郝鑫杰,程雪婷,鄭惠萍

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

特高壓交直流投產(chǎn)后山西電網(wǎng)短路電流分析及抑制措施研究

郝鑫杰,程雪婷,鄭惠萍

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

隨著山西電網(wǎng)的快速發(fā)展,特高壓交直流工程的逐步投產(chǎn)使得電網(wǎng)聯(lián)系愈加緊密,電網(wǎng)容量不斷增大,短路電流水平不斷提高,導(dǎo)致多個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)超標(biāo)的情況,對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。結(jié)合山西電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,對(duì)2017年目標(biāo)網(wǎng)架的短路電流進(jìn)行仿真計(jì)算,對(duì)短路電流超標(biāo)的站點(diǎn)進(jìn)行研究分析并提出了可行的抑制措施。

電網(wǎng)；短路電流；抑制措施

0 引言

隨著晉北直流特高壓的投入運(yùn)行、500 kV五寨站、平魯站及大型電廠的不斷投產(chǎn)，500 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不斷增強(qiáng)，山西電網(wǎng)供電可靠性也得到進(jìn)一步提高，但這也導(dǎo)致各個(gè)站點(diǎn)的短路電流水平逐年提升。

在220 kV網(wǎng)架方面，山西中部電網(wǎng)通過(guò)采取220 kV冶峪站分母，斷開(kāi)220 kV線路馬莊—小店雙回、馬莊—解放雙回、馬莊—侯村單回線、東凌井—白家莊單回線以及北田—東觀雙回線的分3片運(yùn)行措施，解決了中部電網(wǎng)短路電流超標(biāo)問(wèn)題[1-2]。但隨著220 kV網(wǎng)架的不斷建設(shè)與發(fā)展，220 kV廠站的短路電流也進(jìn)一步升高，南部電網(wǎng)部分變電站的短路電流水平將相繼接近或超過(guò)開(kāi)關(guān)遮斷容量，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文在保證山西電網(wǎng)安全可靠供電的基礎(chǔ)上研究降低山西電網(wǎng)短路電流水平的措施。

1 基礎(chǔ)條件

1.1 山西電網(wǎng)簡(jiǎn)介

2017年山西電網(wǎng)500 kV 主網(wǎng)架示意圖見(jiàn)圖1。

根據(jù)山西電網(wǎng)規(guī)劃項(xiàng)目，2017年山西電網(wǎng)將新增晉北直流特高壓、晉中、晉北交流特高壓3個(gè)特高壓落點(diǎn)；增加500 kV平魯站、孝義站；新建4座220 kV變電站；同時(shí)，預(yù)計(jì)投產(chǎn)常規(guī)電源共計(jì)15 802 MW。

圖1 山西500 kV主網(wǎng)示意圖

1.2 山西電網(wǎng)短路電流計(jì)算條件

a）山西電網(wǎng)經(jīng)500 kV大房三回線、神保雙回線、陽(yáng)北雙線、潞辛雙線共9回線路與華北主網(wǎng)連接。東北電網(wǎng)、華中電網(wǎng)以等值機(jī)接入。

b） 山西電網(wǎng)220 kV及以上設(shè)備為全接線方式;山西電網(wǎng)分為大同、忻朔、中部、南部4個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，各區(qū)域間僅通過(guò)500 kV線路聯(lián)系。

c）計(jì)算時(shí)間段內(nèi)山西電網(wǎng)所有機(jī)組滿(mǎn)出力全開(kāi)機(jī)方式運(yùn)行。

1.3 500 kV短路電流水平分析

山西北部電網(wǎng)500 kV短路電流水平較高，2017年最大短路電流水平出現(xiàn)在神二電廠側(cè)，已超過(guò)斷路器遮斷容量值，500 kV廠站短路電流水平如表1所示。

