“十二五”期間湖南電網短路電流限制措施分析

2010-09-04 07:56:48楊高才謝欣濤

湖南電力 2010年1期

廖菁,楊高才,謝欣濤

(湖南省電力公司試驗研究院,湖南長沙 410007)

“十二五”期間隨著湖南省國民經濟的不斷發展,湖南電網規模迅速擴大,系統短路電流不斷攀升,將嚴重影響湖南電網設備安全運行,并且成為制約湖南電網發展的重要因素。為有效抑制短路故障給湖南電力系統帶來的危害,保障電力系統安全、可靠、穩定運行,必須采取行之有效的方法限制短路電流。

1 短路電流增長原因

“十二五”期間隨著長沙特高壓及省內多座500kV變電站投運,湖南電網結構不斷加強,聯系更加緊密,再加上一些大型電源的相繼投產運行,使得湖南電力系統短路電流迅速增加。至“十二五”末期,500 kV短路電流最大達到76.2kA(長沙特高壓 500k V母線);220kV短路電流最大達到 90.8 kA(長株潭 220 kV母線)。500,220 kV母線短路電流均超過了目前 500,220 kV斷路器最大額定開斷電流 (63,50 kA)。

2 短路電流限制措施

2.1 500k V電網短路電流限制措施

對 2015年湖南電網 500 kV母線進行短路電流計算,計算結果見表 1。由計算結果可以看出,到2015年長沙特高壓、星沙、鶴嶺 500 kV變母線短路電流超過了目前 500 kV斷路器最大額定開斷電流(63k A)。文中擬定了以下 2種措施限制 500 kV母線短路電流。

表 1 2015年湖南電網 500 kV母線短路電流 kA

(1)長株潭～云田雙回 500 kV線路斷開運行

采取此措施后短路電流計算結果見表 2。由計算結果可以看出,到 2015年若將長株潭～云田雙回500 kV線路斷開運行,湖南省 500 kV最大短路電流為 68.3 kA(長沙特高壓),仍超過了目前 500 kV斷路器最大開斷電流。同時由于將長株潭～云田雙回 500 kV線路斷開運行后,打開了湘東地區受端環網,降低了向東地區的供電可靠性,因此該措施不可行。

表 2 2015年湖南電網 500 k V母線短路電流 kA

(2)長沙特高壓變電所 500 kV母線開環

長沙特高壓變電站 500 kV母線開環方案在實現降低短路電流目標的同時,還必須兼顧系統安全可靠運行的需要,為此擬定以下 3個 500k V開環方案進行比較 (見圖 1)。

開環方案 A,長沙特高壓 500 kV母線Ⅰ段接星沙、岳陽南,Ⅱ段接星城、瀏陽。

開環方案 B,長沙特高壓 500 kV母線Ⅰ段接岳陽南及星沙、星城一回線,Ⅱ段接瀏陽及星沙、星城一回線。

開環方案 C,長沙特高壓 500kV母線Ⅰ段接星沙、瀏陽,Ⅱ段接星城、岳陽南。

圖 1 長沙特高壓 500 kV母線分段運行方案比較

各方案短路電流計算結果見表 3。計算結果表明,開環方案 A對降低電網短路電流的效果最好,開環后 500 kV最大短路電流為 54.5 kA(鶴嶺);開環方案 C略差,開環后 500k V最大短路電流為55.5 kA(鶴嶺);方案 B最差,開環后 500 kV最大短路電流為 65.7 kA(星沙),已超過目前國內500kV短路器設備的最大開斷電流。綜合以上結果分析,從短路電流水平的角度來看,開環方案A,C可行,方案 B不可行。

表 3 2015年長沙特高壓 500 k V母線開環方案短路電流比較 kA

開環方案 A在長沙特高壓任意 1臺主變停運時,湘東 500 kV受端環網將在長沙特高壓變電所中斷聯絡,造成環網開環,安全可靠性相對較低;開環方案 B,C在長沙特高壓任意 1臺主變停運時,均能通過長沙特高壓聯絡維持湘東 500 kV受端環網的完整性,安全可靠性要高于方案 A。

根據上述結果綜合分析,開環方案 B限制電網短路電流的效果很差,從這一角度來看是一個不可行的方案;開環方案 A在長沙特高壓任意 1臺主變停運時,將造成湘東 500 k V受端環網開環,安全可靠性較低。故建議以限制短路電流效果較好且安全可靠性較高的開環方案 C作為長沙特高壓500kV母線推薦開環方案。

2.2 220 kV電網短路電流限制措施

(1)500/220 kV電磁環網解環運行

在 2015年若湖南電網 500/220 kV不解環運行,則湘東絕大部分 220 kV母線、湘北、湘南、湘中以及湘西北電網中的部分 220 kV母線的短路電流水平將超過 50 kA,已超出了目前開關設備制造能力,嚴重威脅電網設備的安全。應有針對性地逐步打開 500/220k V電磁環網結構,實現分層分區運行,簡化電網結構,限制短路容量。

2015年需要考慮將湘東～湘北電網、湘東～湘西北電網、湘東～湘中電網、湘東～湘南電網、湘西北～湘西電網以及湘東、湘西北電網內部部分500/220 kV電磁環網解環運行 (見圖 2)。

圖 2 2015年湖南電網 500/220 kV電磁環網解環方案

按照以上解環方案,到 2015年湖南 220 kV電網將分成 12片運行。解環前后湖南電網部分220 kV母線短路電流計算結果見表 4。由計算結果可以看出,解環后能解決 2015年湖南省大部分220 kV斷路器短路電流超標問題,但星城、長株潭 220 kV母線單相短路電流仍然超標3.9 kA,3.6 kA,需采用其它措施限制其單相短路電流。

表 4 2015年湖南電網部分 220 k V母線短路電流kA

(2)裝設中性點小電抗

單相短路電流的大小主要和系統中性點接地方式及回路的零序阻抗有關,隨著 500 kV變電站的逐漸增多,以及 500 kV自耦變的大量使用,部分500kV變電所的 220 kV母線單相短路電流大于三相短路電源。通過研究,當 500 kV變電站 220 kV側單相短路電流過大而需要加以限制時,采用中性點經小電抗接地是一項有效措施,其阻值可在高、中壓 Uk%值的 1/10～1/3之間選擇〔2〕。

當長株潭和星城變在解環且裝設中性點小電抗后,三相、單相短路電流均控制在 50 kA以內,見表5。