240MVA主變低壓側(cè)限流方案分析

錢紅健

（國網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟技術研究院，江蘇 南京 210008）

240MVA主變低壓側(cè)限流方案分析

錢紅健

（國網(wǎng)江蘇省電力公司經(jīng)濟技術研究院，江蘇 南京 210008）

對于采用變電容量為240MVA、低壓側(cè)為10kV主變的變電站，往往存在低壓側(cè)短路電流過大的情況。通過分析，限制低壓側(cè)短路電流的方案主要有3種。本文從電氣接線結(jié)構(gòu)、短路電流、造價等方面進行分析，確定相對合理的方案。

240MVA；短路電流；限流電抗器；高阻抗變壓器

0.前言

對于采用變電容量為240MVA、低壓側(cè)為10kV主變的變電站，往往存在低壓側(cè)短路電流過大的情況。針對這種情況，目前通常采用低壓側(cè)串聯(lián)限流電抗器或使用高阻抗變壓器等手段來限制低壓側(cè)的短路電流。

據(jù)統(tǒng)計，江蘇地區(qū)在2014年初至2015年上半年完成初步設計評審的新建220kV輸變電工程共48項，其中使用240MVA主變、低壓側(cè)為10kV出線的工程共12項。

分析電氣主接線圖，發(fā)現(xiàn)這些工程主要采用以下3種方案來限制低壓側(cè)短路電流：

方案一：低壓側(cè)采用總回路限流電抗器，7項；

方案二：低壓側(cè)采用雙分支限流電抗器（低壓側(cè)為雙分支回路），1項；

方案三：采用高阻抗變壓器，4項。

對于以上3個方案，哪一個方案在技術、經(jīng)濟上更合理呢？本文將從電氣接線結(jié)構(gòu)、短路電流、造價等方面進行分析。

1.電氣接線結(jié)構(gòu)比較

1.1 方案一的接線結(jié)構(gòu)

方案一在10kV主變進線總回路中串聯(lián)一組總回路限流電抗器，電抗器前設有隔離開關，低壓側(cè)為雙分支回路時接線示意圖如圖1所示。

此方案中，當限流電抗器發(fā)生故障時，主變?nèi)齻?cè)斷路器跳開，打開電抗器前的隔離開關后，可以在檢修限流電抗器的同時，保持主變高、中壓側(cè)運行。

1.2 方案二的接線結(jié)構(gòu)

方案二在10kV主變進線的各分支回路中各串聯(lián)一組分支限流電抗器，電抗器前設有隔離開關，低壓側(cè)為雙分支回路時接線示意圖如圖2所示。

此方案中，當其中一組限流電抗器發(fā)生故障時，主變?nèi)齻?cè)斷路器跳開，打開該組電抗器前的隔離開關后，可以在檢修限流電抗器的同時，保持主變高、中壓側(cè)和另一段低壓母線運行。

1.3 方案三的接線結(jié)構(gòu)

相對于方案一和二，方案三采用高阻抗變壓器，接線較簡單，如圖3所示。

此方案中，低壓側(cè)為雙分支回路分別通過母線從主變低壓側(cè)直接接入。10kV一段母線檢修時，直接拉開該段母線的主變開關，另一段母線仍可繼續(xù)運行。

1.4 接線結(jié)構(gòu)比較

以上3個方案中，方案三較方案一少一組隔離開關、一組限流電抗器、一組電流互感器，較方案二少兩組隔離開關、兩組限流電抗器、兩組電流互感器，接線型式較簡單。同時，由于少了限流電抗器等設備，在總平面布置上，方案三的布置形式可以更緊湊，通過合理規(guī)劃可以適當節(jié)省變電站的站地面積。

表1　方案一遠景短路電流計算結(jié)果

2.短路電流計算

以14年某新建220kV變電站為例，進行遠景短路電流的計算。該新建變電站電壓等級為220kV/110kV/10kV，本期規(guī)模為1臺240MVA主變，遠景3臺240MVA主變，主變低壓側(cè)容量為80MVA。10kV配電裝置本期出線12回，采用單母線雙分段接線；遠景出線36回，采用單母線六分段環(huán)形接線。

根據(jù)該新建站所在地區(qū)系統(tǒng)資料，遠景3臺主變10kV側(cè)出線總負荷的高峰為S=117+j117，分配到每臺主變10kV側(cè)的負荷約為56MVA；本期主變滿載高峰時10kV側(cè)出線負荷為S=47+j15.4，若配置的8組6兆乏電容器全部投入使用，側(cè)主變10kV側(cè)的總負荷約為57MVA。所以，主變10kV側(cè)容量按57MVA考慮，回路持續(xù)電纜約為3291A。

