“十二五”期間湖南電網(wǎng)短路電流限制措施分析

廖 菁,楊高才,謝欣濤

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院,湖南長沙 410007)

“十二五”期間隨著湖南省國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,湖南電網(wǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大,系統(tǒng)短路電流不斷攀升,將嚴(yán)重影響湖南電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行,并且成為制約湖南電網(wǎng)發(fā)展的重要因素。為有效抑制短路故障給湖南電力系統(tǒng)帶來的危害,保障電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)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(nèi)多座500kV變電站投運(yùn),湖南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不斷加強(qiáng),聯(lián)系更加緊密,再加上一些大型電源的相繼投產(chǎn)運(yùn)行,使得湖南電力系統(tǒng)短路電流迅速增加。至“十二五”末期,500 kV短路電流最大達(dá)到76.2kA(長沙特高壓 500k V母線);220kV短路電流最大達(dá)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(wǎng)短路電流限制措施

對(duì) 2015年湖南電網(wǎng) 500 kV母線進(jìn)行短路電流計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表 1。由計(jì)算結(jié)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(wǎng) 500 kV母線短路電流 kA

(1)長株潭 ～云田雙回 500 kV線路斷開運(yùn)行

采取此措施后短路電流計(jì)算結(jié)果見表 2。由計(jì)算結(jié)果可以看出,到 2015年若將長株潭 ～云田雙回500 kV線路斷開運(yùn)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(shí)由于將長株潭 ～云田雙回 500 kV線路斷開運(yùn)行后,打開了湘東地區(qū)受端環(huán)網(wǎng),降低了向東地區(qū)的供電可靠性,因此該措施不可行。

表 2 2015年湖南電網(wǎng) 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(huán)

長沙特高壓變電站 500 kV母線開環(huán)方案在實(shí)現(xiàn)降低短路電流目標(biāo)的同時(shí),還必須兼顧系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的需要,為此擬定以下 3個(gè) 500k V開環(huán)方案進(jìn)行比較 (見圖 1)。

開環(huán)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(huán)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(huán)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(yùn)行方案比較

各方案短路電流計(jì)算結(jié)果見表 3。計(jì)算結(jié)果表明,開環(huán)方案 A對(duì)降低電網(wǎng)短路電流的效果最好,開環(huán)后 500 kV最大短路電流為 54.5 kA(鶴嶺);開環(huán)方案 C略差,開環(huán)后 500k V最大短路電流為55.5 kA(鶴嶺);方案 B最差,開環(huán)后 500 kV最大短路電流為 65.7 kA(星沙),已超過目前國內(nèi)500kV短路器設(shè)備的最大開斷電流。綜合以上結(jié)果分析,從短路電流水平的角度來看,開環(huán)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(huán)方案短路電流比較 kA

開環(huán)方案 A在長沙特高壓任意 1臺(tái)主變停運(yùn)時(shí),湘東 500 kV受端環(huán)網(wǎng)將在長沙特高壓變電所中斷聯(lián)絡(luò),造成環(huán)網(wǎng)開環(huán),安全可靠性相對(duì)較低;開環(huán)方案 B,C在長沙特高壓任意 1臺(tái)主變停運(yùn)時(shí),均能通過長沙特高壓聯(lián)絡(luò)維持湘東 500 kV受端環(huán)網(wǎng)的完整性,安全可靠性要高于方案 A。

根據(jù)上述結(jié)果綜合分析,開環(huán)方案 B限制電網(wǎng)短路電流的效果很差,從這一角度來看是一個(gè)不可行的方案;開環(huán)方案 A在長沙特高壓任意 1臺(tái)主變停運(yùn)時(shí),將造成湘東 500 k V受端環(huán)網(wǎng)開環(huán),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(huán)方案 C作為長沙特高壓500kV母線推薦開環(huán)方案。

2.2 220 kV電網(wǎng)短路電流限制措施

(1)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行

在 2015年若湖南電網(wǎng) 500/220 kV不解環(huán)運(yùn)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(wǎng)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(guān)設(shè)備制造能力,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)設(shè)備的安全。應(yīng)有針對(duì)性地逐步打開 500/220k V電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)運(yùn)行,簡(jiǎn)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu),限制短路容量。

2015年需要考慮將湘東 ～湘北電網(wǎng)、湘東 ～湘西北電網(wǎng)、湘東 ～湘中電網(wǎng)、湘東 ～湘南電網(wǎng)、湘西北 ～湘西電網(wǎng)以及湘東、湘西北電網(wǎng)內(nèi)部部分500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)運(yùn)行 (見圖 2)。

圖 2 2015年湖南電網(wǎng) 500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案

按照以上解環(huán)方案,到 2015年湖南 220 kV電網(wǎng)將分成 12片運(yùn)行。解環(huán)前后湖南電網(wǎng)部分220 kV母線短路電流計(jì)算結(jié)果見表 4。由計(jì)算結(jié)果可以看出,解環(huán)后能解決 2015年湖南省大部分220 kV斷路器短路電流超標(biāo)問題,但星城、長株潭 220 kV母線單相短路電流仍然超標(biāo)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(wǎng)部分 220 k V母線短路電流kA

(2)裝設(shè)中性點(diǎn)小電抗

單相短路電流的大小主要和系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式及回路的零序阻抗有關(guān),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(dāng) 500 kV變電站 220 kV側(cè)單相短路電流過大而需要加以限制時(shí),采用中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地是一項(xiàng)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(dāng)長株潭和星城變?cè)诮猸h(huán)且裝設(shè)中性點(diǎn)小電抗后,三相、單相短路電流均控制在 50 kA以內(nèi),見表5。

表 5 2015年星城、長株潭 500 k V變裝設(shè)中性點(diǎn)小電抗前后 220 kV母線短路電流 kA

2015年湖南電網(wǎng)在長沙特高壓分母線運(yùn)行、220 kV線路開環(huán)以及星城、長株潭變電所加裝中性點(diǎn)電抗后,湖南電網(wǎng) 500 kV,220 kV母線三相、單相短路電流全部小于目前斷路器額定開斷電流。

3 結(jié) 論

(1)短路容量超標(biāo)問題是湖南電網(wǎng) “十二五”期間最為突出的系統(tǒng)問題,該問題可能成為今后威脅電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行的重大隱患。到 “十二五”末,湘東、湘南、湘中、湘北、湘西北電網(wǎng)多處500 kV和 220 kV母線存在短路電流超標(biāo)的問題,需采取措施加以解決。

(2) “十二五”末,需對(duì)長沙特高壓 500 kV母線進(jìn)行分段運(yùn)行、省內(nèi)部分 500/220kV高低壓電磁環(huán)網(wǎng)進(jìn)行解環(huán)、考慮采用高阻抗變壓器結(jié)合裝設(shè)主變中性點(diǎn)小電抗等措施綜合治理。

(3)建議在后續(xù)工作中繼續(xù)深入研究,重點(diǎn)關(guān)注因電磁環(huán)網(wǎng)開環(huán)而引起的電網(wǎng)可靠性下降問題,并采取有效措施減少安全隱患。

〔1〕勒希.電網(wǎng)短路電流的限制措施 〔J〕.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào).2008,23(4).

〔2〕朱天游.500 kV自耦變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地方式在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 〔J〕.電網(wǎng)技術(shù).1999,23(4).