“两横”特高压落地工程对山西500 kV厂站短路电流的影响研究

宋 巍

（国网山西运城供电公司，山西 运城 044000）

0 引言

2020年，华北电网蒙西北岳—北京西、榆横—洪善—石家庄“两横”特高压交流工程将分别在北岳站与洪善站落点山西500 kV电网，同时山西外送华北九回500 kV线路与山西主网断开，山西外送华北通道将由九回500 kV线路转变为四回1000 kV特高压线路。山西电网与华北电网的联系方式将发生巨大变化，如图1所示。“两横”特高压站落地工程包括：扩建北岳3号特高压主变压器、洪善2号特高压主变压器；神头开闭站—雁同双回500 kV线路π入北岳特高压变电站；洪善特高压变电站新建双回500 kV线路接入500 kV吕梁变电站，双回500 kV线路接入500 kV榆社开闭站[1]。

图1 2020年山西电网与华北电网连接示意图

“两横”特高压变电站落地并解开外送华北的九回500 kV线路断开后，对山西电网的短路电流水平将产生重大影响。一方面，北岳与洪善特高压变电站落地，加强了山西500 kV网架结构的电气距离，山西电网500 kV厂站的短路电流水平有所提升；另一方面，外送华北的九回500 kV线路断开，减少了山西500 kV电网与华北电网的电气联系，山西电网500 kV厂站的短路电流水平会适当下降。因此，有必要研究特高压互联电网结构下山西电网的短路电流水平。

根据山西电网2020年度网架变化情况，研究“两横”特高压落地工程实施后山西电网500 kV厂站的短路电流水平，并对特高压主变压器、配套机组、近区500 kV线路等影响短路电流的敏感因素作了详细分析，为2020年山西电网的运行方式安排提供了计算依据与理论指导。

1 山西电网500 kV系统短路电流的影响因素

“两横”特高压落地后，山西电网500 kV系统短路电流主要受山西主网结构、特高压1000 kV变压器等值阻抗以及1000 kV特高压与山西500 kV系统电磁环网紧密度的影响，分析模型如图2所示。

图2中，Z1000与Z500表示特高压1000 kV母线与500 kV母线对地电抗，电网间电气连接越紧密，该值越小。

Zeq表示1000 kV特高压与500 kV主网系统间等值联络阻抗，该值越小，说明1000 kV/500 kV电磁环网越紧密。

Z1与Z2分别表示1000 kV主变压器高压侧与中压侧等值阻抗，该值越小，说明并联的变压器数量越多[2-3]。

因此，特高压1000 kV侧的故障点转移等值阻抗可表示为

特高压接入主网系统后500 kV侧等值阻抗可表示为

图2 特高压接入主网系统后母线正序等值网络

2 “两横”特高压接入后500 kV系统短路电流分析

2.1 计算程序及数据说明

基于中国电力科学研究院下发的2020年三华电网2～3年滚动研究计算数据，主要针对山西电网大同二电厂5-2联变断开、中部220 kV电网分三片解环运行、其余山西电网220 kV及以上设备采用全接线方式运行方式，采用中国电力科学研究院系统所开发的短路电流计算程序PSD-SCCPC进行分析。

计算时间段内山西电网所有机组满出力全开机方式运行。

2.2 “两横”特高压接入后500 kV系统短路电流分析

2020年，考虑“两横”特高压落地工程未实施与实施两种方式，分析山西电网500 kV重要厂站母线的短路电流水平。

a） 1000 kV特高压北岳站与洪善站接入山西500 kV主网后，北岳站与洪善站与山西主网的联系加强，特高压500 kV侧系统阻抗Z减小，这说明500 kV系统为特高压站提供了很大的短路电流，导致500 kV母线的短路电流大幅提升。其中，北岳站500 kV母线短路电流由23.131 kA提升至54.647 kA，增长31.516 kA；洪善站500 kV母线短路电流由19.572 kA提升至50.468 kA，增长30.896 kA，如表1所示。

b）山西中部电网榆社开闭站、吕梁站接入特高压洪善站，减小了电气距离，因此特高压1000 kV母线以及500 kV系统母线对地阻抗Z1000、Z500减小。这表明洪善站作为华北电网的枢纽站，与山西500 kV主网系统联系非常紧密，会导致与其相连接厂站的500 kV母线的短路电流增大。其中，榆社开闭站500 kV母线短路电流由39.055 kA提升至49.044 kA，增长9.989 kA；吕梁站500 kV母线短路电流由35.723 kA提升至46.153 kA，增长10.43 kA，如表1所示。

表1 山西电网500 kV重要厂站母线短路水平表kA

c）山西北部电网雁同站、神二开闭站接入特高压北岳站后，山西外送华北九回500 kV线路同时解开，受上述两个因素的影响，山西北部电网雁同站、神二开闭站500 kV侧阻抗增大，导致母线的短路电流有所下降。雁同站500 kV母线短路电流由57.891 kA降低至42.47 kA，减少15.421 kA；神二开闭站500 kV母线短路电流由54.471 kA降低至47.015 kA，减少7.456 kA，如表1所示。

