采用串聯電抗器限制某地區220kV短路電流研究

陶永晉　曹家駒

摘要：短路電流超標問題在電網設計和運行中日益突出。文章針對某地區220kV短路電流超標問題，通過方案對比與分析，提出采用串聯電抗器以限制該地區220kV短路電流，并對該方案的利弊進行了分析，以期對未來該技術的進一步應用提供一些參考。

關鍵詞：串聯電抗器；短路電流；電網設計；電網運行；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM713 文章編號：1009-2374（2015）32-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.076

隨著電網規模的快速發展以及發電廠的集中建設，電網的短路電流日益增大，將會嚴重影響電網的安全穩定運行，對于電力系統設備的可靠性也提出更高挑戰。

1 問題的提出

以某發電廠較為集中的地區為例，該地區煤炭資源極為豐富，是重要的火電基地和化工、冶金工業區。該地區擁有較多公用電廠和企業自備電廠，由于工業發展，需新建用戶a、b及自備電廠a、b，如圖1所示：

圖1 用戶a、b建設方案示意圖

圖1中變電站、電廠及線路均為220kV電壓等級。由于新建用戶及自備電廠的接入，導致公用站A的三相及單相220kV短路電流急劇上升，已超過220kV設備額定電流（50kA），需提出相應措施解決短路問題。

2 限制短路電流措施分析

目前設計及運行中最常用的限制短路電流的方式有以下七種：

2.1 提高電壓等級，次級電網解環運行

這是目前最常用也是最直接有效的限制短路電流的措施。但是針對本項目，由于周邊尚無高一電壓等級的變電站，因此不具備220kV電網解環運行的條件，本方案不予采納。

2.2 變電站母線分段運行

此方法簡單方便，但是會降低系統的安全性和運行靈活性。針對本項目，若將公用站A的220kV母線分段運行，則如圖2所示：

圖2 站A母線分段運行后電網接線圖

公用站A母線分段運行后，公用站A北段母線及所接變電站B、d、電廠C、d僅通過A（北段）-用戶a-A（南段）的線路與主網相連接，一旦發生故障，北部地區將面臨停電風險，安全可靠性大為降低，本方案不予

采納。

2.3 變壓器加裝中性點小電抗接地

此方法可以有效地降低單相短路電流，但不能降低三相短路電流，本方案不予采納。

2.4 采用高阻抗的變壓器

目前很多地區在設計階段已經考慮采用高阻抗變壓器來預防短路電流未來可能過高的問題，但是此種方式對于系統的動態穩定有一定影響，需要綜合考慮。本項目中已經采用高阻抗變壓器，但依然無法有效降低短路電流。

2.5 采用直流技術

直流輸電的應用可以有效地降低短路電流，但由于成本較高，目前主要應用于高電壓長距離的輸電情況，本方案不予采納。

2.6 提高斷路器遮斷容量

提高斷路器遮斷容量，導致造價隨之提高很多，本方案不予采納。

2.7 串聯電抗器

本項目采納此方案，具體分析見下文。

3 本工程解決方案

考慮到建設成本和周邊電網情況，本項目選擇加裝串聯電抗器來降低短路電流。

加裝串聯電抗器可以有效地增加系統阻抗，從而降低短路電流，目前在華東地區尤其是上海等短路電流水平較高的地區已經得到實際應用，主要應用于500kV電壓等級。本項目考慮在220kV電壓等級加裝串聯電

抗器。

經過調試與對比計算，最終選擇在用戶a及用戶b至公用站A的四條線路上各加裝20Ω的串抗，短路電流計算結果見表2。加裝串抗后，公用站A的三相及單相220kV短路電流均降至50kA以下，滿足設備運行條件。

此外，通過潮流計算與穩定分析，本項目加裝串抗后不會影響電網的安全穩定運行。

然而也應當注意到采用串聯電抗器所產生的問題：（1）電抗器串接至系統后，會導致電壓下降，若有必要，應注意及時補充電容器，減小串抗對電壓水平的影響。本項目中由于用戶側均有自備電廠，可以提供容性無功，從而維持電壓運行水平；（2）由于串抗增加系統阻抗，會導致系統網損的增加，串接電抗器的線路潮流越重，損耗越高。本項目中由于用戶a、b由各自的自備電廠供電，與公用站A的連接線路潮流較輕，可以有效地減少串抗對網損的影響；（3）投資較高。由于串聯電抗器單個容量有限，串聯使用時價格比較昂貴。

4 結語

目前電網設計和運行中，短路電流偏高的問題日益凸顯。在今后的設計和運行中，還是應當優先采用電網解環、母線分段、加裝小電抗、高阻抗變壓器等方法來降低短路電流，但是當以上方法受到限制或無法有效降低短路電流時，可以考慮串聯電抗器來解決問題，但應深入研究如何減小這種方案實施所帶來的負面影響，制定合理、有效的短路電流限制方案。

參考文獻

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[2] 電力工業部電力規劃總院.電力系統設計手冊[M].

北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介：陶永晉（1987-），男，北京人，國核電力規劃設計研究院助理工程師，碩士，研究方向：電網設計及電力系統規劃；曹家駒（1991-），男，北京人，國核電力規劃設計研究院助理工程師，碩士，研究方向：電網設計及電力系統規劃。

（責任編輯：蔣建華）