李曉明，趙琛瓏，段曉波，王 穎

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

1 概述

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電源容量的快速增長，河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)短路電流水平增長迅速，部分變電站短路電流已接近現(xiàn)有設備的額定遮斷容量。短路電流超標已成為網(wǎng)絡規(guī)劃、電源和變電站接入的一個制約因素，不利于電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展。根據(jù)河北南網(wǎng)2010年規(guī)劃方案，對河北南網(wǎng)全網(wǎng)500 kV/220 kV母線三相、單相短路電流進行了計算。根據(jù)現(xiàn)有斷路器最大遮斷容量標準，可認為變電站500 kV側(cè)母線短路限制水平為63 kA，220 kV側(cè)母線短路限制水平為50 kA。當計算結(jié)果超過上述數(shù)值時，即認為該變電站短路電流水平超標?，F(xiàn)階段河北南網(wǎng)短路電流問題主要存在于500 kV樞紐變電站，因此表1只列出了500 kV變電站的短路電流計算結(jié)果。

表1 500 kV變電站短路電流計算結(jié)果 kA

由表1可知，2010年河北南網(wǎng)500 kV/220 kV母線短路電流水平將增長迅速，但均未超出斷路器額定遮斷電流。其中，500 kV側(cè)短路電流最高的為石北變電站，三相短路電流為55.4 kA。220 kV側(cè)短路電流，廉州三相/單相、清苑單相短路電流均已超過49 kA，存在超標的風險。另外，還有5座變電站三相或單相短路電流達45 kA以上，需要密切關注。

2 河北南網(wǎng)短路電流快速上升的原因

a. 電源大規(guī)模集中接入。河北南網(wǎng)內(nèi)部及區(qū)外受電的大型電源落點集中在沿京廣線的保定-石家莊-邢臺-邯鄲南北電力主干通道上，造成保北、清苑、石北、廉州、藺河等變電站短路電流偏高[1]。電源大規(guī)模集中接入雖然緩解了河北南網(wǎng)長期缺電的局面、提高了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，但也是造成河北南網(wǎng)短路電流水平快速上升的主要原因。

b. 500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運行。電磁環(huán)網(wǎng)在電網(wǎng)發(fā)展初期，對于提高電網(wǎng)運行可靠性、獲取最大的輸送能力有其積極意義。但當500 kV網(wǎng)架得到加強后，電磁環(huán)網(wǎng)運行又會造成500 kV、220 kV變電站短路電流過大的問題。目前河北南網(wǎng)邢石、邢衡電磁環(huán)網(wǎng)已解開；石保之間，邯邢之間，保定、衡水和滄州電網(wǎng)之間仍然維持電磁環(huán)網(wǎng)運行。

c. 地區(qū)內(nèi)部電網(wǎng)結(jié)構不清晰。電網(wǎng)結(jié)構的合理配置不但是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎，也是限制短路電流水平的基礎。目前，河北南網(wǎng)部分地區(qū)500 kV變電站供電范圍不明確，使得220 kV電網(wǎng)結(jié)構不夠清晰，單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、環(huán)套環(huán)網(wǎng)、地區(qū)內(nèi)部電磁環(huán)網(wǎng)也是短路電流上升的原因之一。

d. 變壓器設計臺數(shù)及設備選型不合理。河北南網(wǎng)各級變電站規(guī)劃設計臺數(shù)較多、布點較少，且主要為低阻抗主變壓器，另外，由于500 kV變電站均為自耦變壓器，高中阻抗較小，這些都造成了系統(tǒng)短路電流偏高。

e. 500 kV變電站的大容量主變壓器與220 kV側(cè)的大電源接入同時存在也是河北南網(wǎng)部分地區(qū)220 kV電網(wǎng)短路電流快速上升的重要因素。

3 河北南網(wǎng)限制短路電流的措施

3.1 合理規(guī)劃大型電源的接入方式

河北南網(wǎng)大多數(shù)電廠通過高壓母線并入電網(wǎng)，考慮到降低短路電流的需要，建議新建電廠適當提高升壓變壓器阻抗，增加單元制接線接入系統(tǒng)方式[2]，以降低系統(tǒng)短路電流水平；若新建機組容量稍大，近區(qū)負荷不能消納，可接入500 kV電網(wǎng)，對控制近區(qū)220 kV短路電流大有益處；區(qū)外受電及大型電源落點應分散接入500 kV主干電網(wǎng)，可分散短路容量，避免某一點短路容量過大。

3.2 優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構，分層分區(qū)運行

結(jié)構合理的網(wǎng)架是改善和解決短路電流問題的有利條件。500 kV網(wǎng)架結(jié)構應滿足如下要求： 500 kV變電站接入電源不宜太多，一般不超過2 400 MW； 500 kV出線回路不宜太多，一般不超過6～8回，輸入和輸出容量應該平衡；主變壓器臺數(shù)不宜太多，一般不宜超過3臺，總?cè)萘坎灰颂螅?220 kV側(cè)接入的電源容量不宜太多；盡量避免電磁環(huán)網(wǎng)運行。

