新疆地区电网限制短路电流技术方案选择研究

新疆地区电网限制短路电流技术方案选择研究

丁志锋高宇李胜刚

(国网新疆电力公司检修公司)

摘要:本文通过对新疆地区电网限制短路电流的技术方案选择，提出最优化的解决方案。

关键词:电网限制短路电流

前言

五彩湾750kV变电站扩建工程是天山东环网的组成部分，承担着满足哈密地区和新疆主网的电力交换需求，同时满足当地负荷供电需要。随着五彩湾地区大容量自备电厂并陆续建成投产，都将通过220kV电压等级接入五彩湾750kV变电站进入新疆主电网。五彩湾750kV变电站是两台主变运行，目前仅通过改变接线、开断线路，已无法使短路电流限制在允许范围内，且供电可靠性较低。在发生短路故障的情况下断路器不能及时开断短路电流灭弧室内长时间燃弧会造成断路器爆炸，扩大故障范围，其他电气设备也会因长时间受短路电流影响造成过热烧毁、结构变形等问题，为电网安全运行带来极大风险。

一、五彩湾地区电网现状

随着新疆750千伏电网的发展，凤凰、乌北、东郊、西山、五彩湾等750千伏变电站周围网络结构日益加强，五彩湾地区负荷密度持续增大，出现220千伏系统短路电流接近（甚至超过）断路器的额定遮断容量的情况，对系统的安全运行造成隐患。

五彩湾750kV变电站220kV母线短路电流近期、远期发展见表1.1-1：

表1.1-1五彩湾750kV变电站短路电流近期、远期发展表

阶段一，目前五彩湾变电站已投运的机组共14台，总装机容量为4900MW此阶段短路电流见上表。阶段二，预计2017年，五彩湾地区三座660MW火电机组，总装机容量为6500MW此阶段短路电流见上表。阶段三，预计2018年，五彩湾变电站附件将建成7座火电厂，总装机容量为13200MW此阶段短路电流见上表。阶段四，预计2020年，五彩湾变电站附件将建成2条1000kV直流输电线路和7座火电厂，其中火电厂总装机容量为13200MW此阶段短路电流见上表。

二、安全性分析

经初步调研，目前国内已有加装短路电流限制器来抑制短路电流超标（浙江平遥）的工程案例。由于短路电流限制器正常时阻抗为零或很小，而故障时阻抗很大，因此该方案可以有效降低电网短路电流水平，并且不会引发高电压等问题。

五彩湾750千伏变电站220kV母线短路电流约60.97kA,根据计算分析在主变加装中性点电抗器后，五彩湾变220千伏母线三相短路电流可限制在50kA以下。因此在750千伏五彩湾变电站主变中性点加装小电抗，以提高电网供电可靠性，保证电网的安全稳定运行。

三、效能与成本分析

根据系统短路故障模拟结果，主变中性点电抗值在0～10Ω时，系统单相接地短路电流总下降量为15.91kA,平均下降速度为1.59kA/Ω，对短路电流的限制效果最优;当电抗值在10～20Ω时，系统单相接地短路电流总下降量为1.0kA,平均下降速度为0.1kA/Ω，随着电抗值的继续增大，限制单相短路电流效果逐步饱和，因此中性点电抗值在10～12Ω之间选择，性价比较高。

四、可选技术方案

目前五彩湾750kV变电站220kV侧三相短路电流已经达到63kA水平，超过断路器额定遮断电流（50kA），为抑制五彩湾变电站短路电流水平拟定以下可选技术方案：

方案一更换220kV彩虹变侧断路器

220kV彩虹变电站目前220kV配电装置中的断路器设备开断短路电流存在（短时耐受电流）50kA和63kA两种。经统计，断路器开断电流为50kA的SF6瓷柱式断路器共计14台;短时耐受电流50kA的双柱水平旋转式隔离开关双接地、单接地、不接地分别16组、20组、14组；短时耐受电流为50kA的电流互感器共计42只。若将220kV彩虹变原50kA设备更换为63kA，可以彻底解决五彩湾地区短路电流超标问题，确保电网安全稳定运行。预计施工期为45天（如不能全部停电时间则需间隔轮换停电，工期需要45*N天）。初步估算将220kV彩虹变侧50kA设备更换为63kA的设备总投资为2290万元。

方案二调整彩虹变220kV线路及间隔方案

由于彩虹变220kV四回系统进线均布置在Ⅲ、Ⅳ母上，导致运行过程中无法将220kV彩虹变分段断开。为保证彩虹变可采用双母双分段运行方式降低短路电流，对彩虹变220kV出线间隔及线路进行部分调整。

通过调整彩虹变220kV出线间隔，将彩虹变分列运行，能将750五彩湾变220kV侧短路电流控制合理范围内，初步估计投资约为9000万元。

方案三安装主变中性点电抗器

目前国内已有加装短路电流限制器来抑制短路电流超标（浙江平遥）的工程案例。由于短路电流限制器正常时阻抗为零或很小，而故障时阻抗很大，因此该方案可以有效降低电网短路电流水平，并且不会引发高电压等问题。750kV五彩湾变电站主变安装中性点电抗器后，彩虹变短路电流为48.28kA，750kV五彩湾变220kV侧短路电流为46.68kA，五彩湾地区短路电流可以控制在合理范围内，并且方案三工程量小，可实施性强，加装普通的串联电抗器两套投资共计约91.49万元。

五、技术方案选择

为解决五彩湾750kV变电短路电流超标问题，本次研究结合五彩湾地区网架结构，提出3种降低短路电流方案，一是提升彩虹变断路器短路开断电流，将220kV彩虹变原50kA的设备更换为63kA；二是优化彩虹变220kV出线间隔；三是安装主变中性点电抗器，降低系统提供的短路电流；本次研究从短路电流较低效果、远期适应性、工程实施难度和工程经济等角度对3种降低短路电流方案进行了比较。

对比3种降低短路电流方案，以降低短路电流水平角度考虑，优化彩虹变220kV出线方案方案对彩虹变短路电流降低最大（20kA），其次是安装主变中性点电抗器方案，降低短路电流水平最小的为更换断路器方案；以远期适应性角度考虑，五彩湾变短路电流超标需五彩湾变分列，且满足满足五彩湾地区电网发展需要；以供电能力和可靠性角度考虑，均满足彩虹变片区的供电能力、可靠性；以工程实施难度角度考虑，更换彩虹变原50kA设备和优化220kV出线两种方案相比安装主变中性点电抗器方案实施难度较低；以工程建设投资角度考虑，安装主变中性点电抗器方案投资最低。因此推荐选择方案三。

主变中性点安装串联电抗器工程实施时间短、费用低、效果明显，可有效降低系统短路电流。通过中性点电抗器改造使系统单相及两相接地故障电流水平大大降低，电网运行状况将明显改善，能够接纳更多的电源，极大的提高了电网运行可靠性。

参考文献：

［1］宋清时，浅析电力系统短路电流的限制措施，科技信息.2008

［2］靳希，电网短路电流的限制措施，电力科学与技术学报，2008

［3］李嘉迪，短路电流限制技术的研究，科学技术，2013

作者简介:

丁志锋，男，1986年9月，本科，2010年入职国网新疆电力公司检修公司，从事新疆750千伏超高压电气设备检修运维工作，2010年起参与新疆电网新建、改建、扩建工程验收，投运设备综合检修工作，参与多个变电站技改大修的前期可研编制和施工过程管控。

高宇，男，1991年8月，本科，2014年入职国网新疆电力公司检修公司，从事新疆750千伏超高压电气设备检修运维工作。