3 500 kV系统短路电流敏感因素分析

“两横”特高压落地并解开外送华北九回500 kV线路后，山西电网短路电流水平发生重要变化，尤其是北岳、洪善特高压变电站近区500 kV厂站的短路电流变化幅度较大。影响电网短路电流的因素有很多，主要有电力网结构的紧密程度、接至枢纽变电站的发电和变电容量等。本节重点研究了特高压主变压器、特高压配套机组、特高压近区500 kV线路3个敏感因素对短路电流的影响。

3.1 特高压主变压器敏感性分析

“两横”特高压落地并解开外送华北九回500kV线路后，与正常方式相比，特高压北岳站、特高压洪善站1台主变压器停运时，主变压器1000 kV侧等值阻抗Z1与500 kV侧等值阻抗Z2同时增大，各厂站短路电流均减小，具体计算如表2、表3所示。

表2 北岳站主变压器短路电流敏感分析表 kA

由表2分析结果可知：北岳站3台特高压主变压器停1台，北岳站、神二开闭站、雁同站500 kV母线短路电路均有所下降，但北岳站短路电路下降幅度最大。北岳500 kV母线短路电流由54.647 kA下降至51.249 kA，下降幅度为3.398 kA。

表3 洪善站主变压器短路电流敏感分析表 kA

由表3分析结果可知：洪善站2台主变压器停1台，洪善站、榆社开闭站、吕梁站500 kV母线短路电路均有所下降，但洪善站短路电路下降幅度最大。洪善500 kV母线短路电流由50.468 kA下降至43.836 kA，下降幅度为6.632 kA。

3.2 特高压配套机组敏感性分析

“两横”特高压落地并解开外送华北九回500 kV线路后，特高压北岳站、洪善站近区开机数量减少后，1000 kV特高压与500 kV主网系统间的500 kV母线对地电抗Z500增大，各厂站母线短路电流均减小，具体计算如表4、表5所示。

表4 500 kV机组短路电流敏感分析表 kA

由表4分析结果可知：直接接入北岳特高压站的神二电厂停1台500 MW机组，北岳站、神二开闭站、雁同站500 kV母线短路电路均有所下降，但北岳站短路电路下降幅度最大。北岳500 kV母线短路电流由54.647 kA下降至53.272 kA，下降幅度为1.375 kA。

表5 350 MW机组短路电流敏感分析表 kA

由表5分析结果可知：直接接入洪善特高压站的新阳电厂停1台350 MW机组，洪善站、榆社开闭站、吕梁站500 kV母线短路电路均有所下降，但洪善站短路电路下降幅度最大。洪善500 kV母线短路电流由50.468 kA下降至49.531 kA，下降幅度为0.937 kA。

3.3 特高压近区500 kV线路敏感性分析

“两横”特高压落地并解开外送华北九回500 kV线路后，北岳、洪善特高压近区线路断开后，1000 kV特高压与500 kV主网系统间的电气联系减小，等值联络阻抗Zeq以及500 kV母线对地电抗Z500增大，各厂站母线短路电流减小，具体计算如表6、表7所示。

表6 北岳特高压近区500 kV线路短路电流敏感分析表kA

由表6分析结果可知：雁同—北岳停一回500 kV线路，雁同站500 kV母线短路电路电流下降幅度最大；雁同站500 kV母线短路电流由42.470 kA下降至36.806 kA，下降幅度为5.664 kA。神二开闭站—北岳停一回500 kV线路，神二开闭站500 kV母线短路电路电流下降幅度最大；神二开闭站500 kV母线短路电流由47.015 kA下降至40.942 kA，下降幅度为6.073 kA。

表7 洪善特高压近区500 kV线路短路电流敏感分析表kA

由表7分析结果可知：榆社开闭站—洪善停一回500 kV线路，榆社开闭站500 kV母线短路电路电流下降幅度最大；榆社开闭站500 kV母线短路电流由49.044 kA下降至44.217 kA，下降幅度为4.827 kA。吕梁—洪善停一回500 kV线路，吕梁站500 kV母线短路电路电流下降幅度最大；吕梁站500 kV母线短路电流由46.153 kA下降至41.809 kA，下降幅度为4.344 kA。

4 结论与建议

a）“两横”特高压落地并解开外送华北九回500 kV线路后，北岳站与洪善500 kV母线短路电流提升幅度大，北岳站增长至31.516 kA，洪善站增长至30.896 kA；山西电网500 kV重要厂站短路电流均未超过开关遮断电流63 kA，满足安全运行要求。

b）“两横”特高压落地工程实施后，特高压主变压器、特高压配套机组、特高压近区500 kV线路均对电网短路电流产生重要影响。洪善站2台主变压器停1台，洪善500 kV母线短路电流下降6.632 kA；直接接入北岳特高压站的神二电厂停1台500 MW机组，北岳500 kV母线短路电流下降1.375 kA；神二开闭站—北岳停一回500 kV线路，神二开闭站500 kV母线短路电路电流下降6.073 kA。

c）“两横”特高压落地并解开外送华北九回500 kV线路后，山西电网500 kV网架结构发生重大变化。建议相关部门对山西电网短路电流水平开展专题研究，提前制定运行方案，保障山西电网安全稳定运行。