500 kV主干網(wǎng)加強后，逐步解開500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)，形成以500 kV變電站為中心的供電區(qū)。供電區(qū)內(nèi)220 kV電網(wǎng)宜形成花瓣型局部環(huán)網(wǎng)或呈雙回放射狀，各局部環(huán)網(wǎng)之間不要互聯(lián)；供電區(qū)內(nèi)220 kV發(fā)電容量并網(wǎng)點不宜過于集中，需經(jīng)論證合理后再投入負荷；供電區(qū)內(nèi)逐步形成以220 kV變電站為中心的供電小區(qū)。

3.3 增大零序阻抗，減小單相短路電流

增大零序阻抗，減小單相短路電流，需要采取以下措施：500 kV主變壓器中性點裝設小電抗；減少220 kV變壓器中性點接地數(shù)量，如靠近500 kV變電站電氣距離較近的220 kV變電站經(jīng)計算論證可以不接地，放射式終端220 kV變電站可以不接地； 500 kV變電站主變壓器采用全星形變壓器，弊端是不利于保護整定和諧波處理。

針對清苑站220 kV母線單相短路電流偏高的問題，可采取在清苑主變壓器中性點加裝5 V小電抗措施。采取該措施后，清苑主變壓器220 kV母線單相短路電流由49.6 kA降為42.3 kA，有效解決了單相短路電流偏高的問題。

電抗值過大有可能發(fā)生過電壓和不滿足絕緣要求的問題。變壓器中性點加裝的電抗要適宜，只要使單相短路電流降至三相短路電流之下便可。

3.4 采用高阻抗變壓器

500 kV變電站采用普通三繞組變壓器或采用高阻抗的自耦變壓器。普通三繞組變壓器高中阻抗較自耦變壓器大，可以有效的限制220 kV側(cè)的三相短路電流和單相短路電流，在這方面河北南網(wǎng)已有運行經(jīng)驗，但變壓器的造價較高。河北南網(wǎng)早期的220 kV變電站由于均為自耦變壓器，出現(xiàn)了110 kV側(cè)短路電流過大問題，將自耦變壓器改造為三繞組變壓器后，有效遏止了110 kV側(cè)短路電流的上升，后期及現(xiàn)有的220 kV變電站均采用了三繞組變壓器，110 kV側(cè)短路電流過大問題較少出現(xiàn)。采用高阻抗自耦變壓器也可以減小220 kV側(cè)短路電流。

高阻抗變壓器對系統(tǒng)無功電壓、損耗、電壓穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定有不利影響，因此在選擇是否采用高阻抗變壓器時，需要綜合考慮系統(tǒng)的短路電流、無功電壓和系統(tǒng)穩(wěn)定問題[3-5]。

3.5 500 kV變電站220 kV側(cè)分列運行

打開500 kV變電站220 kV側(cè)母線分段斷路器，使主變壓器分列運行，可減少220 kV側(cè)短路電流。同時，主變壓器分列運行也降低了電網(wǎng)供電可靠性和穩(wěn)定性，需經(jīng)潮流穩(wěn)定計算校核。

4 典型案例分析

石家莊地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)系緊密，電源接入容量大，造成了廉州及周邊220 kV電網(wǎng)短路電流偏高。圖1為廉州供電區(qū)示意圖。

圖1 廉州供電區(qū)示意

針對500 kV廉州變電站220 kV側(cè)短路電流過高的問題，綜合以上限制短路電流的措施，可對廉州變電站采取如下措施：斷開上安-大河雙回；斷開廉州-里豐；斷開系井-東寺，新建廉州-系井第二回；打開220 kV母線分段斷路器。表2為采取限流措施前后廉州220 kV母線短路電流情況。

表2 采取限流措施前后廉州短路電流水平計算結(jié)果kA

由表2可知，采取4種控制短路電流措施后，均可使廉州220 kV母線短路電流有所降低。其中，廉州220 kV母線分段使短路電流下降最多，但2010年廉州站只有2臺主變壓器，如果分段運行后，2臺主變壓器負荷分配很不均勻，1臺主變壓器停運，部分聯(lián)絡線路重載；斷開上安-大河雙回可使廉州220 kV側(cè)短路電流略有下降，但如果采取該措施后，因規(guī)劃中的橋西站并未由上安直供，將造成上安-銅冶雙回線路負載較重，不滿足N-1熱穩(wěn)定校驗；采取斷開廉州-里豐和斷開系井-東寺、新建廉州-系井第二回2種措施均可使廉州220 kV短路電流有較為顯著的降低。針對以上4種限制廉州短路電流的措施，結(jié)合潮流計算結(jié)果，考慮工程量以及地區(qū)電網(wǎng)分區(qū)規(guī)劃，建議2010年首先采取斷開廉州-里豐措施，限制短路電流。

5 結(jié)束語

以上綜合分析了河北南網(wǎng)短路電流快速上升的原因，并提出限制短路電流的措施。針對2010年廉州和清苑變電站220 kV母線短路電流偏高的問題，經(jīng)過計算，建議分別采取斷廉州-里豐220 kV線路、清苑主變中性點裝設小電抗措施，以限制2座變電站的短路電流。 控制短路電流是一項系統(tǒng)工程，必須從規(guī)劃階段開始，將網(wǎng)架結(jié)構、電源建設、電器設備的選型和系統(tǒng)運行方式進行綜合研究，才能制定合理控制措施，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

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