遼寧中部500 kV短路電流控制策略研究

商文穎，梁 毅，王優胤，張明理，李 華

(國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015)

遼寧中部500 kV短路電流控制策略研究

商文穎，梁 毅，王優胤，張明理，李 華

(國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015)

通過對規劃東北特高壓網架遼寧地區短路電流水平進行仿真計算，發現特高壓投產對遼寧中部地區500 kV短路電流影響較大。針對該地區超標問題進行研究，通過對多種解決方案進行對比分析，提出打開地區部分500 kV電磁環網，與少量線路加裝故障電流限流器相結合的短路電流控制策略，該策略可在有效限制短路電流水平的同時兼顧提高電網安全可靠水平。

短路電流；電磁環網；限流器

東北與三華特高壓電網互聯后，網架結構顯著加強，電網間的電氣聯系日趨緊密，一方面提高了系統的穩定性，滿足了負荷增長和可靠供電的需求[1]；另一方面也使電網面臨短路電流水平超標的問題[2]。現有的限制短路電流的措施有：改變系統運行方式[3](如分區供電和母線分段運行)、中性點加裝小電抗[4]、優化電源接入方式[5]、采用高阻抗變壓器和加裝故障電流限制器[6]等。

1 串補型故障電流限流器

圖1為串補型故障電流限流器的結構和原理示意圖[7-9]。

正常工作時，電容器組與限流電抗器諧振阻抗為零，短路時電容器組被旁路，通過在系統中串入電抗器來達到限制短路電流的目的。圖1中：FCL為限流電抗器，在發生短路時起限流作用； C1、C2、C3、C4表示電容器組，正常工作時起到補償限流電抗器感抗的作用，系統短路期間電容器組被快速旁路，限流電抗器投入發揮快速限流作用；晶閘管閥用于快速投切旁路電容器，當發生短路故障后能快速導通晶閘管，限流電抗器投入；GAP為可控火花間隙，短路故障下，若發生晶閘管閥導通失敗，電容器組電壓迅速上升到危及電容器安全的水平，則火花間隙能夠迅速動作，實現電容器組的過電壓保護。BCB為機械旁路開關，動作時間為毫秒級，能夠在很短的時間內實現電容器組的可靠短接和快速投入、退出操作；DL、DG、DR和TL為阻尼回路，用來限制并阻尼放電電流，確保電容器組、晶閘管閥、火花間隙、旁路斷路器的安全運行。MBS、DS1、DS2、ES1、ES2為裝置的旁路開關及隔離開關，主要是為系統操作和檢修提供手段。

圖1 串補型故障電流限流器限制的結構和原理

2 采用500 kV電磁環網解環方式限制短路電流

2020年，沈東特高壓500 kV聯網工程投運后，蒲河變、沙嶺變500 kV側存在短路電流超標問題，三相短路電流將分別達到65 kA和67 kA，超過了斷路器的遮斷容量。為了限制蒲河變和沙嶺變500 kV側短路電流水平，采取將遼中內外雙環網進行解環(見表1)。

表1 沈東特高壓500 kV聯網投運后主要廠站500 kV母線短路水平 kA

a.解開蒲河至沙嶺1回500 kV線路

斷開蒲河至沙嶺1回500 kV線路后，沙嶺和蒲河的短路電流分別由68.1 kA和63.9 kA降至62.9 kA和58.0 kA。由表2可以看出，僅解開一回500 kV線路時，在一定程度上降低了沙嶺和蒲河500 kV母線的短路電流水平，但沙嶺變500 kV母線短路電流水平仍接近設備遮斷容量，需要采取與其它限制短路電流措施相結合的手段來滿足要求。

表2 解開蒲河至沙嶺1回500 kV線路前后主要廠站500 kV母線短路水平 kA

b.解開蒲河至沙嶺2回500 kV線路

斷開蒲河至沙嶺2回500 kV線路后，沙嶺和蒲河的短路電流分別由68.1 kA和63.9 kA降至49.8 kA和44.0 kA。由表3可以看出，通過對500 kV電磁環網進行完全解環，可以有效限制沙嶺和蒲河500 kV母線的短路電流水平，將500 kV母線的短路電流水平控制在合理范圍內。但是與僅解開1回線路相比，完全解環后，沙嶺變和蒲河變之間失去了電氣聯系，供電可靠性有所降低。

表3 解開蒲河至沙嶺2回500 kV線路前后主要廠站500 kV母線短路水平 kA

3 應用串補型故障電流限流器限制短路電流

采用在遼寧中部地區配置500 kV限流裝置策略，考慮在沙嶺變500 kV出線裝設串補型故障電流限流器，目前典型的串補型故障電流限流器的阻值為8 Ω。沙嶺變共有7回出線，2回至遼陽變、2回至沈東變、2回至蒙東科爾沁和1回至蒲河變。需對每回線路配置相應容量的限流設備，才能將中部地區的短路電流限制在合理范圍。各線路配置線路裝置情況如表4所示。