表1 北部電網(wǎng)部分500 kV廠站三相短路電流水平表

山西北部電網(wǎng)500 kV廠站相對(duì)密集，2017年隨著500 kV平魯站、朔南、寧武及木瓜界等電廠的投運(yùn)，使得500 kV神二電廠及塔山站的短路電流超標(biāo)；且500 kV北部電網(wǎng)其他站點(diǎn)短路電流水平均大幅提高。山西電網(wǎng)500 kV短路電流超標(biāo)主要集中在北部地區(qū)，如何控制其短路電流水平成為解決要點(diǎn)。

1.4 220 kV短路電流水平分析

山西南部電網(wǎng)是山西電網(wǎng)的負(fù)荷集中地區(qū)，2017年南部電網(wǎng)部分220 kV廠站短路電流水平超標(biāo)或接近超標(biāo)，如表2所示。

表2 南部電網(wǎng)部分220 kV廠站三相短路電流水平表

2 直流特高壓及配套電源對(duì)短路電流的影響

影響三相短路電流的因素主要包括電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式及電網(wǎng)參數(shù)等[3-4]。為明確不同因素對(duì)短路電流的影響有多大，具體進(jìn)行以下分析。

2.1 新投產(chǎn)電源對(duì)500 kV短路電流的影響

為分析新投產(chǎn)電源對(duì)短路電流的影響，本文主要選擇北部電源進(jìn)行分析，分別斷開(kāi)木瓜界、安太堡以及神泉二期電廠（共計(jì)4 020 MW），木瓜界、安太堡及神泉二期電廠均接入500 kV晉北直流特高壓。

上述電廠與500 kV網(wǎng)架相連線路斷開(kāi)后，500kV系統(tǒng)短路電流如表3所示。

表3 部分500 kV廠站三相短路電流水平表

由表3可知，斷開(kāi)木瓜界、安太堡及神泉二期等電源后，北部電網(wǎng)各廠站短路電流均得以降低，平均下降2 kA左右。

2.2 晉北特高壓直流換流站對(duì)500 kV短路電流的影響

為分析直流特高壓換流站對(duì)電網(wǎng)短路電流的影響[5]，本文在斷開(kāi)上述電源基礎(chǔ)上，將換流站與500 kV所連三回線路均斷開(kāi)，并基于此方式進(jìn)行短路電流計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 部分500 kV廠站三相短路電流水平表

由表4可得，斷開(kāi)特高壓直流換流站與500 kV主網(wǎng)連接之后，各廠站短路電流均有不同程度的提升。

除上述針對(duì)500 kV主網(wǎng)架分析之外，同時(shí)對(duì)220 kV南部電網(wǎng)進(jìn)行了相應(yīng)分析與研究，得出南部短路電流的升高與2017年安峪熱電的投產(chǎn)有密不可分的聯(lián)系。

3 限制短路電流措施

現(xiàn)階段，主要從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備兩方面采取措施以限制短路電流，具體包括：發(fā)電廠或變電站母線分列運(yùn)行、加裝串聯(lián)電抗等。

3.1 限流方案

針對(duì)500 kV北部電網(wǎng)神二電廠短路電流超標(biāo)問(wèn)題，綜合考慮山西電網(wǎng)潮流分布、供電可靠性等因素，采取以下方案進(jìn)行限流：將神二電廠接入晉北特高壓交流站；建立神二開(kāi)閉站（即神開(kāi)站）。

針對(duì)500 kV塔山短路電流超標(biāo)問(wèn)題，建議更換為遮斷容量63 kA的開(kāi)關(guān)。（若不采取更換塔山開(kāi)關(guān)工作，則需安排塔山近端停機(jī)約1 530 MW，才能滿(mǎn)足電網(wǎng)運(yùn)行要求。）

針對(duì)南部電網(wǎng)220 kV部分廠站短路電流超標(biāo)問(wèn)題，提出南部電網(wǎng)分兩片運(yùn)行的方案，具體措施如下：斷開(kāi)興盛—霍州單回、永樂(lè)—東鳴雙回、芹池—翔山單回線。

