山西北部500kV電網(wǎng)短路電流限制措施研究

任 遠(yuǎn)，王 皚，張友民，郭 星（.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西太原， 03000；.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原，03000）

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山西北部500kV電網(wǎng)短路電流限制措施研究

任 遠(yuǎn)1，王 皚1，張友民2，郭 星1
（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西太原， 030001；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原，030001）

近年來，隨著山西省內(nèi)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，逐漸形成了以500kV為主要電壓等級(jí)的“三縱四橫”堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)格局。電網(wǎng)規(guī)模的逐年擴(kuò)大及其構(gòu)架的日益復(fù)雜，在加強(qiáng)電網(wǎng)的同時(shí)，也使得短路電流水平逐年攀升，局部電網(wǎng)尤其是山西北部500kV電網(wǎng)的短路電流水平超標(biāo)已成為一個(gè)突出問題，影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性?；诖?，本文從研究局部電網(wǎng)的短路電流超標(biāo)問題出發(fā)，擬利用幾種不同的措施來限制降低短路電流水平，相關(guān)的研究結(jié)論可以為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的借鑒意義。

500kV電壓等級(jí)；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；短路電流；限制措施；電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

1　北部電網(wǎng)短路水平概況

山西北部電網(wǎng)是華北電網(wǎng)的重要組成部分，承擔(dān)向京津唐電網(wǎng)和山西南部電網(wǎng)送電的重要任務(wù)。近年來，隨著山西省內(nèi)北電南送通道的加強(qiáng)，北部電網(wǎng)個(gè)別500kV廠站的短路電流水平已經(jīng)處于較高水平，加之規(guī)劃建設(shè)的晉北～江蘇+800kV直流輸電通道以及大量低熱值煤電電廠的陸續(xù)投產(chǎn)，在加強(qiáng)電網(wǎng)的同時(shí)，也使得短路電流水平逐年攀升，局部電網(wǎng)的短路電流水平超標(biāo)已成為一個(gè)突出問題，影響到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，神頭二電廠500kV母線三相短路電流達(dá)60.18kA，達(dá)到斷路器額定開斷電流的95%，隨著后續(xù)大量電源的接入，考慮目前已投產(chǎn)和核準(zhǔn)在建、取得國(guó)家和省發(fā)改委路條的電源項(xiàng)目，結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃情況，進(jìn)行北部電網(wǎng)完善前的短路計(jì)算，神頭二電廠500kV升壓站500kV母線短路電流將達(dá)到65.15kA，超過了現(xiàn)有斷路器的額定開斷電流。

雁同站500kV母線三相短路電流達(dá)49.93kA，隨著雁同至平魯雙回線路的投產(chǎn)、晉北換流站的投產(chǎn)、塔山二期2×660MW機(jī)組的投產(chǎn)，考慮目前已投產(chǎn)和核準(zhǔn)在建、取得國(guó)家和省發(fā)改委路條的電源項(xiàng)目，結(jié)合電網(wǎng)規(guī)劃情況，雁同站500kV三相短路電流將達(dá)到64.20kA，超過了現(xiàn)有斷路器的額定開斷電流。

北部500kV電網(wǎng)局部短路電流水平超標(biāo)已經(jīng)成為一個(gè)較為突出的問題。因此需要對(duì)雁同站500kV母線、神頭二電廠500kV母線短路電流采取降低的措施。

2　各種短路電流限制措施比較分析

限制500kV電網(wǎng)短路水平主要從以下幾個(gè)方面：

（1）改變網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一定程度上“弱”化電網(wǎng)。

（2）針對(duì)歷史形成的電廠串接在電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)，將其改變?yōu)殡姀S一點(diǎn)接入電網(wǎng)。

（3）利用500kV站二分之三接線的特點(diǎn)，利用出串的方式。

（4）利用短路電流限制器來降低局部電網(wǎng)的短路水平。

本次分析的基礎(chǔ)是考慮晉北換流站投產(chǎn)（匯集安太堡、木瓜界電廠、神泉二期）神二電廠維持現(xiàn)狀；神泉一期維持現(xiàn)狀；考慮山陰電廠一期維持現(xiàn)狀，二期以1回500kV線路接入平魯站。

