高斷路器遮斷容量、變電站母線分段運行等。

2.1 通過提升電壓等級限制短路電流

一般來說，在高一級電壓等級的電網形成以后，既可對原有電壓等級的電網分層分區，分成幾個區域之后進一步接入高一級電網。通常，大容量機組如果能直接接入更高一級的電網，原有電壓等級電網中短路電流就會下降。

例如，2020年前后內蒙古電網將建設錫盟—北京東—天津—濟南—棗莊的東部送電通道、烏盟—北京西—石家莊的中部送電通道、鄂爾多斯—蒙西—晉中—晉東南的西部送電通道、蒙西—晉北—北京西—天津的橫向送電通道，送端建設鄂爾多斯—烏盟—錫盟雙回線路及上海廟—蒙西雙回線路。另外，考慮華北區域內建設晉中—石家莊—濟南—濰坊的橫向送電通道，從而在整個華北區域內形成一個特高壓電網，形成三縱三橫。目前初步估算，到那時內蒙古電網主網架的電壓等級將由1 000kV 取代現有的500kV。經過測算，蒙西電網實行這一電網主網架結構后，500kV 電壓等級的電網短路水平將會出現明顯下降。這就是通過提高電壓等級來限制電網中短路電路最為典型和成熟的方法。

2.2 通過在變壓器中性點加裝小電抗限制短路電流

這一措施是為了應對500kV 變電站單相短路電流太大影響電網運行而采取的，其最大的優點就是投資整體來說較低，且在最大程度限制短路電流的基礎上，施工量相對較少。采取這一措施之所以能夠有效限制單相短路電流，是因為在加裝了小電抗之后，該電抗值在零序網絡中將被放大。

電力行業對于中性點接地的方式有著嚴格的規范和要求，按照DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中的有關規定，在330kV 和500kV 的電網系統中不允許變壓器中性點不接地就投入運行，同時，在500kV 電網系統中，變壓器中性點按照規定要求只能直接接地或經小電抗接地。對于小電抗的阻值，該規范中也明確指出：要根據電抗的通流容量和耐壓水平來選擇，不能過大或者過小［1］。

同時還要考慮避雷器的額定電壓等級，這是因為主變中性點小電抗經受的雷電過電壓與其緊密相關。避雷器依據其使用要求，不僅要充分滿足保護電網設備安全性的要求，也要能夠滿足其自身的安全性要求。結合上述因素考慮，要保證在正常情況下，變壓器中性點電壓為0；而在出現故障時，則要求避雷器額定電壓應高于變壓器中性點的最高工頻電壓。按照GB311.7的有關規定，對設備進行絕緣配合時，避雷器應充分考慮所保護設備的額定耐受電壓，同時安全裕度系數這一反映避雷器保護水平的重要指標也應當達到要求。

但是上述措施有一個明顯的局限性，即通常只對局部的單相短路電流有作用，對于三相短路電流，其完全無法達到控制和降低短路電流的目的。那么，如何才能限制三相短路電流呢？通常來說，采取的措施為優化網架結構，并進一步加以調整。

以往在變電站設計和建設時并不考慮遠期加裝中性點小電抗的問題，造成后期加裝小電抗時空間和場地受限。這種情況下通常要改造主變系統，必然會導致主變較長時間停電、施工周期增長、資金浪費等問題。因此，在500kV 變電站設計時，如果對該站遠期單相短路問題研究不很明確，應盡量在主變區域留下擴建中性點小電抗裝置的空間和場地［2］。

2.3 采用高阻抗變壓器和發電機限制短路電流

探究短路電流產生的源頭，并從源頭上加以限制是一項重要措施。發電設備正是這一問題的一個重要源頭。要想有效局部控制短路電流，采用阻抗較高的發電機以及升壓變壓器都是行之有效的措施。可是，單一地加大發電機阻抗對系統的靜態穩定會帶來一定程度的損害。除此以外，還可能引起嚴重的漏磁現象。而單一地選取高阻抗變壓器也存在漏洞，其會一定程度上增加無功損耗，甚至引起嚴重的電壓降。

目前，我國電網10～500kV 變壓器采購標準有高阻抗變壓器系列，其在制造工藝上沒有技術問題，但市場價格略高，大約比普通變壓器貴10%左右。因此在短路電流超標的情況下，如果為了節約用地，減少限流電抗器的使用，可以考慮選用高阻抗變壓器。

2.4 采用串聯電抗器限制短路電流

串聯電抗器目前在國內外的實踐很多，其具有占地較小、投資合理等優勢，但局限性也不容忽視，最大的缺點為增加了正常運行方式下的網損。因此，盡管其運行經驗豐富，但在實際運行過程中也要結合工程的實際狀況，同其他幾類措施做好比較和篩選，再投入使用，以免帶來不必要的損失。

2.5 采用直流背靠背技術限制短路電流

該技術目前所需設備前期投資費用相對較高，維護成本對應也較高，雖然能夠較好地控制短路電流，但因上述局限性，目前采用的電網系統還比較少。

2.6 提高斷路器的遮斷容量限制短路電流

提高斷路器的遮斷容量無疑是一種良好的解決辦法，但從設備成本上來講造價高，而且實現起來較為困難。另外，目前我國這方面能力已達到一個較高水平，幾乎沒有改進的空間。

3 結語

隨著經濟的迅速發展，各地區對電力的需求不斷增加，電網負荷隨之加大，因此對電網的建設規模也進一步提出了新的要求。各地區新的電源項目得以不斷投運，造成我國部分區域220kV 側的短路電流水平大幅攀升，超過了開關的遮斷容量。本文詳細介紹了國內限制電網短路電流的各種措施，對它們的特點、適用場合進行了歸納和總結，可為實際工程提供參考，具有較高的應用價值。

［1］賀健，劉洪濤，楊京燕.電網規劃中短路電流限制措施的研究［J］.中國電力教育，2007（S3）：50－52.

［2］周堅，胡宏，莊侃沁，等.華東500kV 電網短路電流分析及其限制措施探討［J］.華東電力，2006，34（7）：55－59.