電網短路電流限制措施分析

石 征,谷麗娜,程 倫

(1.國網河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 050000;2.國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021; 3.國網河北省電力公司,石家莊 050021)

電網短路電流限制措施分析

石 征1,谷麗娜2,程 倫3

(1.國網河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 050000;2.國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021; 3.國網河北省電力公司,石家莊 050021)

針對河北省南部電網短路電流超標情況越來越嚴重的問題,分析可降低短路電流的措施及其優缺點,通過實際案例介紹降低短路電流的具體方法,提出抑制系統短路電路超標問題的建議。

短路電流;電磁環網;母線

近年來,隨著電網建設步伐的加快,電網結構日益堅強。從2005至今,河北省南部電網(簡稱“河北南網”)變電容量已增長2倍,線路總長度也接近增長1倍,在電網快速發展的同時,系統的短路電流水平也呈逐年上升趨勢,已經成為電網方式安排的制約條件。

1 河北南網短路電流發展情況

2003年,220 k V兆通變電站短路電流水平超過斷路器額定遮斷電流-31.5 k A,成為河北南部電網首個短路電流超標廠站。

2006年,220 k V許營變電站短路電流水平超過斷路器額定遮斷電流-40 k A,河北南部電網短路電流水平突破40 k A。

2007年,500 k V石北變電站投產,河北南網首臺1 000 MVA大型變壓器投入運行,當年石北變電站220 k V三相短路電流水平超過斷路器額定遮斷電流-50 k A,僅用1年時間,河北南網短路電流水平突破50 k A,達到了220 k V斷路器的最大耐受短路電流能力。

2009年,500 k V陽北II回線投產后,廉州變電站500 k V短路三相電流水平為51.6 k A,超過斷路器額定遮斷電流,網內首個500 k V變電站出現短路電流超標問題。

到2016年底,河北南網各地區220 k V最大短路電流基本上都超過了40 k A,部分變電站已經超過50 k A。

2 降低短路電流措施及其缺點分析

目前,控制短路電流的措施,歸納起來主要包括從運行方式上解決、從設備選型或設備改造解決兩方面。

2.1 從運行方式上解決

2.1.1 電磁環網解環

圖1 2016年底河北南網短路電流水平

優點:可整體降低整個地區220 k V系統單相及三相短路電流水平,分區供電網絡結構清晰,系統安全穩定水平提高。

缺點:需要停運線路,電網結構變化較大,解環后形成單電源站需建設相應的補強工程。

2.1.2 母線分裂運行

優點:可大幅降低變電站及周圍相鄰變電站220 k V系統單相及三相短路電流水平,不需要停運線路。

缺點:分裂運行后主變負荷分配不均,增加站內一、二次設備,運行方式靈活性差。

2.1.3 3/2接線變電站元件出串運行

優點:措施實施簡單,不需增加一、二次設備。缺點:改變網架結構,影響系統潮流分布。

2.1.4 3/2接線變電站斷開中間斷路器

優點:措施實施簡單,不破壞網架結構,不需增加一、二次設備。

缺點:短路電流降低值較小,此外發揮不出3/2接線方式可靠性高的優勢。

2.1.5 停運線路優點:措施實施簡單,不需增加一、二次設備。缺點:改變網架結構,影響系統潮流分布,降低供電可靠性。

2.2 從設備選型或設備改造解決

2.2.1 更換斷路器

優點:不改變電網結構。

缺點:更換期間需電網配合停電,風險較大,且目前斷路器開斷短路電流能力有上限,500 k V斷路器一般為63 k A,220 k V斷路器為50 k A,措施具有局限性。

2.2.2 線路加裝串抗

優點:不破壞網架結構,不改變變電站接線方式。

缺點:高壓大容量串抗造價較高,且需一定占地面積,增加線路故障概率,增加設備維護工作量。

2.2.3 主變壓器中性點加裝小電抗

優點:可降低系統單相短路電流水平,裝設簡單,成本較低。

缺點:無法降低三相短路電流水平。

2.2.4 采用高阻抗變壓器[1]

優點:可同時降低系統三相、單相短路電流水平,不改變電網結構。

缺點:經濟性較差,設備損耗高。

3 實際案例分析

3.1 降低滄西變電站短路電流措施

4號變壓器擴建投運后,滄西變電站220 k V母線短路電流水平將達到52.6 k A,超過滄西變電站220 k V斷路器額定遮斷電流-50k A。滄西變電站220 k V母線接線示意見圖2。