表4 各相關線路限流裝置配置情況 Ω

通過仿真計算，按表4串補型故障電流限制器配置方案后，沙嶺、蒲河變500 kV短路電流水平如表5所示。

表5 采用短路電流限制器控制策略前后主要廠站500 kV母線短路水平 kA

可以看出，單純采用加裝短路電流控制器限流策略，可以將短路電流限制在合理范圍，但需配置的限流裝置過多且較為集中，容易增加系統的運行風險。

4 應用線路解環和串補型故障電流限流器綜合策略限制短路電流

根據上述仿真計算分析，提出將線路解環和配置限流裝置結合的綜合策略。

由于采取解開沙嶺至蒲河1回線路后，沙嶺變500 kV短路電流為62.9 kA，為了將短路電流限制在合理范圍內，從遼中地區500 kV內外雙環網結構可以看出，在沙嶺變500 kV母線故障時，為短路點提供故障電流的支路主要來自于由康平廠經由蒲河變至沙嶺變線路和由鐵嶺廠、清河廠經由沈東變至沙嶺變線路。因此，在蒲河至沙嶺和沈東至沙嶺500 kV線路加裝故障限流器能夠有效降低沙嶺變500 kV母線的短路電流。

a.在蒲河至沙嶺500 kV線路裝設故障限流器

從表6可知，在蒲河至沙嶺500 kV線路裝設故障限流器后，沙嶺變500 kV母線短路電流降至59.6 kA，為了進一步將沙嶺變短路電流水平控制在59 kA以下，考慮在沈東至沙嶺500 kV線路再加裝一組故障限流器。

表6 蒲河至沙嶺線路裝設故障限流器前后主要廠站500 kV母線短路水平 kA

b.在沈東至沙嶺500 kV線路裝設故障限流器

從表7可知，在蒲河至沙嶺和沈東至沙嶺500 kV線路分別裝設故障限流器后，沙嶺變的短路電流下降較為顯著，短路電流處于合理范圍內。

表7 沈東至沙嶺線路裝設故障限流器前后主要廠站500 kV母線短路水平 kA

5 結束語

綜上所述，解開蒲河至沙嶺2回線路后，短路電流水平下降顯著，但是由于解環后使得沙嶺變和蒲河變之間失去了電氣聯系，導致供電可靠性有所降低。因此，本文采取解開蒲河至沙嶺1回線路和在線路上加裝故障限流器相結合的方式，既能保持沙嶺變和蒲河變之間的電氣聯系，又能將短路電流水平控制在合理范圍內。

[1] 商文穎，劉麗慧，李 華，等.基于多目標優化的受端電網特高壓落點選取方法[J].東北電力技術,2015,36(11):20-23.

[2] 李常信，宋穎巍，張明理，等.基于中長期特高壓電網規劃的遼寧電網短路水平分析[J].東北電力技術,2016,37(2):5-8,12.

[3] 張祖平，范明天，周莉梅.城市電網電磁環網的解環問題研究[J].電網技術， 2008，32(19)：42-44.

[4] 李春葉，李 勝，尚敬福，等.電磁環網方式與分層分區運行方式之決策[J].電力學報，2006,21(2):160-163.

[5] 孫奇珍,蔡澤祥,李愛民，等.電網短路電流超標機理分析及限制措施適應性[J].電力系統自動化,2009,33(21):9-10.

[6] 周 挺，張 銘.華東電網500 kV短路電流限制器示范工程選點方案[J].華東電力,2008,38(10):44-47.

[7] 江道灼,敖志香,盧旭日，等.短路限流技術的研究與發展[J].電力系統及其自動化學報,2007,19(3):8-19.

[8] 陳麗莉,黃民翔,甘德強，等.電網限流措施的優化配置[J].電力系統自動化，2009,33(11):38-42.

[9] 韓 戈，韓 柳，吳 琳，等.各種限制電網短路電流措施的應用與發展[J].電力系統保護與控制，2010,38(1)：141-144,151.

Research on 500 kV Short Circuit Current Control Strategy in Central Liaoning

SHANG Wenying，LIANG Yi，WANG Youyin，ZHANG Mingli，LI Hua

(State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Economic Research Institute，Shenyang，Liaoning 110015，China)

In Liaoning province through the planning of northeast uhv network frame, the simulation calculation of short-circuit current level found uhv and put into operation in 500 kV in central Liaoning region had a greater influence on the short circuit current.Overweight problems in the region, the author of this paper, through the study of the comparison and analysis of a variety of solutions, put forward open area part of the 500 kV, electromagnetic loop network with a few lines with fault current limiter combination of short circuit current control strategy, the strategy can be effective limit short-circuit current level and improve the level of power grid safe and reliable.

short circuit current; electromagnetic loop network;current limiter

TM713

A

1004-7913(2017)08-0016-03

商文穎(1980)，女，碩士，高級工程師，從事電力系統規劃及相關技術研究工作。

2017-03-01)