大機(jī)組降壓運行對分區(qū)電網(wǎng)短路電流的影響

文/楊軍

1 引言

我國地域遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展程度不一，在電網(wǎng)資源分布上也呈現(xiàn)出不均衡的特點。隨著我國電網(wǎng)企業(yè)“上大壓小”戰(zhàn)略的逐步實施，大容量機(jī)組應(yīng)用不斷擴(kuò)大，10kV機(jī)組投運比也大幅度降低，從而對110kV電網(wǎng)提出了較大要求。而由于電網(wǎng)選址等因素的影響，電網(wǎng)創(chuàng)建工作仍處于停滯不前的狀態(tài)，變電站輸電量嚴(yán)重不足的問題越發(fā)凸顯。110kV機(jī)組降壓接入10kV電網(wǎng)，也就是采取所謂的機(jī)組降壓運行方式能夠起到優(yōu)化電網(wǎng)、緩解電網(wǎng)供電壓力等的作用。

在機(jī)組降壓過程中，一般都會接入10kV電網(wǎng)母線短路電流，如何有限分析并確定機(jī)組降壓對電網(wǎng)電流可能形成的影響，是當(dāng)前需要解決的重要問題。當(dāng)前，外國學(xué)術(shù)界關(guān)于解決這一問題的研究方式主要有：首先，短路電流計算方式也就是基于動結(jié)構(gòu)、定結(jié)構(gòu)或適用于電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系的電流計算方式，要求根據(jù)電路設(shè)備實際運行環(huán)境分析調(diào)壓器等設(shè)備對短路電流可能形成的影響；其次，出于電網(wǎng)受電能力、短路電流等的考慮，形成的網(wǎng)架優(yōu)化或電網(wǎng)分區(qū)等優(yōu)化手段；再次，三相短路電流限制法；最后，電磁分析等短路電流分析法。但上述研究方式都未能將機(jī)組降壓對電網(wǎng)母線電流的影響考慮在內(nèi)。基于此，本文制定的機(jī)組降壓短路電流分析方式、計算模型，是優(yōu)化電網(wǎng)以及電網(wǎng)機(jī)組降壓的最佳方式。

2 機(jī)組降壓運行短路電流的計算模型

2.1 大機(jī)組接入方案

正常情況下，大機(jī)組在接入110kV或以上電壓時主要有兩種接入方案以供選擇，如圖1所示。

2.1.1 直接接入方案

大機(jī)組在升壓變壓器或變電站的作用下與電網(wǎng)相連接。其中，Z1指的是機(jī)組次暫態(tài)電抗Xd、升壓變阻抗Xt是機(jī)組各線路抗阻XL的總和。

2.1.2 間接接入方案

也就是 大機(jī)組在110kV聯(lián)絡(luò)母線作用下與電網(wǎng)進(jìn)行鏈接。其中，XL是指聯(lián)絡(luò)阻抗，ZT是指110kV變壓器阻抗。

2.2 短路電流變化計算模型

在大機(jī)組接入電網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上形成的機(jī)組降壓，對電網(wǎng)10kV母線三相短路電流影響的研究模型進(jìn)行計算。根據(jù)電路疊加理論，在機(jī)組降壓后接入電網(wǎng)短路電流變化情況，可從以下三個角度入手進(jìn)行相關(guān)的研究：

（1）機(jī)組未降壓前，其高壓側(cè)電網(wǎng)供給電流低于母線三相短路電流I0i。

表1：短路電流變化對比表

圖1：大機(jī)組接入電網(wǎng)示意圖

（2）當(dāng)機(jī)組在脫離高壓側(cè)電網(wǎng)后，高壓側(cè)電網(wǎng)向低壓側(cè)母線提供三相短路電流Ii；機(jī)組在脫離高壓側(cè)電網(wǎng)后，短路阻抗增加，而低壓側(cè)母線三相短路電流則不斷降低。

（3） 機(jī)組再接入低壓側(cè)母線后，可能導(dǎo)致短路電流△Ii增大。

機(jī)組降壓模型創(chuàng)建后，其短路電流數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3 機(jī)組降壓運行短路電流變化規(guī)律

