基于限制电力系统短路电流措施的应用

基于限制电力系统短路电流措施的应用

安晓伟王红霞

国网新疆电力有限公司电力科学研究院新疆乌鲁木齐830000

摘要：随着社会的不断发展，为了满足人们日常生活和生产的需要，电力系统的规模也在不断的扩大，但是这也导致电力系统中短路电流的产生也在逐年的增加，因此我们就要采用相关的技术措施来限制电网短路电流的产生，以确保电力资源的正常供应。本文就短路电流对电网的危害进行介绍并对国内限制短路电流所采取的各种措施进行了详细的分析，希望对相关的部门有所帮助。

关键词：短路电流；限制措施；分层分区

随着电力系统建设规模的增大，电网短路电流水平也在不断的增加，这不仅对电力系统的正常运行有着一定的影响，还给人们的生活和生产带了一定的影响。为此，我们就要采用各种限制措施来对其进行处理，以确保电力系统的正常运行。下面我们就对几种常见的限制电网短路电流措施的相关内容进行简要的介绍。

1短路电力对电网系统的危害

目前，在我国电力行业发展的过程中，为了满足人们的生活和生产的相关需求，就对电力系统的规模进行不断的扩大，但是这也导致短路电流产生的现象也在逐渐的增加，这就对电网系统的正常运行带来了一定的影响。其中短路电流对电网系统造成的危害主要表现为以下：

第一，电流系统在运行的过程中，短路电流主要是由导体和相关电气设备的基础数据升高而产生的，这就对单位大部分导体和电气设备的正常运行造成影响，如果不对其进行及时的更换，那么就会对电流资源的正常供应带来一定的影响。

第二，我们在对变电所进行建设的过程中，短路电流过大也十分容易导致人们在对电气设备进行选择的时候出现困难，假如采用高遮断容量的电气设备，这样不仅加大了变电所建设的投资成本，还对整个电力系统有着更高的要求。

第三，短路电流的产生，也会对周围的通信设备带来了一定的干扰，从而给人们的正常生活和生产带来极为严重的影响。

第四，在电力系统运行的过程中，电压会随着短路电流的不断增加而出现升高的现象，这就对技术人员以及周围的居民的生命财产安全带来一定的影响。

2限制短路电流水平的措施

2.1从电网结构层面限制短路电流水平的措施

目前，从电网结构层面限制短路电流的主要方法有：

1）电网分层分区运行

一是网络层次清晰，便于调度操作和事故处理。二是提高用电可靠性。输电线路采用高一级电压后，输送能力增强了，电力系统稳定性得到改善，从而系统可靠性也得到了相应得提高。三是分层分区后取消高低压之间的电磁环网运行，线路输送容量得到充分发挥。四是降低低电压等级的短路容量。五是改善潮流流向，减少被迫迂回，降低线损。六是减少枢纽变电站和电厂母线分段运行，提高其安全性和可靠性。然而，由于相关技术、环保、经济和可靠性等原因，想通过发展高一级电压后将低一级电压电网解开分片运行，将会有较大困难

2）发展直流输电

直流输电系统由换流变压器、换流器、直流输电线路等直流设备组成。定电流调节是直流输电系统的基本调节方式，通过换流器触发相位的控制，直流输电系统可以实现快速调节，自动保持电流为定值，避免因直流电流剧烈变化对交直流电网安全运行的影响。采用直流联网或直流输电对交流系统进行分区，将电网分成相对独立的几个交流系统，避免系统间相互注入短路电流，可起到控制交流电网短路电流的作用。

3）多母线分列/分段运行

此限制短路电流水平的方式在国外已普遍采用。但是在某些情况下，在正常运行时，为了保证系统运行有适当的裕度，母线仍需并列运行。解决矛盾的办法是在母线断路器上装设自动快速解列装置，在故障时将母线断路器快速断开。采取分段运行措施后，在380kV电网中，其50%值降低了12%，最大值降低了45%；在220kV电网中则分别降低了22%和86%。