表3　方案三遠景短路電流計算結(jié)果

表4　各方案設備費用比較（單位：萬元）

2.1 方案一的短路電流

此方案中，10kV限流電抗器和低壓隔離開關的額定電流按4000A考慮，限流電抗器的電抗率按10%考慮，經(jīng)計算，電抗器的電壓損失不大于母線額定電壓的5%。選擇變壓器阻抗電壓為Uk1-2%= 11、Uk1-3%=44、Uk2-3%=31，為限制低壓側(cè)短路電流，10kV母線按分列運行考慮。計算得到的遠景短路電流結(jié)果見表1。

2.2 方案二的短路電流

此方案中，10kV限流電抗器和低壓隔離開關的額定電流按3000A考慮，限流電抗器的電抗率按10%考慮，經(jīng)計算，電抗器的電壓損失不大于母線額定電壓的5%。變壓器阻抗電壓值按通用設備默認值選擇，為Uk1-2%=11、Uk1-3%=34、Uk2-3%=22。同樣，為限制低壓側(cè)短路電流，10kV母線按分列運行考慮。計算得到的遠景短路電流結(jié)果見表2。

2.3 方案三的短路電流

高阻抗變壓器不論采用高壓繞組內(nèi)置還是內(nèi)置電抗器，為限制低壓側(cè)短路電流，主要通過增加高低短路阻抗Uk1-3%和中低短路阻抗Uk2-3%來實現(xiàn)。此方案中，高阻抗變壓器阻抗電壓選取為Uk1-2%=11、Uk1-3%=74、Uk2-3%=62。同樣，為限制低壓側(cè)短路電流，10kV母線按分列運行考慮。計算得到的遠景短路電流結(jié)果見表3。

2.4 計算結(jié)果比較

從計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，3個方案的220kV、110kV、10kV短路電流水平均可分別按50kA、40kA、20kA控制。所以，通過設備選型，在限制低壓側(cè)短路電流方面，3個方案在技術上不相上下。

3.造價分析

根據(jù)相關工程的設備中標價分析，常規(guī)阻抗變壓器每臺約648萬元，方案一中變壓器阻抗值比常規(guī)變壓器略高，但費用相差不大，可按常規(guī)變壓器考慮。

方案一中，每臺10kV限流電抗器（單相）約5.5萬元，每組低壓隔離開關約6.7萬元。方案二中，每臺10kV限流電抗器（單相）約4.6萬元，每組低壓隔離開關約5.4萬元。

方案三中，每臺高阻抗變壓器約700萬元。實際上，經(jīng)咨詢相關廠家，高阻抗變壓器采用高壓繞組內(nèi)置時，設備成本與普通阻抗變壓器相差不大，采用內(nèi)置電抗器時成本增加約10%。

3個方案的設備采購費用比較見表4。由表可知，不考慮設備基礎、安裝等費用時：若使用高壓繞組內(nèi)置式高阻抗變壓器時，方案三造價最省，相對方案一和二分別節(jié)省4.7%和7.4%；若使用內(nèi)置電抗器式高阻抗變壓器時，方案三造價與方案二相當，僅比方案一貴2.9%。

總體上，在造價方面，使用高壓繞組內(nèi)置式高阻抗變壓器時，方案三最優(yōu)。

結(jié)語

通過電氣接線結(jié)構(gòu)、短路電流、造價3個方面的分析，發(fā)現(xiàn)：

（1）通過設備選型，在限制低壓側(cè)短路電流方面，3個方案在技術上不相上下。

（2）方案三較方案一少一組隔離開關、一組限流電抗器、一組電流互感器，較方案二少兩組隔離開關、兩組限流電抗器、兩組電流互感器，接線型式較簡單。

（3）由于方案三設備減少，布置形式可以做到更加緊湊，可以節(jié)省變電站的占地面積。同時，由于不需設置限流電抗器等設備，大大降低設備的運行維護工作量。

（4）而且在造價方面，使用高壓繞組內(nèi)置式高阻抗變壓器時，方案三最優(yōu)。

綜上所述，在采用變電容量為240MVA、低壓側(cè)為10kV的變壓器時，使用高壓繞組內(nèi)置式高阻抗變壓器的方案，在技術、經(jīng)濟上相對更合理，值得推廣應用。

［1］韓戈，韓柳，吳琳.各種限制電網(wǎng)短路電流措施的應用與發(fā)展［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010（1）：141-144.

［2］董宏林，王勇，張立國，臧英.高阻抗變壓器兩種方案比較分析［J］.變壓器，2008（9）：29-31.

［3］李逢良.220kV變電站工程設計中幾個問題的探討［J］.湖南電力，2011（6）：44-45.

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