智能電網基礎（八）電網短路電流

2018-05-25 11:50:04 大云網　點擊量：評論 (0)

堅強智能電網并不是說智能電網就一直可以正常運行，不會發生問題。智能電網之所以智能其中一個原因就是可以自動判斷并隔離故障。

所謂短路電流，是電力系統設計里的一個重要參數值，指的是電力系統在規定的運行方式下，關注點發生短路時的電流。它其實是一個矛盾值，它既反映了電力系統互相聯系的緊密程度和穩定性（短路時，與關注點任一聯絡線都會為這點貢獻短路電流），也反映了該點發生短路時，短路電流的大小。短路容量小，系統不穩定，聯絡不強；短路容量大，短路電流超標，設備代價昂貴，控制措施復雜。

　　目前在電網聯絡越來越緊密的今天，短路電流超標是一個非常大的問題，是電力系統分析計算，方案設計的重要約束條件。（短路電流是電網設備選型基本條件：主要是斷路器遮斷電流，220kV目前主流為50kA，500kV主流為63kA，短路電流超出遮斷容量意味著安全隱患，故電網短路電流數據的提高意味著不滿足要求的設備要予以更換，不僅造成電網投資的重大浪費，而且危及電網的安全運行）

　　一、短路電流的影響因素

　　發電機對短路電流的影響

　　根據相關計算和研究，300MW、600MW機組接入220kV系統，對附近母線提供的短路電流分別為2kA、4kA；600MW機組接入500kV系統對附近母線提供的短路電流為2kA。下圖為某1000MW機組接入某500kV系統后對短路電流的影響。

　　降壓變對短路電流的影響

　　1）不同短路阻抗的500kV降壓變對220kV側短路電流的影響

　　若將2臺短路阻抗均為12%的變壓器換成短路阻抗為15%的并列運行，則其對220kV母線提供的短路電流將降低3~5kA；若換成短路阻抗為20%的并列運行，則可降低7~11kA。新建或擴建的500kV變電站選擇高阻抗變壓器可有效降低220kV短路電流。（高阻抗壞處在于網損大，運行效率滴）

　　2）不同主變配置（短路阻抗為15%）對220kV側短路電流的影響

　　當500kV側短路電流為60kA時，3臺750MVA、3臺1000MVA、3臺1200MVA主變并列運行時向其220kV側提供的短路電流分別達到29kA、35.8kA、40.7KA；四臺可分別達到36.7kA、45kA、50.6kA。所以在一座500kV變電站有3~4臺主變后一般考慮分母降低其220kV側短路電流。（下表為實際工程中計算分析得出）

　　二、降低短路電流的措施

　　500kV層面短路電流解決措施

　　1）變電站母線分段運行。不同變電站出線連接于不同母線上，減少線路之間的電氣聯絡，目前實際生產過程中經常采用此種措施限制短路電流，效果較好，但分母運行帶來的是供電可靠性的降低，需權衡考慮。以下即為荊門特高壓500kV側分母運行方案，效果很好，但由于影響可靠性，且特高壓安全非常敏感，所以一直不能實施。

　　2）線路加裝串聯電抗器。舉例說明：8Ω的串聯電抗器阻抗標幺值為0.0032，相當于50km導線型號為4×LGJ-500的線路，拉長電氣聯絡，降低短路電流。這個措施目前在上海的500kV黃渡-泗涇線路已經實施，三峽近區的一些重要線路也將實施此類工程，其中有項可研為本人負責，也去500kV泗涇變考察過，感覺這個措施屬于治根不治本，可以滿足階段性要求，但存在很多問題，比如會增加網損，還會降低系統的穩定性，而且無功的需求也會增加，特別是考慮N-1的時候。

　　3）500kV網絡結構優化，這類措施不太好深入探討，依賴于實際情況和分析計算。

　　220kV層面短路電流解決措施

　　1）分區分片運行。分片分區是降低短路電流最直接、最有效的措施。以北京電網為例：主要以2~3個500kV變電站的一段220kV母線為中心，將220kV電網劃分為幾個區，形成以相鄰的500kV變電站的220kV母線為供電中心的雙環網結構，各分區電網之間在正常方式下相對獨立，各分區220kV電力可互相支援，滿足500kV主變和220kV線路穩態N-1、N-2的要求。上海電網思路與此不同。

　　2）其他措施。比如高阻抗設備，線路調整，220kV分母運行等，也是有效手段，但是不如分區分片運行，來的根本，所以電網220kV層面分區分片運行及相關網絡分析優化，是限制短路電流的根本措施，也是目前各個省公司重點開展的工程依據。

　 三、國外限制短路電流的措施

　　三相短路電流：短路電流水平較高的國家如德國、法國等都采取了在發生故障時快速解列，將母線分段來限制短路電流值。母線解列措施雖然簡單易行而且效果顯著，但一般只在必要時才采用，因為它可能降低系統的安全裕度，限制運行操作和事故處理的靈活性。國內比較注重安全，所以用的不多，其實也就是一個思路的問題，個人覺得是比較不錯的措施。

　　單相短路電流：單相接地短路電流的大小，主要和系統中性點接地方式及回路的零序阻抗有關。法國采用變壓器中性點經小電抗接地的方式，德國不采用自耦變壓器作為系統聯絡用來限制單相短路。有些國家110kV及以上電壓電網中的變壓器中性點全部直接接地，造成系統的單相接地短路電流大于其三相短路電流，如英國、俄羅斯都是。還有一些國家如美國在有些電力系統中將系統內一部分大容量的Y/Y/△（500/230/35kV）自耦變壓器的△側開口運行以增加變壓器的零序阻抗。但不少國家則認為這樣作對運行不利。葛洲壩大江電站的發電機變壓器組主變壓器500kV側中性點設計安裝了經小電抗接地，既解決了單相接地短路電流過大的問題也解決了水電廠機組多，運行方式變化大，系統接地短路電流變化過大，使接地保護整定困難的問題。