拉停邊斷路器對限制短路電流影響分析及應用

邊宏宇，崔挺，姜文立，潘曉杰，郭崇軍

(1.國家電網有限公司華中分部，湖北武漢，430077；2.國網湖南省電力有限公司電力科學研究院，湖南長沙，410007)

近年來，隨著電網結構逐步加強，電網穩(wěn)定性逐步得到提高，跨區(qū)特高壓直流受入能力逐步提升，有效緩解了受端電網負荷高峰期間的供電壓力。但隨之而來的短路電流超標問題開始顯現[1-2]，另外由于目前500 kV主網廠站大多為2/3接線，且由于廠站擴建、改建等因素，很多廠站內存在多組遮斷容量為50 kA和63 kA斷路器混聯的情況，為限制短路電流而采取的拉停線路、加裝串抗、限制開機方式等措施又會不同程度削弱網架或降低運行方式的靈活性[3-8]，導致靜態(tài)、暫態(tài)及動態(tài)穩(wěn)定水平下降，可能影響跨區(qū)特高壓直流受入能力及受端電網供電能力。

相對于以削弱正常方式網架結構為代價的短路電流限制措施，并結合2/3接線廠站的特點，拉停邊斷路器既可有效降低短路電流，又可避免削弱網架結構及電網正常運行方式，因此需要重點研究。

1 拉停邊斷路器限制短路電流原理

圖1為某500 kV變電站的結構圖，共9條線路出線，2條變壓器出線，遮斷容量為50 kA的斷路器共 9臺，分別為 5011、5012、5031、5032、5041、5042、 5043、5052、 5053， 圖1中淺灰色標注。若不采取措施，母線或主變出口側短路電流達到51.7 kA，超過部分斷路器的可遮斷電流。

圖1 某變電站結構圖

1.1 變壓器出口側故障限制原理

考慮1號變出口側三相短路故障，斷路器5011和5012跳閘，考慮到斷路器遮斷時間不一致[9]，分如下2種情況考慮。

第一種情況，5011最后跳開，若提前拉停5013，則5011需要遮斷的短路電流為全接線短路電流與線路9支路電流的差值 (計算值49.6 kA)，則5011可安全遮斷。

第二種情況，5012最后跳開，若提前拉停5013，則5012需要遮斷的短路電流僅為線路9支路電流的差值，5012可安全遮斷。

對于2號變出口側三相短路故障，由于5021、5022、5023斷路器遮斷容量均為63 kA，所以可安全遮斷。

1.2 母線故障限制原理

考慮Ⅰ母線三相短路故障，斷路器 5011、5031或5041最后跳閘，考慮到斷路器遮斷時間不一致，分如下2種情況考慮。

第一種情況，5011最后跳開，若提前拉停5013，則5011需要遮斷的短路電流僅為1號變與線路9支路電流的總和，則5011可安全遮斷。

第二種情況，5031或5041最后跳開，若提前拉停5013，則5031或5041需要遮斷的短路電流為1號主變和線路9所在串出串后的母線短路電流(計算值49.2 kA)，5031或5041可安全遮斷。

對于Ⅱ母線三相短路故障，同理可提前拉停5051，分析過程同上。

1.3 拉停邊斷路器限制短路電流的優(yōu)點及可推廣性

拉停2/3接線變電站邊斷路器措施，既可在短路電流總值基礎上消去2條支路的短路電流，又可保持正常方式全接線運行。另外，拉停同一串上的兩個邊斷路器后也是以上措施中的一種特殊方式，但會造成正常運行方式下2條線路出串運行，不利于電網穩(wěn)定性。

以圖1所示廠站為例，若采取停機措施，則需要停4臺及以上機組，可能導致大負荷方式下無法滿足供電能力；若采取更換斷路器的措施，按照更換單臺500 kV斷路器需400萬元考慮，該變電站僅更換斷路器需增加投資3 600萬元；若采取拉停線路或加裝串聯電抗器的措施，則會降低電網穩(wěn)定性并增加投資。因此拉停邊斷路器具備較強的電網穩(wěn)定性及經濟性推廣價值。

2 拉停邊斷路器限制短路電流推廣應用

針對另一個遮斷容量為50 kA和63 kA斷路器混聯的變電站，如圖2所示，共7條線路出線，2條變壓器出線，遮斷容量為50 kA的斷路器共8臺，分別為 5011、5012、5013、5021、5022、5023、5031、5032，圖2中淺灰色標注。若不采取措施，母線或主變出口側短路電流達到52.9 kA，超過斷路器可遮斷電流。

圖2 另一變電站結構圖

分析過程如圖1所示的變電站，若提前拉停5021、5013后，母線短路故障后短路電流至少可降低至49.8 kA，則該變電站所有斷路器均可安全遮斷。

3 拉停邊斷路器限制短路電流適用范圍

雖然拉停邊斷路器限制短路電流可在不影響電網正常運行方式前提下，有效降低短路電流，但存在一定的適用范圍:

1)變電站電氣連接結構為2/3接線。這是由拉停邊斷路器限制短路電流的原理決定的。

2)變電站任意2臺主變不能接入同一串中。一般主變支路分支短路電流均較小，例如750 MVA，主變分支短路電流約為2 kA左右，考慮遮斷該主變支路后短路電流從其他支路重新分配，則主變分支短路電流可能降低至1 kA以下。若2臺主變不能接入同一串中，則拉停邊斷路器對短路電流限制效果非常有限。

3)變電站短路電流超標幅度不大。拉停邊斷路器限制短路電流最多可降低2條支路的分支短路電流，若超標幅度過大可能導致短路電流無法降低至斷路器可遮斷容量之內，需要結合電網及廠站實際情況具體分析。若恰好主變支路均與分支短路電流較大的線路同一串，則限制短路電流效果較好，此條原則也可納入變電站配串的可研和規(guī)劃中。

4 結語

隨著網架結構逐步加強，電網穩(wěn)定性逐步得到提高，但隨之而來的短路電流超標問題開始顯現。相對于傳統(tǒng)的拉停線路、加裝串抗、限制開機方式等措施，針對2/3接線廠站拉停邊斷路器，既可避免增加投資、降低穩(wěn)定性以及限制開機等缺點，又可有效降低短路電流。

對實際變電站的分析結果表明，拉停邊斷路器可有效降低短路電流，具有較高的推廣價值。