“十二五”期间湖南电网短路电流限制措施分析

廖 菁,杨高才,谢欣涛

(湖南省电力公司试验研究院,湖南长沙 410007)

“十二五”期间随着湖南省国民经济的不断发展,湖南电网规模迅速扩大,系统短路电流不断攀升,将严重影响湖南电网设备安全运行,并且成为制约湖南电网发展的重要因素。为有效抑制短路故障给湖南电力系统带来的危害,保障电力系统安全、可靠、稳定运行,必须采取行之有效的方法限制短路电流。

1 短路电流增长原因

“十二五”期间随着长沙特高压及省内多座500kV变电站投运,湖南电网结构不断加强,联系更加紧密,再加上一些大型电源的相继投产运行,使得湖南电力系统短路电流迅速增加。至“十二五”末期,500 kV短路电流最大达到76.2kA(长沙特高压 500k V母线);220kV短路电流最大达到 90.8 kA(长株潭 220 kV母线)。500,220 kV母线短路电流均超过了目前 500,220 kV断路器最大额定开断电流 (63,50 kA)。

2 短路电流限制措施

2.1 500k V电网短路电流限制措施

对 2015年湖南电网 500 kV母线进行短路电流计算,计算结果见表 1。由计算结果可以看出,到2015年长沙特高压、星沙、鹤岭 500 kV变母线短路电流超过了目前 500 kV断路器最大额定开断电流(63k A)。文中拟定了以下 2种措施限制 500 kV母线短路电流。

表 1 2015年湖南电网 500 kV母线短路电流 kA

(1)长株潭 ～云田双回 500 kV线路断开运行

采取此措施后短路电流计算结果见表 2。由计算结果可以看出,到 2015年若将长株潭 ～云田双回500 kV线路断开运行,湖南省 500 kV最大短路电流为 68.3 kA(长沙特高压),仍超过了目前 500 kV断路器最大开断电流。同时由于将长株潭 ～云田双回 500 kV线路断开运行后,打开了湘东地区受端环网,降低了向东地区的供电可靠性,因此该措施不可行。

表 2 2015年湖南电网 500 k V母线短路电流 kA

(2)长沙特高压变电所 500 kV母线开环

长沙特高压变电站 500 kV母线开环方案在实现降低短路电流目标的同时,还必须兼顾系统安全可靠运行的需要,为此拟定以下 3个 500k V开环方案进行比较 (见图 1)。

开环方案 A,长沙特高压 500 kV母线Ⅰ段接星沙、岳阳南,Ⅱ段接星城、浏阳。

开环方案 B,长沙特高压 500 kV母线Ⅰ段接岳阳南及星沙、星城一回线,Ⅱ段接浏阳及星沙、星城一回线。

开环方案 C,长沙特高压 500kV母线Ⅰ段接星沙、浏阳,Ⅱ段接星城、岳阳南。

图 1 长沙特高压 500 kV母线分段运行方案比较

各方案短路电流计算结果见表 3。计算结果表明,开环方案 A对降低电网短路电流的效果最好,开环后 500 kV最大短路电流为 54.5 kA(鹤岭);开环方案 C略差,开环后 500k V最大短路电流为55.5 kA(鹤岭);方案 B最差,开环后 500 kV最大短路电流为 65.7 kA(星沙),已超过目前国内500kV短路器设备的最大开断电流。综合以上结果分析,从短路电流水平的角度来看,开环方案A,C可行,方案 B不可行。

表 3 2015年长沙特高压 500 k V母线开环方案短路电流比较 kA

开环方案 A在长沙特高压任意 1台主变停运时,湘东 500 kV受端环网将在长沙特高压变电所中断联络,造成环网开环,安全可靠性相对较低;开环方案 B,C在长沙特高压任意 1台主变停运时,均能通过长沙特高压联络维持湘东 500 kV受端环网的完整性,安全可靠性要高于方案 A。

根据上述结果综合分析,开环方案 B限制电网短路电流的效果很差,从这一角度来看是一个不可行的方案;开环方案 A在长沙特高压任意 1台主变停运时,将造成湘东 500 k V受端环网开环,安全可靠性较低。故建议以限制短路电流效果较好且安全可靠性较高的开环方案 C作为长沙特高压500kV母线推荐开环方案。

2.2 220 kV电网短路电流限制措施

(1)500/220 kV电磁环网解环运行

在 2015年若湖南电网 500/220 kV不解环运行,则湘东绝大部分 220 kV母线、湘北、湘南、湘中以及湘西北电网中的部分 220 kV母线的短路电流水平将超过 50 kA,已超出了目前开关设备制造能力,严重威胁电网设备的安全。应有针对性地逐步打开 500/220k V电磁环网结构,实现分层分区运行,简化电网结构,限制短路容量。

2015年需要考虑将湘东 ～湘北电网、湘东 ～湘西北电网、湘东 ～湘中电网、湘东 ～湘南电网、湘西北 ～湘西电网以及湘东、湘西北电网内部部分500/220 kV电磁环网解环运行 (见图 2)。

图 2 2015年湖南电网 500/220 kV电磁环网解环方案

按照以上解环方案,到 2015年湖南 220 kV电网将分成 12片运行。解环前后湖南电网部分220 kV母线短路电流计算结果见表 4。由计算结果可以看出,解环后能解决 2015年湖南省大部分220 kV断路器短路电流超标问题,但星城、长株潭 220 kV母线单相短路电流仍然超标3.9 kA,3.6 kA,需采用其它措施限制其单相短路电流。

表 4 2015年湖南电网部分 220 k V母线短路电流kA

(2)装设中性点小电抗

单相短路电流的大小主要和系统中性点接地方式及回路的零序阻抗有关,随着 500 kV变电站的逐渐增多,以及 500 kV自耦变的大量使用,部分500kV变电所的 220 kV母线单相短路电流大于三相短路电源。通过研究,当 500 kV变电站 220 kV侧单相短路电流过大而需要加以限制时,采用中性点经小电抗接地是一项有效措施,其阻值可在高、中压 Uk%值的 1/10～1/3之间选择〔2〕。

当长株潭和星城变在解环且装设中性点小电抗后,三相、单相短路电流均控制在 50 kA以内,见表5。

表 5 2015年星城、长株潭 500 k V变装设中性点小电抗前后 220 kV母线短路电流 kA

2015年湖南电网在长沙特高压分母线运行、220 kV线路开环以及星城、长株潭变电所加装中性点电抗后,湖南电网 500 kV,220 kV母线三相、单相短路电流全部小于目前断路器额定开断电流。

3 结 论

(1)短路容量超标问题是湖南电网 “十二五”期间最为突出的系统问题,该问题可能成为今后威胁电网安全、可靠运行的重大隐患。到 “十二五”末,湘东、湘南、湘中、湘北、湘西北电网多处500 kV和 220 kV母线存在短路电流超标的问题,需采取措施加以解决。

(2) “十二五”末,需对长沙特高压 500 kV母线进行分段运行、省内部分 500/220kV高低压电磁环网进行解环、考虑采用高阻抗变压器结合装设主变中性点小电抗等措施综合治理。

(3)建议在后续工作中继续深入研究,重点关注因电磁环网开环而引起的电网可靠性下降问题,并采取有效措施减少安全隐患。

〔1〕勒希.电网短路电流的限制措施 〔J〕.电力科学与技术学报.2008,23(4).

〔2〕朱天游.500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地方式在电力系统中的应用 〔J〕.电网技术.1999,23(4).