苗艷紅

(長(zhǎng)治供電分公司,山西長(zhǎng)治 046011)

長(zhǎng)治電網(wǎng)限制短路電流水平的探討

苗艷紅

(長(zhǎng)治供電分公司,山西長(zhǎng)治 046011)

以2007年至2009年長(zhǎng)治電網(wǎng)短路電流水平現(xiàn)狀為例,對(duì)長(zhǎng)治電網(wǎng)的短路電流進(jìn)行了校核,明確了限制短路電流應(yīng)注意的問(wèn)題和采取的措施,為電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行提出了有益的建議。

電網(wǎng);短路電流;校核;限制措施

近兩年來(lái),長(zhǎng)治電網(wǎng)發(fā)展十分迅速,作為全省的電網(wǎng)建設(shè)主戰(zhàn)場(chǎng),新增1 000 kV變電站1座,500 kV變電站1座;新增220 kV變電站5座,供電能力增加了1.65倍;新增110 kV變電站6座,供電能力增加了1.3倍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2009年至2010年,長(zhǎng)治電網(wǎng)將投資28億元,新增變電容量82.5 MVA。到2010年長(zhǎng)治電網(wǎng)將初步形成以特高壓電網(wǎng)為支點(diǎn),500 kV久安站為中心,220 kV雙內(nèi)環(huán)網(wǎng)加輻射外網(wǎng),110 kV輻射供電的網(wǎng)絡(luò)格局。電網(wǎng)快速發(fā)展對(duì)供電提供了有力的支持,但也凸顯了一個(gè)新的問(wèn)題,即各級(jí)電壓電網(wǎng)中的短路電流也不斷增長(zhǎng),各電力設(shè)備間的短路電流水平需要配合。

1 注意的問(wèn)題

確定電力系統(tǒng)的短路電流水平及其配合,需要著重考慮以下幾方面問(wèn)題[1]。

a)系統(tǒng)短路電流水平上限值的選擇決定了開(kāi)關(guān)設(shè)備的開(kāi)斷容量、開(kāi)關(guān)設(shè)備及變電所各元件 (母線、導(dǎo)線、接地網(wǎng)、支持絕緣子等)的動(dòng)、熱穩(wěn)定以及對(duì)通信線路的干擾和接地網(wǎng)的接觸和跨步電壓等。短路電流水平愈高、各項(xiàng)費(fèi)用愈大。

b)從保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和足夠的抗擾動(dòng)能力考慮,系統(tǒng)中各樞紐點(diǎn)必須維持一定的短路電流水平。為保持短路故障后的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及減小電網(wǎng)中大負(fù)荷波動(dòng)對(duì)其他用戶的影響,保持系統(tǒng)電壓有足夠的穩(wěn)固性是非常必要的。因此需要從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上協(xié)調(diào)選擇合理的短路電流水平。

c)在確定短路電流水平時(shí)還需要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的一些問(wèn)題,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)短路電流水平的影響很大,如發(fā)電廠、變電所在系統(tǒng)中的位置及其接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)。如果發(fā)電廠、變電所過(guò)于集中或發(fā)電廠出線電壓過(guò)低,都可能造成系統(tǒng)中某局部地區(qū)的短路電流水平過(guò)高。

d)由于負(fù)荷密度增大,需要增加電網(wǎng)的緊密連接以滿足供電的需要,在調(diào)度運(yùn)行方面往往希望閉環(huán)運(yùn)行以提高供電的安全性和減少線損,結(jié)果都導(dǎo)致短路電流大量增加。實(shí)踐證明,過(guò)分的閉環(huán)運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)的可靠性可能反而不利,而必須加以限制,有時(shí)甚至必須將電力系統(tǒng)或變電所母線分列或解列,以限制短路電流。

e)為了保證系統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性和靈敏度,系統(tǒng)各點(diǎn)必須保持一定的短路電流水平。如果系統(tǒng)或發(fā)電廠 (特別是水電廠)的運(yùn)行方式和潮流變化很大,則需要專門加以研究。

f)在規(guī)劃預(yù)期的短路電流水平時(shí)必須考慮到對(duì)已有變電所各項(xiàng)設(shè)備的影響,包括對(duì)自耦變壓器承受短路電流的沖擊問(wèn)題。對(duì)現(xiàn)有變電所設(shè)備的改造和更換不僅投資大而且由于運(yùn)行條件的限制,實(shí)現(xiàn)起來(lái)往往非常困難,這對(duì)規(guī)劃工作來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要的問(wèn)題。

g)在設(shè)計(jì)新建變電所,尤其是超高壓變電所時(shí),對(duì)設(shè)備的選擇和元件的設(shè)計(jì)需要按設(shè)備更換的難易、增容改造所需費(fèi)用及預(yù)期的短路水平值進(jìn)行綜合考慮。