2.2从变电站层面限制短路电流水平的措施

从变电站层面限制短路电流的主要方法有：

1）母线分列运行。打开母线分段开关，使变压器分列运行，可以增大系统阻抗，有效降低短路电流水平，该措施实施方便。对于变电站110kV、35kV、10kV侧母线，这种方法已经普遍采用。在电网发达地区，220kV母线分列运行也不少见。但对于超高压电网（500kV侧）实施该方案，将削弱系统的电气联系，降低电网安全裕度和运行灵活性。

2）高阻抗设备。在暂态稳定已不是主要矛盾的电网，可采用提高设备的阻抗值来控制短路电流，这需要从发、变电各环节同时采取措施才能取得较好效果。发电设备是短路电流产生的源头，通过采用高阻抗发电机、升压变以及采用单元制接线接入电网，可以有效控制地区的短路电流。但同时也不利于电厂调压和保证送电可靠性。电厂无功是系统中重要的动态无功电源，在电压稳定事故中可以起电压支撑的重要作用。提高电厂接入系统的阻抗值，将会削弱这一功能。采用高阻抗变压器是控制下一级电网短路电流的有效措施。特制的高阻抗变压器通过改变变压器内部结构可以获得更高阻抗，但一般价格是普通变压器的130%左右。注意采用高阻抗变压器可以避免增加电抗器设备，减少了检修与故障点。但采用高阻抗变压器后，应配置足够的电容器容量，以补偿高阻抗带来的电压损耗与无功损耗，这又增加了变电站的投资。目前，国内很多厂家制造高阻抗变压器的技术都很成熟，实际运行也很稳定。实践证明采用高阻抗变压器是限制短路电流的一种行之有效的办法。

3）普通限流电抗器。普通串联电抗器将一个固定阻值的电抗器串联入电网，是一种传统的限流技术，运行方式简单、安全可靠，但影响电力系统的潮流分布且增加了无功损耗，对系统的稳定性也有一定影响。串联电抗器一般安装于母线联络处或线路接入处。目前在国内不可控串联电抗器较多应用于中低压电网，超高压电网中尚无应用其限制短路电流的实例，但在国外如巴西、美国、南非的超高压电网中已有一些成功的应用实例。

2.3限制不对称短路电流水平的措施

由于自耦变压器具有体积小、重量轻、价格便宜的优点，直接接地的自耦变压器在电网中一度广泛使用，导致500kV变电站的500kV与220kV母线单相接地短路电流超过三相短路电流的现象时有发生。单独针对限制不对称短路电流水平的方法还有：

1）加装变压器中性点小电抗接地。在变压器中性点加装小电抗施工便利，投资较小，该阻抗值在零序网络中将放大3倍，因此在单相短路电流过大而三相短路电流相对较小的场合很有效。小电抗阻值的选取要考虑其自身的通流容量与主变中性点过电压水平，不宜太小也不宜太大，一般为5～20Ω。在500kV变电站中性点加装小电抗对于限制500kV站220kV侧的单相短路电流有效，但对限制500kV侧的单相短路电流作用不大。

2）电网中适当增加三线圈变压器的数量，三线圈变压器的中性点接地运行方式比自耦变压器更灵活，运行中变压器中性点可以采用直接接地、不接地、经小电抗接地三种方式。在电网一些单相短路电流较大的变电站可选用三线圈变压器，变压器并列运行时，采用一台接地，另一台不接地的局部接地方式来限制单相接地短路电流。

3结束语

总而言之，在当前我国电力行业发展建设的过程中，如果所采用的技术手段不合理，那么就带来短路电流增大，从而对电力系统的正常运行有着极大的影响，严重的话还可能会出项相应的安全事故，因此我们就要采用相关的技术手段来对其进行处理，以确保电力系统的正常运行，从而减少短路电流给人们正常生活和生产所带来的危害，促进我国电力行业的可持续发展。

参考文献：

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[2]宋柄兵.考虑短路电流限制的输电网扩展规划模型研究[D].上海交通大学，2015.

[3]李亚东.大型受端电网限制短路电流措施研究[D].华北电力大学，2014.