3.2 限流效果

表5給出了2017年全開(kāi)機(jī)、全接線方式下，采取限流方式后北部電網(wǎng)500 kV相關(guān)廠站的短路電流情況。

表5 北部電網(wǎng)部分500 kV廠站三相短路電流水平表

由表5可知，所給方案的限流效果較為顯著，其中神二開(kāi)閉站的短路電流為56.72 kA，雁同站及朔州站等短路電流水平明顯降低。

表6給出了2017年全開(kāi)機(jī)、全接線方式下，采取限流方式后南部電網(wǎng)220 kV相關(guān)廠站的短路電流情況。

由表6可知，南部電網(wǎng)經(jīng)解環(huán)分片運(yùn)行后，各廠站短路電流均能滿(mǎn)足要求。

表6 南部電網(wǎng)部分220 kV廠站三相短路電流水平表

4 結(jié)論

木瓜界、安太堡、神泉二期等電廠接入500 kV系統(tǒng)，顯著提高了山西電網(wǎng)的短路電流水平。500 kV系統(tǒng)短路電流超標(biāo)主要集中在北部區(qū)域，通過(guò)建立神二開(kāi)閉站，并將神二電廠轉(zhuǎn)接至?xí)x北特高壓，同時(shí)將遮斷容量較小開(kāi)關(guān)予以更換或采取停機(jī)方式，則可將山西電網(wǎng)500 kV短路電流水平控制在安全范圍內(nèi)。

220 kV電網(wǎng)短路電流超標(biāo)主要集中在南部區(qū)域，重點(diǎn)在臨汾站附近，通過(guò)斷開(kāi)興盛—霍州單回、永樂(lè)—東鳴雙回、芹池—翔山單回線等線路，將南部區(qū)域分兩片運(yùn)行，則可以大大改善短路電流超標(biāo)問(wèn)題，將短路水平控制在安全范圍。

[1] 鄭惠萍，薛敏，田翰臻. 2013年山西中部電網(wǎng)短路電流控制措施分析[J].山西電力，2013（3）：34-36.

[2] 葉彬，黃阮明，郭明星，等.安徽500 kV電網(wǎng)對(duì)特高壓輸電通道的適應(yīng)性研究[J]. 華東電力，2009，37（10）：1718-1722.

[3] 孫奇珍，蔡澤祥，李?lèi)?ài)民，等. 500 kV電網(wǎng)短路電流超標(biāo)機(jī)理及限制措施適應(yīng)性[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（21）：92-96.

[4] 廖國(guó)棟，謝欣濤，候益靈，等.特高壓接入湖南電網(wǎng)后500 kV母線三相短路電流超標(biāo)問(wèn)題分析[J]. 高電壓技術(shù)，2015，41（3）：747-753.

[5] 張永康，蔡澤祥，李?lèi)?ài)民，等. 限制500 kV電網(wǎng)短路電流的網(wǎng)架調(diào)整優(yōu)化算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)，2009，33（22）：34-39.

Short Circuit Current Analysis and Suppression Measures for Shanxi Power Grid after UHV AC and DC Projects Being Put into Operation

HAO Xinjie, CHENG Xueting, ZHENG Huiping

（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

With the rapid development of Shanxi power grid and UHV AC and DC projects being put into operation, the total capacity of power grid is increasing. Because the short-circuit current level is getting larger, the allowed value of some power stations exceeded the limits, which has threatened the safe and stable operation of power grid. This paper focuses on short-circuit current simulation calculation according to grid plans in 2017, then feasible suppression measures are put forward for the stations with the current out of limits.

power grid; short-circuit current; suppression measures

TM713

A

1671-0320（2016）04-0001-03

2016-04-20，

2016-05-09

郝鑫杰（1985），男，山西文水人，2012年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)分析研究工作；

程雪婷（1991），女，山西運(yùn)城人，2014年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，碩士，從事電網(wǎng)分析工作；

鄭惠萍（1972），女，湖北當(dāng)陽(yáng)人，1993年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)分析研究工作。