240MVA主變低壓側限流方案分析

錢紅健

（國網江蘇省電力公司經濟技術研究院，江蘇 南京 210008）

240MVA主變低壓側限流方案分析

錢紅健

（國網江蘇省電力公司經濟技術研究院，江蘇 南京 210008）

對于采用變電容量為240MVA、低壓側為10kV主變的變電站，往往存在低壓側短路電流過大的情況。通過分析，限制低壓側短路電流的方案主要有3種。本文從電氣接線結構、短路電流、造價等方面進行分析，確定相對合理的方案。

240MVA；短路電流；限流電抗器；高阻抗變壓器

0.前言

對于采用變電容量為240MVA、低壓側為10kV主變的變電站，往往存在低壓側短路電流過大的情況。針對這種情況，目前通常采用低壓側串聯限流電抗器或使用高阻抗變壓器等手段來限制低壓側的短路電流。

據統計，江蘇地區在2014年初至2015年上半年完成初步設計評審的新建220kV輸變電工程共48項，其中使用240MVA主變、低壓側為10kV出線的工程共12項。

分析電氣主接線圖，發現這些工程主要采用以下3種方案來限制低壓側短路電流：

方案一：低壓側采用總回路限流電抗器，7項；

方案二：低壓側采用雙分支限流電抗器（低壓側為雙分支回路），1項；

方案三：采用高阻抗變壓器，4項。

對于以上3個方案，哪一個方案在技術、經濟上更合理呢？本文將從電氣接線結構、短路電流、造價等方面進行分析。

1.電氣接線結構比較

1.1 方案一的接線結構

方案一在10kV主變進線總回路中串聯一組總回路限流電抗器，電抗器前設有隔離開關，低壓側為雙分支回路時接線示意圖如圖1所示。

此方案中，當限流電抗器發生故障時，主變三側斷路器跳開，打開電抗器前的隔離開關后，可以在檢修限流電抗器的同時，保持主變高、中壓側運行。

1.2 方案二的接線結構

方案二在10kV主變進線的各分支回路中各串聯一組分支限流電抗器，電抗器前設有隔離開關，低壓側為雙分支回路時接線示意圖如圖2所示。

此方案中，當其中一組限流電抗器發生故障時，主變三側斷路器跳開，打開該組電抗器前的隔離開關后，可以在檢修限流電抗器的同時，保持主變高、中壓側和另一段低壓母線運行。

1.3 方案三的接線結構

相對于方案一和二，方案三采用高阻抗變壓器，接線較簡單，如圖3所示。

此方案中，低壓側為雙分支回路分別通過母線從主變低壓側直接接入。10kV一段母線檢修時，直接拉開該段母線的主變開關，另一段母線仍可繼續運行。

1.4 接線結構比較

以上3個方案中，方案三較方案一少一組隔離開關、一組限流電抗器、一組電流互感器，較方案二少兩組隔離開關、兩組限流電抗器、兩組電流互感器，接線型式較簡單。同時，由于少了限流電抗器等設備，在總平面布置上，方案三的布置形式可以更緊湊，通過合理規劃可以適當節省變電站的站地面積。

表1　方案一遠景短路電流計算結果

2.短路電流計算

以14年某新建220kV變電站為例，進行遠景短路電流的計算。該新建變電站電壓等級為220kV/110kV/10kV，本期規模為1臺240MVA主變，遠景3臺240MVA主變，主變低壓側容量為80MVA。10kV配電裝置本期出線12回，采用單母線雙分段接線；遠景出線36回，采用單母線六分段環形接線。

根據該新建站所在地區系統資料，遠景3臺主變10kV側出線總負荷的高峰為S=117+j117，分配到每臺主變10kV側的負荷約為56MVA；本期主變滿載高峰時10kV側出線負荷為S=47+j15.4，若配置的8組6兆乏電容器全部投入使用，側主變10kV側的總負荷約為57MVA。所以，主變10kV側容量按57MVA考慮，回路持續電纜約為3291A。