3.1 機(jī)組脫離電網(wǎng)對短路電流的影響

關(guān)于機(jī)組脫網(wǎng)對低壓側(cè)母線短路電流影響的研究。在機(jī)組送出線距離分別是5、10、20、30km的情況下，10kV母線短路電流變化以及110kV母線短路電流變化呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。

當(dāng)機(jī)組脫網(wǎng)時，低壓側(cè)母線三相短路電流電流降低，且其三相短路電流變化情況與送出線長度呈反相關(guān)。在其送出線長度保持在特定范圍時，110kV母線三相短路越大，則因為機(jī)組脫網(wǎng)導(dǎo)致的10kV三項短路電流減幅越低。

如果初始狀態(tài)下，110kV母線三相短路電流是273、300、350、400p.u.時，其短路電流和送出線之間呈現(xiàn)出線性關(guān)系。其中，當(dāng)110kV母線三相短路電流保持固定時，由于線路長度的增加，系統(tǒng)阻抗增加，導(dǎo)致10kV母線三相短路電流降低幅度不斷減小。

3.2 機(jī)組降壓運行對短路電流變化的影響

機(jī)組在接入10kV電網(wǎng)后，其對10kV側(cè)母線三相短路電流可能形成的影響，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：由于機(jī)組脫網(wǎng)造成三相短路電流不斷減小，因此接入10kV電網(wǎng)導(dǎo)致其短路電流不斷提升。由此可認(rèn)為，機(jī)組降壓運行后，其側(cè)電網(wǎng)短路電流與機(jī)組送出線長度等有著直接關(guān)系。并且，當(dāng)降壓機(jī)組線路長度出現(xiàn)變動的情況下，10kV、110kV母線三相短路電流增加、減小幅度較為相近。

初始狀態(tài)下，110kV母線三相短路電流是273、300、350、400p.u，并且在機(jī)組送出線不斷增加的情況下，其三相短路電流增幅降低。這是由于機(jī)組暫態(tài)電壓、升壓變電抗比送出線電抗值大導(dǎo)致的。

4 實例應(yīng)用

在我國“十三五”計劃期間，全國110kV，10kV電源裝機(jī)增速分別是6.06%，4.10%，明顯低于10kV和110kV電源裝機(jī)增速。因為電力資源分布不均衡，加上110kV變電站電壓容量相對有限，造成機(jī)組產(chǎn)生的電能無法被有效消納。所以，要求將110kV電源降壓連接至10kV電網(wǎng)，從而緩解110kV變壓站數(shù)量有限的壓力。通過對湖南電網(wǎng)BPA仿真分析，對三個壓機(jī)組降壓接入10kV側(cè)母線三相短路電流變化情況，進(jìn)行了相應(yīng)的研究，并和三相短路電流計算模型得出的結(jié)果，進(jìn)行了對比分析，如表1。

根據(jù)表1信息可看出，本文創(chuàng)建的大機(jī)組降壓短路電流影響模型，科學(xué)的體現(xiàn)出機(jī)組降壓后對側(cè)電網(wǎng)支路短路電流變化的影響情況。當(dāng)機(jī)組壓變、送出線路長度，取常規(guī)參數(shù)的情況下，其電網(wǎng)母線三相短路電流增幅在2-5kA的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

本文建立了機(jī)組降壓對接入10kV電網(wǎng)短路電流影響情況的研究模型，研究認(rèn)為，機(jī)組降壓對10kV側(cè)母線三相短路電流的影響主要體現(xiàn)在這兩個方面上：首先，降壓機(jī)組接入10kV側(cè)母線后，三相短路電流直接流入；其次，降壓機(jī)組脫離110kV側(cè)母線后，10kV側(cè)母線三相短路電流大幅度減少。

根據(jù)仿真分析結(jié)果，10kV側(cè)電網(wǎng)短路電流變化情況以及機(jī)組送出線長度、110kV側(cè)母線三相短路電流等有著直接關(guān)系。正常情況下，發(fā)電機(jī)組在降壓連接10kV電網(wǎng)后，其三相短路電流增幅在2-5kA范圍內(nèi)。對比結(jié)果認(rèn)為，本文創(chuàng)建的計算模型，能夠科學(xué)的體現(xiàn)出機(jī)組降壓對電網(wǎng)短路電流可能形成的影響。