徐　寧，王　瑩，許文超

高壓串聯(lián)電抗器在南京220 kV電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

徐寧1，王瑩2，許文超2

（1.江蘇省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江蘇南京210008；2.中能建江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇南京211102）

高壓串聯(lián)電抗器已成為近年來(lái)限制短路電流的重要新興設(shè)備之一。以南京220 kV電網(wǎng)為例，針對(duì)南京市區(qū)220 kV堯化門變短路電流水平越限的問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算，選擇在相應(yīng)位置加裝一定數(shù)值的高壓串聯(lián)電抗器，并分析其安裝后的效果，發(fā)現(xiàn)高壓串聯(lián)電抗器可以有效解決南京市區(qū)電網(wǎng)短路電流越限的問(wèn)題。

高壓串聯(lián)電抗器；堯化門變；路電流

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)短路電流水平逐年增長(zhǎng)，部分變電站的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的遮斷容量已接近或超過(guò)了額定值。為解決此問(wèn)題，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在規(guī)劃階段，控制短路電流水平主要從改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式和改變?cè)O(shè)備性能參數(shù)三方面進(jìn)行研究。然而面對(duì)電網(wǎng)密集程度日益加大，電氣距離和電氣強(qiáng)度日趨緊密的現(xiàn)實(shí)情況，電網(wǎng)需采用更多有效控制短路電流的方法，高壓串聯(lián)電抗器則是近年來(lái)重要的新興設(shè)備之一。電抗器按用途可分為并聯(lián)電抗器、限流電抗器、消弧線圈、中性點(diǎn)接地電抗器等［1］。文中的高壓串聯(lián)電抗器指的是220 kV及以上輸電網(wǎng)電壓等級(jí)的限流電抗器，其主要用途是限制電流，尤其是限制故障電流，同時(shí)對(duì)正常狀態(tài)的工作電流也有限制作用。

1　高壓串聯(lián)電抗器的應(yīng)用

目前，高壓限流電抗器已廣泛應(yīng)用在國(guó)外超高壓電網(wǎng)中，在華東500 kV電網(wǎng)也有相關(guān)應(yīng)用，可有效降低短路電流水平，避免電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大規(guī)模調(diào)整，保證電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

（1）上海泗涇站。上海泗涇、黃渡和南橋500 kV變電站500 kV斷路器遮斷容量為50 kA。至2005年一批大機(jī)組相繼投產(chǎn)，在調(diào)整優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，黃渡、南橋短路電流仍逼近開(kāi)關(guān)遮斷容量，有必要對(duì)短路電流進(jìn)行限制。因此在500 kV黃渡—泗涇雙回線路泗涇站出口變電站內(nèi)安裝了2組500 kV高壓串聯(lián)電抗器。加裝后，可將黃渡短路電流控制在50 kA以下，明顯降低了南橋短路電流，對(duì)降低整個(gè)上海500 kV電網(wǎng)短路電流水平有一定作用，并對(duì)上海電網(wǎng)的運(yùn)行方式有較強(qiáng)的適應(yīng)性［2］。

（2）巴西Tucurui水電廠。該水電廠規(guī)劃裝機(jī)容量8361 MW，分二期建設(shè)：一期12×353 MW；二期11× 375 MW。如果一、二期機(jī)組550 kV母線直接相聯(lián)，短路電流將超過(guò)斷路器遮斷容量40 kA，因此在一、二期機(jī)組串與串之間裝設(shè)串聯(lián)電抗器，既實(shí)現(xiàn)一、二期機(jī)組高壓母線的互聯(lián)，提高系統(tǒng)的可靠性，又將短路電流控制在40 kA以下。該電抗器額定阻抗為20 Ω，額定電流2.6 kA，額定容量為3×135 MV·A，已于2004年4月底完成交接［3，4］。其接線如圖1所示。

圖1　巴西Tucurui水電廠接線

（3）美國(guó)345 kV電網(wǎng)。2001年，美國(guó)紐約電網(wǎng)的聯(lián)合愛(ài)迪生系統(tǒng)由于新機(jī)組的接入，345 kV電網(wǎng)短路電流超過(guò)了現(xiàn)有斷路器遮斷容量，因此，345 kV系統(tǒng)中的M51/52和M71/72線路上串接了4臺(tái)電抗器，以滿足斷路器遮斷容量要求［3］（如圖2所示）。