采取措施1：大二電廠歷史形成的串接在山西北部電網(wǎng)和京津唐電網(wǎng)中，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。考慮改變大二電廠接入方式，由電廠串接在電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)改變?yōu)殡姀S一點(diǎn)接入電網(wǎng)。神二電廠500kV為二分之三接線，利用二分之三接線的優(yōu)勢(shì)，采取出串的方式降低神二電廠500kV母線的短路電流水平。將大二電廠至房山3回線π入平城站，斷開大二至雁同雙回，考慮對(duì)神二電廠內(nèi)部進(jìn)行改造，將3#機(jī)組由忻州I回改接至忻州II回，神忻I與神朔II配成一串，并出串短接，形成忻州至朔州1回。雁同站500kV三相短路電流56.88kA，神二電廠54.75kA。

采取措施2：雁同站與系統(tǒng)的聯(lián)系極為緊密，接入該站的電源較多。考慮采取分散電源接入的方式來降低雁同站的短路電流水平。將接入雁同站的塔山電廠改接至其它較為合理的站點(diǎn)。將塔山電廠一二期以雙回500kV線路接至?xí)x北換流站，并考慮對(duì)神二電廠內(nèi)部進(jìn)行改造，將3#機(jī)組由忻州I回改接至忻州II回，神忻I與神朔II配成一串，并出串短接，形成忻州至朔州1回。雁同站500kV三相短路電流56.52kA，神二電廠54.72kA。

采取措施3：雁同和神二電廠同時(shí)采取出串的方式降低短路電流水平。將平魯～雁同Ⅰ回線與雁同～平城Ⅰ回線在雁同站出串短接。形成平魯至平城1回，并考慮對(duì)神二電廠內(nèi)部進(jìn)行改造，將3#機(jī)組由忻州I回改接至忻州II回，神忻I與神朔II配成一串，并出串短接，形成忻州至朔州1回。雁同站500kV三相短路電流60.3kA，神二電廠55.3kA。

采取措施4：應(yīng)用短路電流限制器，經(jīng)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)線路加裝短路電流限制器進(jìn)行比較分析，由于各線路長(zhǎng)度不同，在系統(tǒng)中的作用不同，對(duì)短路電流的敏感性會(huì)不同。為均衡系統(tǒng)潮流，采取選擇2～3個(gè)通道上同時(shí)加裝短路電流限制器，避免在一個(gè)通道上加短路電流限制器，造成潮流分布極不均衡。采取在神雁雙、大雁雙、神朔雙三個(gè)通道上分別加裝10歐姆的短路電流限制器，雁同站500kV三相短路56.34kA，神二電廠56.24kA。

3　各種限制措施電氣校核

采取限制系統(tǒng)短路電流水平的措施，一定程度上會(huì)減弱系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。因此，有必要對(duì)各種措施進(jìn)行潮流計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算等電氣校核，以便各種措施能夠滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

潮流計(jì)算：對(duì)各種限制措施進(jìn)行潮流計(jì)算校核，潮流分布均比較均勻，電壓運(yùn)行在合理范圍之內(nèi)。

穩(wěn)定計(jì)算：從穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果看：按幾種措施實(shí)施后，相關(guān)線路N-1、N-2三相短路永久故障情況下，不會(huì)給系統(tǒng)穩(wěn)定性造成不利影響。

無功平衡：對(duì)于各種限制措施，無功平衡將會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。

采取短路措施1：需在平城至蔚縣的平城側(cè)加裝2×150+1×180MVar無功補(bǔ)償。新形成的忻州至朔州線路長(zhǎng)度約115km，對(duì)該線路未考慮加裝高抗，由于原神忻I回線路的神二電廠側(cè)裝設(shè)1×150MVar線路高抗，神忻I與神朔II回短接，可考慮將在忻州側(cè)加裝1×150MVar線路高抗。

