長治電網(wǎng)限制短路電流水平的探討

苗艷紅

(長治供電分公司,山西長治 046011)

長治電網(wǎng)限制短路電流水平的探討

苗艷紅

(長治供電分公司,山西長治 046011)

以2007年至2009年長治電網(wǎng)短路電流水平現(xiàn)狀為例,對長治電網(wǎng)的短路電流進行了校核,明確了限制短路電流應(yīng)注意的問題和采取的措施,為電網(wǎng)規(guī)劃和運行提出了有益的建議。

電網(wǎng);短路電流;校核;限制措施

近兩年來,長治電網(wǎng)發(fā)展十分迅速,作為全省的電網(wǎng)建設(shè)主戰(zhàn)場,新增1 000 kV變電站1座,500 kV變電站1座;新增220 kV變電站5座,供電能力增加了1.65倍;新增110 kV變電站6座,供電能力增加了1.3倍。據(jù)不完全統(tǒng)計,2009年至2010年,長治電網(wǎng)將投資28億元,新增變電容量82.5 MVA。到2010年長治電網(wǎng)將初步形成以特高壓電網(wǎng)為支點,500 kV久安站為中心,220 kV雙內(nèi)環(huán)網(wǎng)加輻射外網(wǎng),110 kV輻射供電的網(wǎng)絡(luò)格局。電網(wǎng)快速發(fā)展對供電提供了有力的支持,但也凸顯了一個新的問題,即各級電壓電網(wǎng)中的短路電流也不斷增長,各電力設(shè)備間的短路電流水平需要配合。

1 注意的問題

確定電力系統(tǒng)的短路電流水平及其配合,需要著重考慮以下幾方面問題[1]。

a)系統(tǒng)短路電流水平上限值的選擇決定了開關(guān)設(shè)備的開斷容量、開關(guān)設(shè)備及變電所各元件 (母線、導(dǎo)線、接地網(wǎng)、支持絕緣子等)的動、熱穩(wěn)定以及對通信線路的干擾和接地網(wǎng)的接觸和跨步電壓等。短路電流水平愈高、各項費用愈大。

b)從保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行和足夠的抗擾動能力考慮,系統(tǒng)中各樞紐點必須維持一定的短路電流水平。為保持短路故障后的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行以及減小電網(wǎng)中大負荷波動對其他用戶的影響,保持系統(tǒng)電壓有足夠的穩(wěn)固性是非常必要的。因此需要從技術(shù)上和經(jīng)濟上協(xié)調(diào)選擇合理的短路電流水平。

c)在確定短路電流水平時還需要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的一些問題,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對短路電流水平的影響很大,如發(fā)電廠、變電所在系統(tǒng)中的位置及其接入系統(tǒng)的電壓等級。如果發(fā)電廠、變電所過于集中或發(fā)電廠出線電壓過低,都可能造成系統(tǒng)中某局部地區(qū)的短路電流水平過高。

d)由于負荷密度增大,需要增加電網(wǎng)的緊密連接以滿足供電的需要,在調(diào)度運行方面往往希望閉環(huán)運行以提高供電的安全性和減少線損,結(jié)果都導(dǎo)致短路電流大量增加。實踐證明,過分的閉環(huán)運行對系統(tǒng)的可靠性可能反而不利,而必須加以限制,有時甚至必須將電力系統(tǒng)或變電所母線分列或解列,以限制短路電流。

e)為了保證系統(tǒng)繼電保護的可靠性和靈敏度,系統(tǒng)各點必須保持一定的短路電流水平。如果系統(tǒng)或發(fā)電廠 (特別是水電廠)的運行方式和潮流變化很大,則需要專門加以研究。

f)在規(guī)劃預(yù)期的短路電流水平時必須考慮到對已有變電所各項設(shè)備的影響,包括對自耦變壓器承受短路電流的沖擊問題。對現(xiàn)有變電所設(shè)備的改造和更換不僅投資大而且由于運行條件的限制,實現(xiàn)起來往往非常困難,這對規(guī)劃工作來說是一個很重要的問題。

g)在設(shè)計新建變電所,尤其是超高壓變電所時,對設(shè)備的選擇和元件的設(shè)計需要按設(shè)備更換的難易、增容改造所需費用及預(yù)期的短路水平值進行綜合考慮。

