特高压接入对天津500 kV电网短路电流影响及限制措施

罗涛，刘丽霞，王魁，李媛媛

(国网天津市电力公司经济技术研究院，天津市 300010)



特高压接入对天津500 kV电网短路电流影响及限制措施

罗涛，刘丽霞，王魁，李媛媛

(国网天津市电力公司经济技术研究院，天津市 300010)

采用中国电力科学研究院开发的PSD-BPA软件，详细分析了特高压接入对天津500 kV电网的影响。天津南特高压站投产对天津500 kV电网潮流、电压和暂态稳定水平影响不大，但对短路电流影响较大，提高了天津500 kV变电站的短路水平，使得天津南和静海500 kV侧短路电流超标。针对短路电流超标问题提出限制短路电流的3种措施，采用PSD-BPA软件对3种限制措施进行分析，检验3种限制措施的效果。最后，从限制短路电流效果和对电网安全稳定运行的影响2方面对3种限制措施进行比较分析，论述了3种限制措施的优劣性。

特高压；天津500 kV电网；短路电流；限制措施

0 引 言

随着电网规模的不断扩大和负荷密度的持续增长，电网的联系越来越紧密，电网短路水平日益增高[1-8]。电网短路电流超标问题已成为影响电网发展的重要问题，在电网规划阶段应引起高度重视，需要深入研究，并提出解决方案。

天津电网处于京津唐电网的中心，是华北电网的重要组成部分，具有城市受端电网的特点，担负着向直辖市供电的重要任务[9]。随着天津市经济和社会的快速发展，天津地区用电需求将会快速增长，预计“十三五”期间，天津电网全社会用电量和最大负荷年均增长率将分别达到5.2%和7.0%。为满足天津电网负荷快速增长的需要，进一步加强京津冀电网主干网架，改善京津冀地区的空气质量，国家规划建设了锡盟至山东、蒙西至天津南2条1 000 kV特高压交流输电通道，而天津南特高压站正好处于2条输电通道的交汇点，为实现电力的“西电东送”和“北电南送”发挥着重要作用。

按照规划，天津南特高压站预计于2017年投产，新建2台3 000 MVA主变，1 000 kV和500 kV侧均采用一个半接线，1 000 kV出线6回，分别至北京东、北京西和济南特高压站，500 kV出线4回，分别通过双回线路接入板桥与静海站。特高压站投产后，将会对天津500 kV电网造成影响，需加以研究。

本文以特高压投产后的天津500 kV电网为研究对象，采用中国电科院开发的BPA软件程序[10-11]，分析研究特高压接入对天津500 kV电网的影响。潮流计算分析结果表明，特高压接入只改变了天津500 kV电网线路的潮流大小和流向，不存在线路过载和电压越限现象，各条线路仍能满足“N-1”要求；稳定计算分析结果表明，天津电网各500 kV线路正常运行时的暂态稳定水平较高，任一回500 kV线路发生三相永久故障时，系统均不需要采取措施便可保持稳定运行，故障后系统恢复性能较好。短路电流计算结果表明，特高压接入对天津500 kV电网短路电流产生较大影响，因此本文重点分析研究特高压变电站投产对天津500 kV电网短路电流的影响，并根据分析结果提出限制措施，进而对限制措施进行研究，并从限制短路电流的效果和对电网安全稳定运行的影响2方面进行比较分析。从而为天津南特高压站的顺利投产提供技术支持，为电网规划提供指导。

1 天津电网500 kV短路电流分析

1.1 天津500 kV电网结构

“十三五”初期，天津南特高压站投产，接入静海至板桥双回线路，通过静海和板桥2座500 kV站接入天津500 kV电网，天津500 kV电网形成了天津南—板桥—滨海—芦台—盘山—北郊—双青—吴庄—静海—天津南的电网结构，其中天津南—板桥、天津南—静海、静海—吴庄、芦台—滨海为双回500 kV结构，其余为单回结构，东丽通过双回链式通道与北郊和滨海站相连，吴庄和板桥通过单回线相连，南蔡通过双回线与北郊和房山站相连。

1.2 特高压对天津500 kV电网短路电流的影响分析

“十三五”初期天津南特高压投产，接入静海至板桥双回线路。采用BPA程序，对特高压站投产和未投产2种情况下天津500 kV电网全合环运行方式进行仿真计算，来分析天津南特高压站投产对天津500 kV电网短路电流水平的影响。天津电网主要500 kV节点短路电流水平如表1所示。

由表1可知，特高压站投产后天津各500 kV变电站的短路电流水平均有所提高，其中，静海和吴庄短路电流水平增幅较大。天津南特高压站投产后，天津南和静海500 kV侧短路电流均超标，需采取限制措施。

2 常用短路电流限制措施

常见的短路电流水平限制措施都是以改变网络拓扑结构和参数、调整系统运行方式或者使用高阻抗型设备来降低网络的紧密程度，从而达到限制短路电流水平的目的，包含以下几种[12-14]。