采取短路措施2：新形成的忻州至朔州線路長(zhǎng)度約115km，對(duì)該線路未考慮加裝高抗，由于原神忻I回線路的神二電廠側(cè)裝設(shè)1×150MVar線路高抗，神忻I與神朔II回短接，可考慮將在忻州側(cè)加裝1×150MVar線路高抗。

采取短路措施3：形成的平城至平魯1回線路長(zhǎng)度約160km，在線路的平城側(cè)加裝1×120MVar線路高抗。新形成的忻

圖1　北部電網(wǎng)地理接線圖

州至朔州線路長(zhǎng)度約115km，對(duì)該線路未考慮加裝高抗；由于原神忻I回線路的神二電廠側(cè)裝設(shè)1×150MVar線路高抗，神忻I與神朔II回短接，可考慮將在忻州側(cè)加裝1×150MVar線路高抗。措施4不改變電網(wǎng)的無功平衡，對(duì)電網(wǎng)影響較小。

4　結(jié)論

短路電流水平超標(biāo)是電網(wǎng)逐漸加強(qiáng)到一定程度的必然產(chǎn)物。應(yīng)在保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的前提下采取一定的措施限制局部短路電流水平。

從以上各措施的分析結(jié)果可以看出，采取短路電流限制器的措施，不僅短路電流水平治理效果明顯，并且在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，不減弱電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，綜合效果較好。

短路電流限制器利用依據(jù)電感電容串聯(lián)諧振的原理，在系統(tǒng)短路時(shí)通過晶閘管迅速旁路電容器。使限制器呈現(xiàn)感性，達(dá)到對(duì)短路電流的抑制。利用短路電流限制器在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，不改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，對(duì)于局部電網(wǎng)短路水平超標(biāo)治理的限制作用比較明顯。但是，需要指出的是，短路電流限制器只能在局部電網(wǎng)應(yīng)用，不能在電網(wǎng)中大范圍應(yīng)用。

［1］ 陳怡靜大電網(wǎng)短路電流限制措施研究［D］.浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008

［2］ 周挺，張銘.華東電網(wǎng)500 kV短路電流限制器示范工程選點(diǎn)方案［J］.華東電力.2008，36（10）

［3］ 韓戈，韓柳，吳琳.各種限制電網(wǎng)短路電流措施的應(yīng)用與發(fā)展［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制.2010，38（1）

［4］ 韓柳，仇衛(wèi)東，肖智宏. 電網(wǎng)短路電流的限制措施［J］.電力技術(shù)經(jīng)濟(jì).2009，21（3）

［5］ 孫奇珍，蔡澤祥，李愛民，李力，吳科成.500 kV電網(wǎng)短路電流超標(biāo)機(jī)理及限制措施適應(yīng)性［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化.2009，33（21）

Study on limiting measures of short-circuit current of 500kV power grid in northern Shanxi

Ren Yuan1，Wang Ai1，Zhang Youmin2，Guo Xing1
（1.China Energy Engineering Group ShanXi Electric Power Engineering Co.，Ltd， Shanxi，030001，China；2.China Energy Construction Group Shanxi Electric Power Survey & Design Institute Co.，Ltd，Shanxi，030001，China）

In recent years，with the rapid development of power system in Shanxi Province，a "three horizontal and four vertical" strong power grid pattern of mainly 500kV voltage level is gradually formed.Being larger and more complex，the power system is actually strengthened，which also leads to the increasing level of short-circuit current.Exceeding the standard of short-circuit current of local power grid，especially in northern Shanxi 500kV power grid，has become an outstanding problem，which affects the reliability of power system operation.Based on the study of short-circuit current exceeding problem in local power grid，in this paper，several different measures to reduce short-circuit current level was discussed and analysed.The related research conclusions can provide some reference for the safe and stable operation of power system.

500kV voltage level；power grid structure；short-circuit current；limiting measures；safe and stable operation of power system