2 長(zhǎng)治電網(wǎng)短路電流水平現(xiàn)狀

綜合考慮 2007年—2009年長(zhǎng)治電網(wǎng)新增設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化、省網(wǎng)等值阻抗變化情況,進(jìn)行了短路電流計(jì)算,對(duì)所轄110 kV及以上變電站所有開(kāi)關(guān)遮斷容量與其所有母線短路容量進(jìn)行了校核,見(jiàn)表 1、表2。

表1 長(zhǎng)治電網(wǎng)220 kV變電站母線短路電流

表2 長(zhǎng)治電網(wǎng)部分110 kV變電站母線短路電流

從表1、表2計(jì)算結(jié)果,可以看到,在2008年1 000 kV長(zhǎng)治變電站、500 kV久安站投運(yùn)后,長(zhǎng)治電網(wǎng)的220 kV短路電流增長(zhǎng)迅速,2009年增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩,長(zhǎng)治電網(wǎng)220 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在長(zhǎng)治西站220 kV母線,其短路電流達(dá)到36.43 kA;東鳴 (35.45 kA)、仁和 (32.18 kA)、侯堡(29.85 kA)超過(guò)開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電流的70%。

110 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在仁和站110 kV母線,其短路電流達(dá)到16.79 kA。35 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在仁和站35 kV母線,其短路電流達(dá)到26.58 kA。10 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在襄垣站10 kV母線,其短路電流達(dá)到30.75 kA,為開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電流的96.1%。

目前220 kV康莊站10 kV母線為空母線,其余所有220 kV、110 kV變電站低壓側(cè)母線均分段運(yùn)行。面對(duì)長(zhǎng)治電網(wǎng)目前形勢(shì),必須考慮采取一系列措施來(lái)限制系統(tǒng)短路電流,確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。

3 限制短路電流的必要性

由于電力系統(tǒng)的發(fā)展,負(fù)荷的增大,大容量機(jī)組和電廠及變電設(shè)備的投入,尤其是負(fù)荷中心大電廠的出現(xiàn)以及大電力系統(tǒng)的互聯(lián),短路電流水平的日益增高是不可避免的,如果不采取限制措施加以控制,不但使新變電所的設(shè)備投資大大增加,而且會(huì)對(duì)系統(tǒng)中原有變電所設(shè)備的通信線路和管線產(chǎn)生很大的干擾,甚至需要花費(fèi)大量的投資進(jìn)行改造、改建或更換。因此需要對(duì)各級(jí)電壓電網(wǎng)的短路水平加以控制。

4 限制短路電流的措施

限制短路電流,可以從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備上采取措施[2]。

a)低壓電網(wǎng)分片運(yùn)行。在高一級(jí)電壓發(fā)展后將低一級(jí)電壓電網(wǎng)解開(kāi)分片運(yùn)行,這是一項(xiàng)有效而可行的措施,在220 kV電網(wǎng)成環(huán),110 kV電網(wǎng)解開(kāi)分片運(yùn)行后,短路電流水平會(huì)大大下降。

由于220 kV侯堡站對(duì)110 kV沁縣站 (轉(zhuǎn)供郭道、太岳、武鄉(xiāng))的供電線路110 kV侯沁I線為L(zhǎng)GJ-150導(dǎo)線,為增加供電可靠性,侯堡站—沁縣站—后灣站—侯堡站自后灣站投產(chǎn)以來(lái)始終環(huán)網(wǎng)運(yùn)行 (見(jiàn)圖1)。

圖1 110 kV環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行

圖1 110 kV環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行

2010年4月份,220 kV沁州站投產(chǎn),侯堡站—沁縣站—后灣站—侯堡站這個(gè)小 110 kV環(huán)打開(kāi),降低了短路電流水平。并且由220 kV侯堡站供電的110 kV沁縣站、郭道站、太岳站轉(zhuǎn)移至沁州站,侯堡站的短路電流水平進(jìn)一步降低。

b)發(fā)展高一級(jí)電壓電網(wǎng),調(diào)整運(yùn)行方式。當(dāng)電網(wǎng)的短路電流接近當(dāng)時(shí)開(kāi)關(guān)設(shè)備的最高允許的電流水平時(shí),發(fā)展高一級(jí)電壓電網(wǎng),整個(gè)電網(wǎng)的短路電流水平會(huì)大幅下降。2010年下半年,220 kV霍家溝變電站即將投產(chǎn),會(huì)將侯堡站、仁和站的部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移,對(duì)減輕220 kV侯堡站、仁和站的短路電流幫助很大。