2 長治電網(wǎng)短路電流水平現(xiàn)狀

綜合考慮 2007年—2009年長治電網(wǎng)新增設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化、省網(wǎng)等值阻抗變化情況,進行了短路電流計算,對所轄110 kV及以上變電站所有開關(guān)遮斷容量與其所有母線短路容量進行了校核,見表 1、表2。

表1 長治電網(wǎng)220 kV變電站母線短路電流

表2 長治電網(wǎng)部分110 kV變電站母線短路電流

從表1、表2計算結(jié)果,可以看到,在2008年1 000 kV長治變電站、500 kV久安站投運后,長治電網(wǎng)的220 kV短路電流增長迅速,2009年增長趨勢變緩,長治電網(wǎng)220 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在長治西站220 kV母線,其短路電流達到36.43 kA;東鳴 (35.45 kA)、仁和 (32.18 kA)、侯堡(29.85 kA)超過開關(guān)開斷電流的70%。

110 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在仁和站110 kV母線,其短路電流達到16.79 kA。35 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在仁和站35 kV母線,其短路電流達到26.58 kA。10 kV系統(tǒng)最大短路容量出現(xiàn)在襄垣站10 kV母線,其短路電流達到30.75 kA,為開關(guān)開斷電流的96.1%。

目前220 kV康莊站10 kV母線為空母線,其余所有220 kV、110 kV變電站低壓側(cè)母線均分段運行。面對長治電網(wǎng)目前形勢,必須考慮采取一系列措施來限制系統(tǒng)短路電流,確保電網(wǎng)安全運行。

3 限制短路電流的必要性

由于電力系統(tǒng)的發(fā)展,負荷的增大,大容量機組和電廠及變電設(shè)備的投入,尤其是負荷中心大電廠的出現(xiàn)以及大電力系統(tǒng)的互聯(lián),短路電流水平的日益增高是不可避免的,如果不采取限制措施加以控制,不但使新變電所的設(shè)備投資大大增加,而且會對系統(tǒng)中原有變電所設(shè)備的通信線路和管線產(chǎn)生很大的干擾,甚至需要花費大量的投資進行改造、改建或更換。因此需要對各級電壓電網(wǎng)的短路水平加以控制。

4 限制短路電流的措施

限制短路電流,可以從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運行和設(shè)備上采取措施[2]。

a)低壓電網(wǎng)分片運行。在高一級電壓發(fā)展后將低一級電壓電網(wǎng)解開分片運行,這是一項有效而可行的措施,在220 kV電網(wǎng)成環(huán),110 kV電網(wǎng)解開分片運行后,短路電流水平會大大下降。

由于220 kV侯堡站對110 kV沁縣站 (轉(zhuǎn)供郭道、太岳、武鄉(xiāng))的供電線路110 kV侯沁I線為LGJ-150導(dǎo)線,為增加供電可靠性,侯堡站—沁縣站—后灣站—侯堡站自后灣站投產(chǎn)以來始終環(huán)網(wǎng)運行 (見圖1)。

圖1 110 kV環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行

圖1 110 kV環(huán)網(wǎng)開環(huán)運行

2010年4月份,220 kV沁州站投產(chǎn),侯堡站—沁縣站—后灣站—侯堡站這個小 110 kV環(huán)打開,降低了短路電流水平。并且由220 kV侯堡站供電的110 kV沁縣站、郭道站、太岳站轉(zhuǎn)移至沁州站,侯堡站的短路電流水平進一步降低。

b)發(fā)展高一級電壓電網(wǎng),調(diào)整運行方式。當電網(wǎng)的短路電流接近當時開關(guān)設(shè)備的最高允許的電流水平時,發(fā)展高一級電壓電網(wǎng),整個電網(wǎng)的短路電流水平會大幅下降。2010年下半年,220 kV霍家溝變電站即將投產(chǎn),會將侯堡站、仁和站的部分負荷轉(zhuǎn)移,對減輕220 kV侯堡站、仁和站的短路電流幫助很大。