表1 全合环方式下主要500 kV节点短路电流水平

Table 1 Short-circuit level of 500 kV main node in closed loop

kA

2.1 加装串联电抗器

加装串联电抗器的本质是通过增加系统联系阻抗，降低电网紧密程度，从而有效地降低系统的短路电流水平。此措施的优点是运行方式简单、安全可靠，但会增加无功损耗，引起系统产生一定的电压跌落，会降低系统的稳定性，并需对现有线路上的距离保护方案进行修改。

2.2 母线分列运行

母线分裂运行主要用于解决某一电压等级站点短路电流超标的问题。将现有母线分裂为两段或两段以上运行，可以增大系统阻抗，有效降低短路电流水平。此措施的优点是费用相对低廉，实施方便，但是削弱了系统的电气联系，损失了部分运行灵活性和可靠性，同时可能造成母线负荷分配不均。

2.3 调整系统的运行方式

调整系统的运行方式，优化潮流分布，可采取的措施包括停运发电机或者拉停对短路点短路电流影响大的线路。发电机是短路电流的重要来源，发电机提供短路电流的大小取决于发电机机端电压及其与短路点间的转移阻抗，因此，停运发电机，尤其是停运短路点附近的发电机，可以降低短路电流水平。停运线路可以消除短路时该支路提供的短路电流，从而减小故障点的短路电流。

2.4 使用高阻抗变压器

使用高阻抗变压器实质是通过增大系统的短路阻抗来降低短路电流。但是使用这类设备，一方面受设备参数选型和制造技术的条件约束，另一方面还要受系统稳定性条件约束，实际应用中500 kV变压器普遍采用的是阻抗电压百分数为18%的高阻抗变压器。

2.5 大规模改变电网结构

大规模改变网络结构是通过改变网络密集的连接状态来增大短路阻抗，从而降低电网短路电流的方法。可采用分层分区结构，将原电压等级电网分成若干区，辐射型接入更高一级电网，原有电压等级电网的短路电流将随之降低。

3 天津电网500 kV短路电流限制措施

天津南特高压站投产后，天津南和静海500 kV侧短路电流均超标，由于静海500 kV主变已采用阻抗电压百分数为18%的高阻抗变压器，未达到将短路电流限制在遮断能力内的效果。目前，特高压网架还不够坚强，通过大规模改变电网结构，将天津500 kV电网分区运行还不可行。综合考虑天津500 kV电网现状和国内外常用限制短路电流的措施，针对天津南特高压站投产致使天津500 kV电网短路电流超标问题，提出以下3种限制措施：(1)在天津南至静海双回线中加装串联电抗器；(2)天津南特高压站分列运行；(3)断开静海至黄骅双回线。下面针对3种限制措施进行研究。

3.1 在天津南至静海双回线中加装串联电抗器

在天津南至静海双回线中加装串联电抗器，会增大天津南至静海双回线的线路电抗，减小两站相互间提供的短路电流，从而降低天津南和静海500 kV侧的短路电流水平。在天津南至静海双回线中每回串联10 Ω电抗，通过BPA软件计算分析，500 kV主要节点短路电流水平如表2所示。

表2 串联电抗器后主要500 kV节点短路电流水平

Table 2 Short-circuit level of 500 kV main node after using series reactor

kA

由表2可知，在天津南至静海双回线中每回串联10 Ω电抗后，天津电网各主要500 kV节点短路电流均有不同程度的减少，其中，天津南和静海短路电流分别减少10.38 kA和8.04 kA，降幅较大。采取措施后，天津南和静海短路电流被控制在额定遮断能力以内，天津500 kV电网短路电流均不超标。

3.2 天津南特高压站分列运行

天津南500 kV侧分列运行，会增大天津500 kV电网的阻抗，降低天津南和静海站500 kV侧的短路电流水平。运用BPA软件，对此方式下短路电流进行计算分析，天津电网500 kV主要节点短路电流水平如表3所示。

表3 天津南分列运行下主要500 kV节点短路电流水平

Table 3 Short-circuit level of 500 kV main node after Tianjin South running respectively

kA

天津南特高压站分列运行后，天津500 kV电网在天津南特高压站500 kV侧被打开，不再保持环网运行，各主要500 kV节点短路电流均有所下降，其中，天津南和静海站500 kV侧短路电流下降的幅度较大。采取措施后，天津南和静海短路电流被控制在额定遮断能力以内，天津500 kV电网短路电流均不超标。

3.3 断开静海至黄骅双回

断开静海至黄骅双回，天津南和静海站500 kV侧短路时，通过静海至黄骅双回线注入的短路电流为0，消除了该通道提供的短路电流，降低天津南和静海站500 kV侧的短路电流水平。运用BPA软件，对此方式下短路电流进行计算分析，天津电网500 kV主要节点短路电池水平如表4所示。

由表4可知，断开静海至黄骅双回线，天津电网主要500 kV节点短路电流均有所下降，其中，天津南和静海500 kV侧短路电流下降幅度较大，短路水平被控制在额定遮断能力以内，天津500 kV电网短路

