限制電氣設備短路電流的方法

劉兆瑞　劉帥

摘要：在電氣工程中，限制短路電流方法有很多，一般是在變壓器低壓回路加裝限流電抗器，或是采用高阻抗變壓器。基于LCC基本方法，通過比較分析，根據具體情況得出最適于電氣工程中的恰當方法。

關鍵詞：電氣工程；限制短路電流；全壽命周期成本理念；限流措施

中圖分類號：TM713文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.066

1限制短路電流的手段

限制電氣設備短路電流的方法有很多，可采用變壓器分列運行、在變壓器低壓側回路中裝設限流電抗器、變壓器低壓側電源進線采用分列繞組、饋出線裝設限流電抗器以及采用高阻抗變壓器。然而眾多饋出線都裝設限流電抗器的方案不經濟。目前，國內主要采用兩種方式限制短路電流，一種是在變壓器低壓回路加裝限流電抗器，另一種是采用高阻抗變壓器，這兩種方式在國內都已經積累了豐富的運行經驗。

2基于全壽命周期成本理念的限流措施選擇

2.1案例背景

電氣工程中，建設 2臺 150 MVA 的變壓器，變壓器三側電壓為 220/110/10 kV。本工程各電壓等級的主要電氣設備參數如下：220 kV 設備短路電流水平按 40 kA 考慮，110 kV 設備短路電流水平按31.5 kA考慮，10 kV設備按25 kA考慮。為了把10 kV短路電流水平控制在25 kA以內，除主變壓器10 kV側分列運行以外，仍須采取一些限流措施。

2.2基于全壽命周期成本理念運用

電氣工程運用全壽命周期成本（Life Cycle Costs，下文簡稱 LCC）管理理念和方法開展設計，對設備或系統的LCC進行分析計算，以量化值進行決策。LCC 費用組成可分解為：IC—一次投資成本，指在變電站建設和調試期間內，在變電站正式投入運行以前，所付出的一次性成本。OC—運行成本，指變電站運行期間所花費的一切費用的總和，包括：能耗費、人工費、環境費用、維護保養費以及其他費用。FC—故障引起的中斷供電損失成本，指在故障發生后中斷供電造成的損失。DC—報廢成本，指工程壽命周期結束后，清理、銷毀該工程所需支付的費用。部分設備還具有殘值，可以沖銷有關的費用，這種報廢成本應為負值。 即變電站 LCC 計算模型為：LCC = IC + OC + FC + DC；LCC 計算方法包括現值法、終值法、等額年金法等。本工程采用現值法進行計算。經過計算可得出以下結論：

（1）在一次投資成本計算中，高阻抗自耦變壓器制造成本較高，采用普通自耦變壓器加裝限流電抗器時，需要增加限流電抗器部分的投資。

（2）普通自耦變壓器本身的損耗比高阻抗自耦變壓器要低一些，但是由于采用普通阻抗的自耦變壓器時需要加裝限流電抗器，在考慮了限流電抗器的損耗后，其總的損耗會比高阻抗變壓器還要高。

（3）采用高阻抗自耦變壓器的中斷成本損失費用低，高于采用普通自耦變壓器加裝限流電抗器的中斷成本損失費用。

（4）采用高阻抗自耦變壓器的報廢成本損失費用略低于采用普通自耦變壓器加裝限流電抗器的報廢成本損失費用。

3環保效益分析

本工程在設計過程中不僅考慮提高變電站的供電可靠性，滿足社會經濟發展及人民生活用電需要，同時結合國家建設資源節約型、環境友好型社會的奮斗目標。變電站中損耗最大的設備為主變壓器，屬于變電站中的“耗能” 大戶，其節能控制措施的合理與否也成為變電站節能的關鍵所在。從減排的角度出發，闡述限流措施選擇對環境保護的影響。我國電力能源以火力發電為主，而火力發電廠中又以燃煤電廠為主，燃煤電廠每發出一度電，向地球大約排放1.2 kg的二氧化碳，而產生的這部分二氧化碳氣體將造成對環境的污染，本工程推薦采用高阻抗自耦變壓器，該限流措施的選擇，能較好得降低二氧化碳的排放量。

經過 LCC 分析，采用高阻抗自耦變壓器的 LCC 與采用普通自耦變壓器加裝限流電抗器方案基本一致，考慮到本工程中采用高阻抗自耦變壓器可以減少限流電抗器，對電氣總平的優化有比較明顯的效果，另外其節能降耗效 果更好，運行維護更為簡單，且有較好的環保效益，因此本工程推薦采用高阻抗自耦變壓器作為短路電流限制措施。

4結語

從 LCC 的設計理念出發，在變電站設備選型時應遵循“安全、優質、環保”原則，始終把安全可靠放在首要位置。由于變電設備運行年限較長， 因此不僅要考慮技術先進，而且應在先進技術經過長時間運行考驗或經過更 為嚴厲的試驗論證后，方能確定該技術是否成熟，技術只有成熟才是可靠的。運行時優質應體現運行成本低、性能穩定、可用率高，而環保應包含節能、低噪聲和抗電網污染能力強，符合環保節能要求。因此，設備選型時基于LCC 理念，決策時應優先考慮技術成熟、結構簡單、少維護、免檢修的高品質產品，實現以壽命周期成本最低、價值最高為最終目的。據此，本工程推薦采用高阻抗自耦變壓器作為短路電流限制措施。endprint