表3　方案三遠景短路電流計算結果

表4　各方案設備費用比較（單位：萬元）

2.1 方案一的短路電流

此方案中，10kV限流電抗器和低壓隔離開關的額定電流按4000A考慮，限流電抗器的電抗率按10%考慮，經計算，電抗器的電壓損失不大于母線額定電壓的5%。選擇變壓器阻抗電壓為Uk1-2%= 11、Uk1-3%=44、Uk2-3%=31，為限制低壓側短路電流，10kV母線按分列運行考慮。計算得到的遠景短路電流結果見表1。

2.2 方案二的短路電流

此方案中，10kV限流電抗器和低壓隔離開關的額定電流按3000A考慮，限流電抗器的電抗率按10%考慮，經計算，電抗器的電壓損失不大于母線額定電壓的5%。變壓器阻抗電壓值按通用設備默認值選擇，為Uk1-2%=11、Uk1-3%=34、Uk2-3%=22。同樣，為限制低壓側短路電流，10kV母線按分列運行考慮。計算得到的遠景短路電流結果見表2。

2.3 方案三的短路電流

高阻抗變壓器不論采用高壓繞組內置還是內置電抗器，為限制低壓側短路電流，主要通過增加高低短路阻抗Uk1-3%和中低短路阻抗Uk2-3%來實現。此方案中，高阻抗變壓器阻抗電壓選取為Uk1-2%=11、Uk1-3%=74、Uk2-3%=62。同樣，為限制低壓側短路電流，10kV母線按分列運行考慮。計算得到的遠景短路電流結果見表3。

2.4 計算結果比較

從計算結果可以發現，3個方案的220kV、110kV、10kV短路電流水平均可分別按50kA、40kA、20kA控制。所以，通過設備選型，在限制低壓側短路電流方面，3個方案在技術上不相上下。

3.造價分析

根據相關工程的設備中標價分析，常規阻抗變壓器每臺約648萬元，方案一中變壓器阻抗值比常規變壓器略高，但費用相差不大，可按常規變壓器考慮。

方案一中，每臺10kV限流電抗器（單相）約5.5萬元，每組低壓隔離開關約6.7萬元。方案二中，每臺10kV限流電抗器（單相）約4.6萬元，每組低壓隔離開關約5.4萬元。

方案三中，每臺高阻抗變壓器約700萬元。實際上，經咨詢相關廠家，高阻抗變壓器采用高壓繞組內置時，設備成本與普通阻抗變壓器相差不大，采用內置電抗器時成本增加約10%。

3個方案的設備采購費用比較見表4。由表可知，不考慮設備基礎、安裝等費用時：若使用高壓繞組內置式高阻抗變壓器時，方案三造價最省，相對方案一和二分別節省4.7%和7.4%；若使用內置電抗器式高阻抗變壓器時，方案三造價與方案二相當，僅比方案一貴2.9%。

總體上，在造價方面，使用高壓繞組內置式高阻抗變壓器時，方案三最優。

結語

通過電氣接線結構、短路電流、造價3個方面的分析，發現：

（1）通過設備選型，在限制低壓側短路電流方面，3個方案在技術上不相上下。

（2）方案三較方案一少一組隔離開關、一組限流電抗器、一組電流互感器，較方案二少兩組隔離開關、兩組限流電抗器、兩組電流互感器，接線型式較簡單。

（3）由于方案三設備減少，布置形式可以做到更加緊湊，可以節省變電站的占地面積。同時，由于不需設置限流電抗器等設備，大大降低設備的運行維護工作量。

（4）而且在造價方面，使用高壓繞組內置式高阻抗變壓器時，方案三最優。

綜上所述，在采用變電容量為240MVA、低壓側為10kV的變壓器時，使用高壓繞組內置式高阻抗變壓器的方案，在技術、經濟上相對更合理，值得推廣應用。

［1］韓戈，韓柳，吳琳.各種限制電網短路電流措施的應用與發展［J］.電力系統保護與控制，2010（1）：141-144.

［2］董宏林，王勇，張立國，臧英.高阻抗變壓器兩種方案比較分析［J］.變壓器，2008（9）：29-31.

［3］李逢良.220kV變電站工程設計中幾個問題的探討［J］.湖南電力，2011（6）：44-45.

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