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智能电网基础(八)电网短路电流

2015-07-15 00:05
风频浪劲
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  所谓短路电流,是电力系统设计里的一个重要参数值,指的是电力系统在规定的运行方式下,关注点发生短路时的电流。它其实是一个矛盾值,它既反映了电力系统互相联系的紧密程度和稳定性(短路时,与关注点任一联络线都会为这点贡献短路电流),也反映了该点发生短路时,短路电流的大小。短路容量小,系统不稳定,联络不强;短路容量大,短路电流超标,设备代价昂贵,控制措施复杂。

  目前在电网联络越来越紧密的今天,短路电流超标是一个非常大的问题,是电力系统分析计算,方案设计的重要约束条件。(短路电流是电网设备选型基本条件:主要是断路器遮断电流,220kV目前主流为50kA,500kV主流为63kA,短路电流超出遮断容量意味着安全隐患,故电网短路电流数据的提高意味着不满足要求的设备要予以更换,不仅造成电网投资的重大浪费,而且危及电网的安全运行)

  一、短路电流的影响因素

  发电机对短路电流的影响

  根据相关计算和研究,300MW、600MW机组接入220kV系统,对附近母线提供的短路电流分别为2kA、4kA;600MW机组接入500kV系统对附近母线提供的短路电流为2kA。下图为某1000MW机组接入某500kV系统后对短路电流的影响。

  降压变对短路电流的影响

  1)不同短路阻抗的500kV降压变对220kV侧短路电流的影响

  若将2台短路阻抗均为12%的变压器换成短路阻抗为15%的并列运行,则其对220kV母线提供的短路电流将降低3~5kA;若换成短路阻抗为20%的并列运行,则可降低7~11kA。新建或扩建的500kV变电站选择高阻抗变压器可有效降低220kV短路电流。(高阻抗坏处在于网损大,运行效率滴)

  2)不同主变配置(短路阻抗为15%)对220kV侧短路电流的影响

  当500kV侧短路电流为60kA时,3台750MVA、3台1000MVA、3台1200MVA主变并列运行时向其220kV侧提供的短路电流分别达到29kA、35.8kA、40.7KA;四台可分别达到36.7kA、45kA、50.6kA。所以在一座500kV变电站有3~4台主变后一般考虑分母降低其220kV侧短路电流。(下表为实际工程中计算分析得出)

  二、降低短路电流的措施

  500kV层面短路电流解决措施

  1)变电站母线分段运行。不同变电站出线连接于不同母线上,减少线路之间的电气联络,目前实际生产过程中经常采用此种措施限制短路电流,效果较好,但分母运行带来的是供电可靠性的降低,需权衡考虑。以下即为荆门特高压500kV侧分母运行方案,效果很好,但由于影响可靠性,且特高压安全非常敏感,所以一直不能实施。

  2)线路加装串联电抗器。举例说明:8Ω的串联电抗器阻抗标幺值为0.0032,相当于50km导线型号为4×LGJ-500的线路,拉长电气联络,降低短路电流。这个措施目前在上海的500kV黄渡-泗泾线路已经实施,三峡近区的一些重要线路也将实施此类工程,其中有项可研为本人负责,也去500kV泗泾变考察过,感觉这个措施属于治根不治本,可以满足阶段性要求,但存在很多问题,比如会增加网损,还会降低系统的稳定性,而且无功的需求也会增加,特别是考虑N-1的时候。

  3)500kV网络结构优化,这类措施不太好深入探讨,依赖于实际情况和分析计算。

  220kV层面短路电流解决措施

  1)分区分片运行。分片分区是降低短路电流最直接、最有效的措施。以北京电网为例:主要以2~3个500kV变电站的一段220kV母线为中心,将220kV电网划分为几个区,形成以相邻的500kV变电站的220kV母线为供电中心的双环网结构,各分区电网之间在正常方式下相对独立,各分区220kV电力可互相支援,满足500kV主变和220kV线路稳态N-1、N-2的要求。上海电网思路与此不同。

  2)其他措施。比如高阻抗设备,线路调整,220kV分母运行等,也是有效手段,但是不如分区分片运行,来的根本,所以电网220kV层面分区分片运行及相关网络分析优化,是限制短路电流的根本措施,也是目前各个省公司重点开展的工程依据。

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