圖2　Sprain Brook和Dunwoodie變電站接入串抗

2　高壓串聯(lián)電抗器在南京220 kV電網(wǎng)的應(yīng)用

2.1南京市區(qū)電網(wǎng)短路電流問(wèn)題

南京市區(qū)220 kV電網(wǎng)呈雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證了市區(qū)的供電可靠性，但是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的緊密帶來(lái)了短路電流水平較高的問(wèn)題。根據(jù)規(guī)劃，為了控制短路電流，2016年500 kV秦淮變投運(yùn)，將目前的“O型”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)改成“C型”結(jié)構(gòu)運(yùn)行。2016年南京市區(qū)220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　2016年南京市區(qū)220 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在正常運(yùn)行方式下，南京市區(qū)220 kV三相短路電流最高點(diǎn)為220 kV堯化門變的220 kV母線，達(dá)到51.077 kA，已超過(guò)其斷路器50 kA的遮斷能力。堯化門變的三相短路電流較高的原因主要是它位于南京市區(qū)“C型”電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)附近，且與500 kV龍王山變和華能金陵燃機(jī)電廠電氣距離較近。

2.2南京市區(qū)電網(wǎng)限制短路電流措施

220 kV堯化門變?nèi)喽搪冯娏魉匠^(guò)其斷路器遮斷容量，可采用如下措施降低其短路電流，包括調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)（方案一）；更換附近變電站的斷路器及相關(guān)設(shè)備（方案二）；安裝高壓串聯(lián)電抗器（方案三）。其經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較詳見(jiàn)表1。

表1　各種措施綜合比較表

綜合表1的結(jié)果，可以看出三類措施均可解決短路電流越限的問(wèn)題。方案一，根據(jù)電網(wǎng)的情況，調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可選擇開(kāi)斷堯化門—經(jīng)港線路，堯化門變短路電流將大大降低，但是斷線運(yùn)行會(huì)造成潮流問(wèn)題，因?yàn)閳蚧T變周邊為500 kV龍王山變向西送電的主要通道，若斷線運(yùn)行，部分線路發(fā)生N-1或N-2故障時(shí)，將存在線路潮流過(guò)載的問(wèn)題，影響電網(wǎng)的供電可靠性。方案二，采用更換周邊變電站的斷路器及相關(guān)設(shè)備，造價(jià)高，經(jīng)濟(jì)性差，且停電時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣，影響較大。方案三，安裝高壓串聯(lián)電抗器體積較大，需占用場(chǎng)地資源，但投資較少；同時(shí)，若串聯(lián)電抗器的數(shù)值過(guò)大，可能增大所在線路的電壓損耗，造成電壓降不符合相關(guān)規(guī)定；雖華東地區(qū)暫無(wú)220 kV串抗運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，但可借鑒500 kV串抗運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。

綜上所述加裝高壓串聯(lián)電抗器最利于降低南京堯化門變短路電流，且影響最小。

2.3高壓串聯(lián)電抗器裝設(shè)地點(diǎn)選擇

計(jì)算堯化門變各支路提供的短路電流及潮流（見(jiàn)表2）。根據(jù)表2的結(jié)果，堯化門—經(jīng)港支路提供的短路電流最大，且潮流較小，為了同時(shí)滿足短路電流的控制效果以及對(duì)潮流的影響最小，選擇在堯化門—經(jīng)港線路（下稱堯經(jīng)線）加裝高壓串聯(lián)電抗器。

表2　堯化門變各支路三相短路電流及支路潮流結(jié)果

2.4高壓串聯(lián)電抗器容量選擇

2.4.1對(duì)短路電流的影響

在220 kV堯經(jīng)線加裝高壓串聯(lián)電抗器，限制220 kV堯化門變的短路電流，計(jì)算不同電抗值對(duì)堯化門變及相關(guān)變電站短路電流的影響，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，堯經(jīng)線加裝高壓串聯(lián)電抗器，對(duì)南京市區(qū)220 kV電網(wǎng)整體短路水平存在一定程度的降低作用，離安裝高壓串聯(lián)電抗器的電氣距離越近，短路電流降低效果越明顯，因此，在堯經(jīng)線加裝高壓串聯(lián)電抗器，對(duì)堯化門變及經(jīng)港變220 kV短路電流降低效果最好。但隨著高壓串聯(lián)電抗器數(shù)值的增大，對(duì)短路電流限制效果在降低。