c)多母線分列運(yùn)行或母線分段運(yùn)行。為了限制電網(wǎng)的短路電流不超過(guò)目前制造的開(kāi)關(guān)設(shè)備的最大斷流容量,在一些變電所中采用了多母線分列運(yùn)行的方式。如西溝站、八義站、太岳站、蔭城站、紅星站110 kV母線,2009年均增加了分段100開(kāi)關(guān),使110 kV母線分段。但是,某些情況下,在正常運(yùn)行時(shí),為了保證系統(tǒng)運(yùn)行有適當(dāng)?shù)脑６?母線仍需并列運(yùn)行。解決矛盾的辦法是在母線斷路器上裝設(shè)自動(dòng)快速解列裝置,在故障時(shí)將母線斷路器快速斷開(kāi)。多母線分列運(yùn)行或母線分段運(yùn)行以限制短路電流水平的效果是很明顯的。

d)采用高阻抗變壓器限制其低壓側(cè)的短路電流,這項(xiàng)措施已普遍采用。2009年,長(zhǎng)治電網(wǎng)更換了110 kV變壓器2臺(tái),郭道站1號(hào)變壓器的短路阻抗由9.88/17.1/6.07提高到10.5/17.5/6.5,微子鎮(zhèn)站2號(hào)變壓器 (原主變?yōu)閮删碜?更換為三卷變)的短路阻抗由 12.93(高-低)提高到9.78/18.21/6.54,這樣,郭道站、微子鎮(zhèn)站的短路電流水平也略有下降。

e)采用串聯(lián)電抗器或其他限流措施。采用串聯(lián)電抗器相當(dāng)于增加系統(tǒng)的阻抗,目前長(zhǎng)治電網(wǎng)新增加的電容器組均采用串聯(lián)電抗器的方法來(lái)限流。

f)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采取措施。結(jié)合系統(tǒng)規(guī)劃從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)取措施,如:發(fā)展更高一級(jí)電壓電網(wǎng),選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)建設(shè)開(kāi)關(guān)站,合理選擇電廠出線電壓,新的大容量電廠要盡可能接入最高一級(jí)電壓電網(wǎng),建設(shè)新的輸電線路時(shí),注意減少網(wǎng)絡(luò)的緊密程度。

g)限制單相接地短路電流水平的措施。減少變壓器中心點(diǎn)接地的數(shù)目,這是最主要的措施,變壓器及自耦變壓器中心點(diǎn)經(jīng)低電抗接地,部分變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)快速接地開(kāi)關(guān),在主變壓器跳閘前將中性點(diǎn)接地,發(fā)電機(jī)變壓器組的升壓變壓器中性點(diǎn)不接地,但需相應(yīng)地提高變壓器及其中性點(diǎn)的絕緣水平,限制自耦變壓器的使用。

5 采取措施后長(zhǎng)治電網(wǎng)短路水平

采取行之有效的措施后,長(zhǎng)治電網(wǎng)短路水平進(jìn)一步下降,見(jiàn)表3、表4。

表3 長(zhǎng)治電網(wǎng)220 kV變電站母線短路電流

6 結(jié)論

在現(xiàn)代區(qū)域大電網(wǎng)中 ,短路電流水平增長(zhǎng)迅速,給設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)了較大的威脅,簡(jiǎn)單的解環(huán)或調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式的措施僅暫時(shí)緩解了這一問(wèn)題,并未從根本上解決電網(wǎng)發(fā)展和短路容量增長(zhǎng)的矛盾。為此必須結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,在綜合考慮系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行后采用分層分區(qū)供電的模式以形成最終合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

表4 長(zhǎng)治電網(wǎng)部分110 kV變電站母線短路電流

續(xù)表4

[1] 王梅義,吳競(jìng)昌,蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù) [M].中國(guó)電力出版社,1995:196.

[2] 韓柳,仇衛(wèi)東,肖智宏.電網(wǎng)短路電流的限制措施[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),2009,119(3):33-37.

Discussions on the Curbing of Short-Circuit Current in Changzhi Power Grid

MIAO Yan-hong
(Changzhi Power Supply Company,Changzhi,Shanxi 046011,China)

In this paper,the short-circuit current in Changzhi power grid is checked,the issue to be paid attention to and measures to limit the short-circuit current are made clear as well,based on which suggestions are put forward for the planning and operations of the grid.

power grid;short-circuit current;check;limiting measures

TM715

A

1671-0320(2010)04-0016-04

2010-03-20,

2010-05-24

苗艷紅 (1976-),女,山西長(zhǎng)治人,1997年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè),工程師,從事運(yùn)行管理工作。