采用串聯(lián)電抗器限制某地區(qū)220kV短路電流研究

陶永晉　曹家駒

摘要：短路電流超標(biāo)問題在電網(wǎng)設(shè)計和運行中日益突出。文章針對某地區(qū)220kV短路電流超標(biāo)問題，通過方案對比與分析，提出采用串聯(lián)電抗器以限制該地區(qū)220kV短路電流，并對該方案的利弊進行了分析，以期對未來該技術(shù)的進一步應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)電抗器；短路電流；電網(wǎng)設(shè)計；電網(wǎng)運行；電力系統(tǒng) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM713 文章編號：1009-2374（2015）32-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.076

隨著電網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展以及發(fā)電廠的集中建設(shè)，電網(wǎng)的短路電流日益增大，將會嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，對于電力系統(tǒng)設(shè)備的可靠性也提出更高挑戰(zhàn)。

1 問題的提出

以某發(fā)電廠較為集中的地區(qū)為例，該地區(qū)煤炭資源極為豐富，是重要的火電基地和化工、冶金工業(yè)區(qū)。該地區(qū)擁有較多公用電廠和企業(yè)自備電廠，由于工業(yè)發(fā)展，需新建用戶a、b及自備電廠a、b，如圖1所示：

圖1 用戶a、b建設(shè)方案示意圖

圖1中變電站、電廠及線路均為220kV電壓等級。由于新建用戶及自備電廠的接入，導(dǎo)致公用站A的三相及單相220kV短路電流急劇上升，已超過220kV設(shè)備額定電流（50kA），需提出相應(yīng)措施解決短路問題。

2 限制短路電流措施分析

目前設(shè)計及運行中最常用的限制短路電流的方式有以下七種：

2.1 提高電壓等級，次級電網(wǎng)解環(huán)運行

這是目前最常用也是最直接有效的限制短路電流的措施。但是針對本項目，由于周邊尚無高一電壓等級的變電站，因此不具備220kV電網(wǎng)解環(huán)運行的條件，本方案不予采納。

2.2 變電站母線分段運行

此方法簡單方便，但是會降低系統(tǒng)的安全性和運行靈活性。針對本項目，若將公用站A的220kV母線分段運行，則如圖2所示：

圖2 站A母線分段運行后電網(wǎng)接線圖

公用站A母線分段運行后，公用站A北段母線及所接變電站B、d、電廠C、d僅通過A（北段）-用戶a-A（南段）的線路與主網(wǎng)相連接，一旦發(fā)生故障，北部地區(qū)將面臨停電風(fēng)險，安全可靠性大為降低，本方案不予

采納。

2.3 變壓器加裝中性點小電抗接地

此方法可以有效地降低單相短路電流，但不能降低三相短路電流，本方案不予采納。

2.4 采用高阻抗的變壓器

目前很多地區(qū)在設(shè)計階段已經(jīng)考慮采用高阻抗變壓器來預(yù)防短路電流未來可能過高的問題，但是此種方式對于系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定有一定影響，需要綜合考慮。本項目中已經(jīng)采用高阻抗變壓器，但依然無法有效降低短路電流。

2.5 采用直流技術(shù)

直流輸電的應(yīng)用可以有效地降低短路電流，但由于成本較高，目前主要應(yīng)用于高電壓長距離的輸電情況，本方案不予采納。

2.6 提高斷路器遮斷容量

提高斷路器遮斷容量，導(dǎo)致造價隨之提高很多，本方案不予采納。

2.7 串聯(lián)電抗器

本項目采納此方案，具體分析見下文。

3 本工程解決方案

考慮到建設(shè)成本和周邊電網(wǎng)情況，本項目選擇加裝串聯(lián)電抗器來降低短路電流。

加裝串聯(lián)電抗器可以有效地增加系統(tǒng)阻抗，從而降低短路電流，目前在華東地區(qū)尤其是上海等短路電流水平較高的地區(qū)已經(jīng)得到實際應(yīng)用，主要應(yīng)用于500kV電壓等級。本項目考慮在220kV電壓等級加裝串聯(lián)電

抗器。

經(jīng)過調(diào)試與對比計算，最終選擇在用戶a及用戶b至公用站A的四條線路上各加裝20Ω的串抗，短路電流計算結(jié)果見表2。加裝串抗后，公用站A的三相及單相220kV短路電流均降至50kA以下，滿足設(shè)備運行條件。

此外，通過潮流計算與穩(wěn)定分析，本項目加裝串抗后不會影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

然而也應(yīng)當(dāng)注意到采用串聯(lián)電抗器所產(chǎn)生的問題：（1）電抗器串接至系統(tǒng)后，會導(dǎo)致電壓下降，若有必要，應(yīng)注意及時補充電容器，減小串抗對電壓水平的影響。本項目中由于用戶側(cè)均有自備電廠，可以提供容性無功，從而維持電壓運行水平；（2）由于串抗增加系統(tǒng)阻抗，會導(dǎo)致系統(tǒng)網(wǎng)損的增加，串接電抗器的線路潮流越重，損耗越高。本項目中由于用戶a、b由各自的自備電廠供電，與公用站A的連接線路潮流較輕，可以有效地減少串抗對網(wǎng)損的影響；（3）投資較高。由于串聯(lián)電抗器單個容量有限，串聯(lián)使用時價格比較昂貴。

4 結(jié)語

目前電網(wǎng)設(shè)計和運行中，短路電流偏高的問題日益凸顯。在今后的設(shè)計和運行中，還是應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用電網(wǎng)解環(huán)、母線分段、加裝小電抗、高阻抗變壓器等方法來降低短路電流，但是當(dāng)以上方法受到限制或無法有效降低短路電流時，可以考慮串聯(lián)電抗器來解決問題，但應(yīng)深入研究如何減小這種方案實施所帶來的負(fù)面影響，制定合理、有效的短路電流限制方案。

參考文獻

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[2] 電力工業(yè)部電力規(guī)劃總院.電力系統(tǒng)設(shè)計手冊[M].

北京：中國電力出版社，2007.

作者簡介：陶永晉（1987-），男，北京人，國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院助理工程師，碩士，研究方向：電網(wǎng)設(shè)計及電力系統(tǒng)規(guī)劃；曹家駒（1991-），男，北京人，國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院助理工程師，碩士，研究方向：電網(wǎng)設(shè)計及電力系統(tǒng)規(guī)劃。

（責(zé)任編輯：蔣建華）