220kV变电站限流电抗器配置方案研究

220kV变电站限流电抗器配置方案研究

姜效

锡林郭勒电业局内蒙古锡林浩特市026000

摘要：近年来，随着电力系统负荷不断增长以及与其他地区电网的合环运行，使电网的短路电流水平不断加大。短路电流已严重影响电力系统的安全稳定运行，给电气设备带来很大的安全隐患。因此，必须对电力系统的短路电流进行限制。采用240MVA及以上大容量主变的220kV变电站中，主变10kV侧通常设有限流电抗器，以限制10kV母线故障短路电流。通过两种常用的限流电抗器配置方案，推荐变电站采用设有总回路限流电抗器的配置方案。

关键词：220kV变电站；限流电抗器；短路电流水平

220kV变电站10kV侧带负荷运行时,存在系统短路容量大、开关遮断容量不能满足要求、10kV故障几率增加、主变后备保护灵敏度不足、串联限流电抗器与无功补偿电容器形成串联谐振等问题,一直限制着这种运行模式的发展。目前,为了降低系统短路容量,减少故障几率,220kV变电站10kV侧采用加装限流电抗器,仅带无功补偿设备运行的模式。由于曾经出现过10kV电容器故障,主变压器后备保护灵敏度不足,导致事故扩大使得220kV变电站选用10kV侧带负荷运行慎之又慎,在一定程度上限制了一次系统的发展。

一、概况

低压侧为10kV的220kV变电站，考虑电力系统运行规定及设备制造水平，在电压波动允许范围内，主变压器10kV侧最大短路电流应控制在20kA以下。当采用240MVA及以上的大容量主变压器时，为限制10kV侧短路电流，通常在10kV侧采用配置限流电抗器等措施。《国家电网公司输变电工程通用设计》对220kV变电站10kV限流电抗器的配置，采用在主变低压进线串联一台总回路限流电抗器的方案。某220kV变电站通常采用在主变低压进线串联两台分支回路限流电抗器的方案，对两种不同的10kV限流电抗器配置方案进行研究，提出推荐的配置方案。

二、限流电抗器的两种配置方案

某220kV变电站电压等级为220/110/10kV，本期规模3×240MVA主变，主变低压侧额定容量为80MVA，10kV配电装置出线36回，采用单母线六分段环形接线，10kV配电装置采用户内金属封闭手车式开关柜，布置于10kV开关室内。经短路电流计算，为满足10kV侧短路电流水平按20kA控制，每台主变10kV侧配置有限流电抗器，该电抗器以串联方式接入10kV主变进线回路中，限制10kV侧故障短路电流。220kV变电站每台主变下设有两段10kV母线，10kV主变进线采用双分支回路接线形式，限流电抗器存在两种配置方案。

方案1：在10kV主变进线总回路中串联一组总回路限流电抗器，电抗器前设有隔离开关，此方案，当限流电抗器发生故障时，主变三侧断路器跳开，打开电抗器前的隔离开关后，可在检修电抗器的同时，保持主变高中压侧的继续运行。

方案2：在10kV主变进线两回分支回路中各串联一组分支回路限流电抗器，电抗器前设有隔离开关，此方案，当其中一组限流电抗器发生故障时，主变三侧断路器跳开，打开该组电抗器前的隔离开关后，可在检修电抗器的同时，保持主变高中压侧和另一段低压母线继续运行。

三、限流电抗器的电力计算

220kV变电站主变低压侧额定容量为80MVA，计算主变低压侧在各种运行方式下的最大持续工作电流。公式可知，方案1中10kV限流电抗器额定电流水平应为5000A，方案2中10kV限流电抗器额定电流水平应为3000A。

220kV变电站计算主变低压侧短路电流，方案1、2中10kV限流电抗器和低压隔离开关的短路电流水平应按50kA选择。方案1在电抗器的电抗率按15%选择时，10kV母线短路电流被限制在20kA以下；方案2在电抗器的电抗率按10%选择时，10kV母线短路电流被限制在20kA以下。