2.4.2對(duì)潮流的影響

在堯經(jīng)線安裝一定數(shù)值的串聯(lián)電抗器后，將影響該支路及周邊支路的潮流情況，部分支路潮流結(jié)果詳見(jiàn)表4。堯經(jīng)線是龍王山向西環(huán)網(wǎng)送電的重要通道之一，根據(jù)潮流計(jì)算的結(jié)果，在堯經(jīng)線路加裝串聯(lián)電抗器僅對(duì)堯化門—經(jīng)港/堯化門—鐵北存在潮流的影響，基本不影響龍王山的降壓以及龍王山向西環(huán)網(wǎng)送電的功率。另外，由于堯化門變短路電流越限程度不大，所需的高壓串聯(lián)電抗器數(shù)值不大，經(jīng)計(jì)算，加裝6 Ω高壓串聯(lián)電抗器后，堯化門—經(jīng)港線路電壓降增加0.16 kV，由此可見(jiàn)，加裝高壓串聯(lián)電抗器不足以對(duì)線路的電壓降產(chǎn)生根本性的影響。

綜合算例中短路電流、潮流計(jì)算結(jié)果，在220 kV堯化門—經(jīng)港線路加裝高壓串聯(lián)電抗器，可以有效控制220 kV堯化門變的短路電流，且對(duì)潮流影響較小。為了預(yù)留一定的裕度，將堯化門變的短路電流控制在48 kA左右，串聯(lián)電抗值可選擇6 Ω。

表3　加裝不同數(shù)值的高壓串聯(lián)電抗器時(shí)相關(guān)母線短路電流計(jì)算結(jié)果

表4　加裝不同數(shù)值的高壓串聯(lián)電抗器后部分支路潮流結(jié)果MW

3　結(jié)束語(yǔ)

華東地區(qū)500 kV電網(wǎng)加裝高壓串聯(lián)電抗器的成功實(shí)踐，使該設(shè)備的運(yùn)用越發(fā)趨于普及化。針對(duì)南京市區(qū)220 kV電網(wǎng)的問(wèn)題，進(jìn)行算例的計(jì)算分析，可以看出，在220 kV電網(wǎng)加裝高壓串聯(lián)電抗器限制短路電流的效果明顯，可以解決堯化門變短路電流超標(biāo)的問(wèn)題，可以避免采用常規(guī)手段對(duì)電網(wǎng)可靠性產(chǎn)生的不良影響。但是，高壓串聯(lián)電抗器體積較大，需占用一定的用地資源，且運(yùn)行期間噪聲較大，一般220 kV變電站距離居民區(qū)較近，工程實(shí)施需采取相應(yīng)的消除噪聲手段。另外，加裝高壓串聯(lián)電抗器后，還可能引起暫態(tài)恢復(fù)電壓的問(wèn)題，需詳細(xì)論證，合理選擇串聯(lián)電抗器相應(yīng)的對(duì)地電容數(shù)值。

［1］茅嘉毅，蔣平，胡偉.采用粒子群算法優(yōu)化配置限流電抗器的研究及應(yīng)用［J］.江蘇電機(jī)工程，2010，29（5）：21-25.

［2］尹天明，謝天喜，周志成.500 kV線路安裝串聯(lián)電抗器后斷路器TRV分析［J］.江蘇電機(jī)工程，2014，33（6）：45-47.

［3］殷可，高凱.應(yīng)用串聯(lián)電抗器限制500 kV短路電流分析［J］.華東電力，2004，32（9）：7-10.

［4］莊侃沁，陶榮明，尹凡.采用串聯(lián)電抗器限制500 kV短路電流在華東電網(wǎng)的應(yīng)用［J］.華東電力，2009，37（3）：440-443.

Analysis of the Performance of High Voltage Series Reactor in Nanjing 220 kV-power-grid

XU Ning1，WANG Ying2，XU Wenchao2
（1.Jiangsu Electric Power Company Power System Planning Research Center，Nanjing 210008，China；2.China Energy Engineering Group Jiangsu Power Design Institute Co.Ltd.，Nanjing 211102，China）

High voltage series reactor has become an important equipment for current-limiting in recent years.This paper takes Nanjing 220 kV-power-grid as an example.The short-circuit current level of Yaohuamen is out-of-limit.This paper selects the appropriate location and number for high voltage series reactor.Then analyzes the effects after its installation.It is found that high voltage series reactor effectively reduces the short-circuit current in Nanjing 220 kV-power-grid.

high voltage series reactor；Yaohuamen transformer substation；short-circuit current

TM713

A

1009-0665（2015）05-0034-03

徐寧（1972），男，浙江杭州人，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃及輸配電工程研究；

王瑩（1986），女，江蘇常州人，工程師，從事電力規(guī)劃研究；

許文超（1979），女，江蘇鹽城人，高級(jí)工程師，從事電力規(guī)劃研究。

2015-04-16；

2015-06-10