c)多母線分列運行或母線分段運行。為了限制電網(wǎng)的短路電流不超過目前制造的開關(guān)設(shè)備的最大斷流容量,在一些變電所中采用了多母線分列運行的方式。如西溝站、八義站、太岳站、蔭城站、紅星站110 kV母線,2009年均增加了分段100開關(guān),使110 kV母線分段。但是,某些情況下,在正常運行時,為了保證系統(tǒng)運行有適當?shù)脑６?母線仍需并列運行。解決矛盾的辦法是在母線斷路器上裝設(shè)自動快速解列裝置,在故障時將母線斷路器快速斷開。多母線分列運行或母線分段運行以限制短路電流水平的效果是很明顯的。

d)采用高阻抗變壓器限制其低壓側(cè)的短路電流,這項措施已普遍采用。2009年,長治電網(wǎng)更換了110 kV變壓器2臺,郭道站1號變壓器的短路阻抗由9.88/17.1/6.07提高到10.5/17.5/6.5,微子鎮(zhèn)站2號變壓器 (原主變?yōu)閮删碜?更換為三卷變)的短路阻抗由 12.93(高-低)提高到9.78/18.21/6.54,這樣,郭道站、微子鎮(zhèn)站的短路電流水平也略有下降。

e)采用串聯(lián)電抗器或其他限流措施。采用串聯(lián)電抗器相當于增加系統(tǒng)的阻抗,目前長治電網(wǎng)新增加的電容器組均采用串聯(lián)電抗器的方法來限流。

f)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采取措施。結(jié)合系統(tǒng)規(guī)劃從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來取措施,如:發(fā)展更高一級電壓電網(wǎng),選擇適當?shù)攸c建設(shè)開關(guān)站,合理選擇電廠出線電壓,新的大容量電廠要盡可能接入最高一級電壓電網(wǎng),建設(shè)新的輸電線路時,注意減少網(wǎng)絡(luò)的緊密程度。

g)限制單相接地短路電流水平的措施。減少變壓器中心點接地的數(shù)目,這是最主要的措施,變壓器及自耦變壓器中心點經(jīng)低電抗接地,部分變壓器中性點裝設(shè)快速接地開關(guān),在主變壓器跳閘前將中性點接地,發(fā)電機變壓器組的升壓變壓器中性點不接地,但需相應(yīng)地提高變壓器及其中性點的絕緣水平,限制自耦變壓器的使用。

5 采取措施后長治電網(wǎng)短路水平

采取行之有效的措施后,長治電網(wǎng)短路水平進一步下降,見表3、表4。

表3 長治電網(wǎng)220 kV變電站母線短路電流

6 結(jié)論

在現(xiàn)代區(qū)域大電網(wǎng)中 ,短路電流水平增長迅速,給設(shè)備的安全運行帶來了較大的威脅,簡單的解環(huán)或調(diào)整電網(wǎng)運行方式的措施僅暫時緩解了這一問題,并未從根本上解決電網(wǎng)發(fā)展和短路容量增長的矛盾。為此必須結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃,在綜合考慮系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行后采用分層分區(qū)供電的模式以形成最終合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

表4 長治電網(wǎng)部分110 kV變電站母線短路電流

續(xù)表4

[1] 王梅義,吳競昌,蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù) [M].中國電力出版社,1995:196.

[2] 韓柳,仇衛(wèi)東,肖智宏.電網(wǎng)短路電流的限制措施[J].電力技術(shù)經(jīng)濟,2009,119(3):33-37.

Discussions on the Curbing of Short-Circuit Current in Changzhi Power Grid

MIAO Yan-hong
(Changzhi Power Supply Company,Changzhi,Shanxi 046011,China)

In this paper,the short-circuit current in Changzhi power grid is checked,the issue to be paid attention to and measures to limit the short-circuit current are made clear as well,based on which suggestions are put forward for the planning and operations of the grid.

power grid;short-circuit current;check;limiting measures

TM715

A

1671-0320(2010)04-0016-04

2010-03-20,

2010-05-24

苗艷紅 (1976-),女,山西長治人,1997年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè),工程師,從事運行管理工作。