考虑到正常工作时，方案1中限流电抗器流过的无功约是方案2的两倍，两方案所选限流电抗器的实际电抗数值相差不大，可知方案1电抗器上的电压损失约为方案2的两倍。电抗器的电压损失计算如式：

经计算，方案1电抗器上的电压损失约为3.4%，方案2电抗器上的电压损失约为1.8%。两方案，电抗器的电压损失均不大于母线额定电压的5%，满足电压波动控制要求。

1、限流电抗器的设备选型，220kV变电站10kV限流电抗器一般采用单相、干式、空心电抗器，主要因为干式、空心电抗器与传统的油浸式、铁心电抗器相比具有大范围的线性阻抗特性，且有安装灵活、节约占地等特点。

方案1所用的限流电抗器参数，在国内变电站中较少用到，经向多家电力设备厂家调研，该产品各厂家均有生产，并主要用于炼钢厂等大型工矿企业中，在今后设备的招标、采购中可能存在问题。方案2所用限流电抗器的参数，在以往变电站中已有较多应用，在今后的设备招标、采购中不存在问题。

2、限流电抗器的平面布置。参照《国家电网公司输变电工程通用设计》，220kV变电站规划将10kV限流电抗器布置于主变压器和10kV配电装置室之间的场地上。

方案1，每台主变下设一组总回路限流电抗器，电抗器采用三相水平一字布置，并将电抗器户外布置，不设电抗器室，压缩建筑面积。电抗器和主变之间留有隔离开关位置，考虑到电抗器的安装和检修，在电抗器和10kV配电装置室之间设置电抗器运输通道。

限流电抗器平面布置图，每台主变下设两组分支回路限流电抗器，由于总体布置要求，电抗器采用三相竖直叠装布置，并在10kV配电装置室和主变之间设有电抗器室，将电抗器户内布置，以防止雨水等造成电抗器相间短路。电抗器室建筑面积总计约为200m2，建筑体积总计约为1400m3。电抗器室和主变之间留有10kV隔离开关和汇流母线的位置，考虑到电抗器的安装和检修，在电抗器室和10kV隔离开关之间设置电抗器运输通道。综合比较以上两种方案，布置形式均紧凑合理。方案1，主变构架到10kV配电装置室纵向尺寸为14m，其中主变构架到限流电抗器中心纵向尺寸为10m，限流电抗器中心到10kV配电装置室纵向尺寸为4m。方案2，主变构架到10kV配电装置室纵向距离为18m，其中主变构架到电抗器室纵向尺寸为13m，电抗器室纵向尺寸为5m。两方案相比较，采用方案1，变电站节省总占地面积404m2，压缩建筑面积200m2，压缩建筑体积1400m3。

四、隔离开关优化设置

方案1选用额定短路开断电流为50kA的断路器。方案2：在主变10kV侧安装限流电抗器。通过对方案1和方案2进行技术经济比较，本工程选用技术经济性更优的安装限流电抗器方案。限流电抗器安装于主变10kV侧，由电容器C和串联电抗器L、MOV吸能装置和快速合闸开关K组成。

总之，在正常情况下，故障限流器对于电网的正常运行没有任何影响。在短路故障的情况下，故障限流器能够有效限制短路电流，保证断路器顺利开断短路故障。方案1压缩了站内建筑面积和建筑体积，节省了变电站的总占地面积，可简化变电站消防设计，节省了设备的购置和安装费用。考虑到限流电抗器引起主变停运的情况极少，且方案1所用参数的限流电抗器在今后的招标和采购过程中存在可能的解决方案。因此，220kV变电站推荐方案1，即设有总回路限流电抗器的配置方案。同时，根据分析优化，方案1限流电抗器前不再设置隔离开关。

参考文献：

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[2]马国喜．燃气轮机电厂天然气调压站装置与功能分析[J]．燃气轮机技术，2016，(12)．