表4 断开静海至黄骅双回后主要500 kV节点短路电流水平电流均不超标。

Table 4 Short-circuit level of 500 kV main node after disconnecting double circuit between Jinghai and Huanghua

kA

4 限制措施的对比分析

针对上述3种限制措施，从限制短路电流效果和对电网安全稳定运行的影响方面进行对比分析。

4.1 限制短路电流的效果

从采取措施后天津电网主要500 kV节点短路电流水平进行分析。采取措施(1)后，即在天津南至静海双回线中每回串联10 Ω电抗，吴庄和滨海短路电流减少较小，仍大于60 kA，裕度较小，若增大串联电抗器的电抗，限制效果会有所提升；采取措施(2)后，吴庄站短路电流仍大于60 kA，同样裕度很小；采取措施(3)后，天津电网各500 kV主要节点短路电流均被控制在60 kA以下，裕度较大，故措施(3)在限制短路电流的效果上是3种限制措施中最好的。

从采取措施后短路电流减少的幅值上进行对比分析。采取3种措施后，天津电网各500 kV变电站短路电流减少的平均值分别为1.35 kA、3.17 kA和3.62 kA，故措施(3)在限制短路电流上的效果最好。

4.2 对电网安全稳定运行的影响

采取措施(1)后，即在天津南至静海双回线中串联10 Ω电抗器，天津500 kV电网潮流发生变化，部分500 kV节点电压下降，但天津500 kV电网未出现线路过载或电压越限现象。加装串联电抗器会增加系统联系阻抗，降低系统的稳定性，加装串联电抗器电抗越大，系统稳定性越低，措施(1)在限制短路电流效果和提高系统安全稳定性上存在矛盾。另外，在线路中串联电抗器，无疑会增加线路发生故障的概率。若电抗器发生故障，天津南至静海双回将被跳开，天津500 kV环网将开环运行，潮流发生大规模转移，电网安全稳定运行性能下降。

采取措施(2)后，即天津南特高压站分列运行，天津500 kV环网在天津南500 kV侧断开，保持开环运行，电网安全稳定运行能力下降。

采取措施(3)后，断开静海至黄骅双回线，天津电网将失去一个对外联络通道，但500 kV电网仍保持环网运行，仍具有较高的安全稳定运行能力。因此采取措施(3)对天津电网安全稳定运行的影响较小。

5 结 语

本文采用PSD-BPA软件，对特高压站投产和未投产2种情况下天津500 kV电网进行仿真计算，分析特高压投产对天津500 kV电网的影响，特高压站投产对天津500 kV电网潮流、电压和暂态稳定水平影响不大，但对短路电流影响较大，提高了天津各500 kV变电站的短路电流水平，使天津南和静海500 kV侧短路电流超标，需采取限制措施。综合考虑天津500 kV电网结构和国内外限制短路电流的措施，提出3种短路电流限制措施，既能有效解决天津南和静海500 kV侧短路电流超标问题，又能不同程度降低天津500 kV电网的短路电流水平，使天津500 kV电网短路电流均不超标，有较好的短路电流限制效果。最后，从限制短路电流效果和对电网安全稳定运行的影响2方面对3种限制措施进行比较分析，论述了3种限制措施的优劣性。

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(编辑：张小飞)

Influence of UHV Grid on Short-Circuit Current of Tianjin 500 kV Grid and Its Restrictive Measures

LUO Tao, LIU Lixia, WANG Kui, LI Yuanyuan

(State Grid Tianjin Economic Research Institute, Tianjin 300010, China)

With using the PSD-BPA software developed by China Electric Power Research Institute, this paper studied the influence of UHV grid on Tianjin 500 kV Grid in detail.The operation of UHV substation in Tianjin South has little influence on the current, voltage and transient stability level of Tianjin 500 kV Grid, but has large influence on the short-circuit current, which enhances the short-circuit level of Tianjin 500 kV substation, so as to the short-circuit current of Tianjin South and Jinghai substation exceeding the standard.According to the over-limitation problem of short-circuit current, this paper proposed three measures to limit the short-circuit current, analyzed three restrictive measures with using PSD-BPA software and verified those limiting effect.Finally, this paper compared these three measures from two aspects of the limiting effect for short-circuit current and the impact on the security and stability operation of power grid, and discussed the advantages and disadvantages of these three restrictive measures.

UHV; Tianjin 500 kV Grid; short-circuit current; restrictive measures

TM 726

A

1000-7229(2015)08-0079-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.08.013

2015-04-27

2015-07-10

罗涛(1986)，男，硕士，工程师，主要从事电网规划及电力系统分析计算方面的工作；

刘丽霞(1981)，女，硕士，高级工程师，主要从事电网规划及电力系统稳定分析计算方面的工作；

王魁(1988)，男，硕士，主要从事输电网规划及分析计算方面的工作；

李媛媛(1988)，女，硕士，主要从事输电网规划及电力系统分析计算方面的工作。