圖2 滄西變電站220 k V母線接線示意

由于220 k V斷路器最大開斷短路電流的能力為50 k A,已經無法通過更換斷路器解決滄西變電站短路電流超標問題,采取了220 k V母線分裂運行方式,降低短路電流水平,母線分裂運行后短路電流水平見表1。

表1 滄西變電站220 kV母線分裂運行后短路電流水平 k A

經校核,220 k V母線分裂運行后,滄西變電站潮流分布基本合理,N-1方式下不存在過負荷或電壓越限的廠站,滿足運行要求。

3.2 降低廣元變電站短路電流措施

隨著廣元至王段雙回線路投產后,廣元變電站220 k V母線短路電流達到51.0 k A,超過斷路器遮斷容量。廣元站周邊電網接線示意見圖3。

圖3 廣元變電站周邊電網接線示意

由于廣元220 k V僅有6回出線,不宜分裂運行,邯邢解環條件也尚不具備,采用了將220 k V彭村-北張線路斷備的措施,降低廣元變電站短路電流。

表2 彭張線斷開后廣元短路電流水平 k A

經校核,220 k V彭張線斷備后,潮流分布基本合理,N-1方式下不存在過負荷或電壓越限的廠站,邢臺電網的供電可靠性并沒有顯著降低。

4 抑制系統短路電路超標問題的建議

4.1 加快特高壓建設形成更高電壓等級網絡

當電網發展到一定的水平時,負荷密度越來越大,系統聯系越來越緊密,其短路電流水平將不斷升高。一定的負荷密度,一定的傳輸能力需求,需相應的電壓等級與之相適應,河北南網目前500 k V電網快速發展階段,短路電流水平呈逐年上升趨勢,也即將面臨短路電流超標的問題,通過特高壓網絡的建設,可優化500 k V系統結構,降低500 k V系統短路電流水平[2]。

4.2 優化電網結構實施分區供電

合理的電網結構是降低電網短路電流水平的根本出路,合理的電網結構應是兼顧系統的穩定水平、輸送能力、可靠性水平、短路電流水平和經濟運行等因素的總體優化方案[3]。目前石家莊、保定內部環網變電站短路電流水平面臨超標。因此,應盡快研究石家莊、保定內部環網的解環方案,從根本上降低區域220 k V系統短路電流水平。

4.3 合理安排電源接入方式

合理的電源接入方式應該是分散接入,分散接入包括兩方面要求:根據電網要求接入不同的電壓等級;分散接入不同的變電站。大容量的電源一般應接入電網的最高電壓等級電網中,但是,對于負荷中心而言,接入一定比例的電源,不僅可以減少不必要的變電容量,也可以提供充足的動態無功儲備,防止局部電壓崩潰。在今后的電廠接入規劃中,應盡量避免將電廠接入環網,特別是負荷中心的環網,同時應避免多個電廠集中接入單個變電站或集中區域,如石家莊西部、邯鄲西部地區,降低系統短路電流水平。

[1] 何志強,高萬良.重慶220 k V電網短路電流限制措施分析[J].華中電力,2010,23(2):31-34.

[2] 馬則良,史大軍,周 偉.華東核心網架中長期發展模式[J].中國電力,2010,43(4):5-8.

[3] 徐 賢,丁 濤,萬秋蘭.限制短路電流的220 k V電網分區優化[J].電力系統自動化,2009,33(22):98-101.

本文責任編輯：齊勝濤

Analysis on Short-circuit Current Limitation Measures of Power Network

Shi Zheng1,Gu Lina2,Cheng Lun3
(1.State Grid Hebei Electric Power Company Shijiazhuang Electric Power Supply Branch,Shijiazhuang 050000,China; 2.State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China; 3.State Grid Hebei Electric Power Company.Shijiazhuang 050021,China)

with the rapid development of Southern Hebei Power Network,the short-circuit current exceeding problem become more an more serious.Through the analysis of variety of short-circuit current limitation measures,combined with the actual case of short-circuit current restrictive scheme,provide the suggestions for future short-circuit current limitation.

short-circuit current;electromagnetic looped network;bus

TM713

B

10019898(2017)02002403

20170112

石 征(1985-),女,工程師,從事電力調度自動化工作。