变电站增容引起低压短路电流过大问题探究

孔德亮

摘 要：变电站增容后，在设备运行过程中容易因为产生的低压短路电流，影响变电站各设备的运行性能。基于此，本文探讨变电站的增容方案，首先介绍短路电流的相关规定，然后分析某变电站增容后的短路电流过大问题，最后提出限制短路电流的措施。

关键词：变电站;增容;短路电流

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.190

0 前言

变电站增容后，电力系统运行出现了一些问题，甚至造成严重的电力故障。其最突出的是短路事故。對于某些行业而言，电力输送保障具有重要意义，例如某一应用场景的变压器中性点不接地系统、不直接接地系统，因为其产生的短路电流为设备运行产生较大影响。

1 低压短路电流过大问题分析

（1）接地系统。以某变电站为例，通过在其变压器中设置不接地、不直接接地系统，用以限制电缆接地电容电流，随着线缆不断延伸，故障线路的电流按照以下公式计算：Ic=（lk+35lL）/350A。其中U表示电网额定线电压，kV;lk表示架空线路长度，km;lL表示电缆线路长度，km。通过以上计算公式，可以确定接地电容电流大小的决定因素是线路长度和线电压，若是线路所铺设的面积够大，那么线路所传输的电容电流也随之增大，能达到几十安培。为了避免应用场所过高的电压对用电的影响，根据安全规程的相关规定，对于采用的高压电网，限制了单项接地电容电流，即最高不能超过20A。利用消弧线圈可以感知电路中的电压、电流是同频率正弦量，电压的相位角为超前电流90度;因为电压、电流是同频率正弦量，以及电压的相位角，在R、L、C串联电路中，如果XL=XC，那么可以推断出UL=UC，φ=0。通过以上计算，了解到电压、电流同相，在这样的电路安排中，尽管存在电感和电容，但整条线路为电阻性电路。基于这一原理，在安全规程允许内接地电容电流补偿可以使用消弧线圈补偿。例如，变电站持续建设，其线路分布面积不断扩大，接地电容电流要求始终低于20A，因此在变压器中性点设置上，采用不接地系统的方案[1]。

（2）供电系统。短路类型可以分为两相、三相短路，特别是在变电站增容之后，其短路电流也随之增大，在原有电气设备没有改造的前提下，对其安全性、稳定性有很大的影响。针对这一问题，需要选取重型电气设备，但是过多的设备投入增加了改造成本，因此还要考虑其他限制短路电流的措施。本文所举的供电系统例子，变电站额定断流容量在100MVA，对于是否要采取限制短路电流的措施，要看供电系统额定断流容量是否大于100MVA，若为是则采取相应措施。这时考虑到过大的额定断流容量，因为电源开关切换，造成的短路故障。因为故障不能通过切除取消，使得故障扩大，威胁系统运行安全。

2 短路容量确定

电力系统的短路主要为无限大电源容量系统短路，其计算方法为对值法。这种电源容量系统，支持恒定的电压，即电流可以根据需要自主调节，既内阻抗为零，在实际运行过程中所谓无限大容量电源不存在。但是，当短路点与电源之间的电器距离达到一定的程度，那么短路回路阻抗，通过检测该短路点发现电流持续增大，电源电压没有明显变化，由此可以认定该电压为恒定值，将电力系统看作无限大电源容量系统。以某电站变电站母线短路容量，基准容量Sj=100MVA、基准电压Uj=6.3kV、基准电流Ij=Sj/3*Uj=100/1.732*6.3=9.165kA。通过以上条件，可以确定电源系统的相对基准电抗（X0*j=Sj/Sx=100/100=1），高压架空线路电抗基准相对值为0.116Ω，变压器电抗基准相对值为0.937Ω，短路回路总基准电抗相对值为1.556Ω。以某变电站母线短路容量，可以确定基准容量、基准电压、基准电流等因素。根据以上参数，可以确定电源系统的相对基准电抗，高压架空线路电抗基准相对值为0.116Ω，变压器电抗基准相对值为0.937Ω，短路回路总基准电抗相对值为1.556Ω。

3 变电站增容后限制短路电流的措施

以某110kV变电站为例，根据电压等级短路电流分别为：110kV（31.5kA，40kA）、60kV（31.5kA）、35kV（25kA）、20kV（16kA，20kA）、10kV（16kA，20kA）。对于限制短路电流，需要在110kV低压侧选取较低的数值，从而实现中压配电线路短路电流沿线递减。

（1）更换10kV配电设备断路器。由于面对用户的变电站配电网复杂性，因此常规采用的断路器为10kV，若是更换其他断路器，那么变电站的改造将增加难度、资金投入和停电时间。基于企业运营和成本考虑，不建议在资金和时间不充裕的情况下，采用更换10kV断路器的方案。

（2）主变压器运行方式。为降低变电站设备的短路电流，还可以采用高阻抗变压器的方法实现，以短路电压百分数为17%的设备，计算10kV母线短路电流，从而可以明确变电站两台主变压器运行过程中分列、并列状态时短路电流分别为11.6kA、21kA。通过短路结算，可以发现采用高阻抗变压器，有效降低变电站的短路电流，特别是在主变压器以分列的运行方式，母线短路电流为11.6kA，满足了对变电站降低和限制短路电流提升的要求。当主变压器以并列的方式运行，10kV的母线短路电流为21kA。根据以上结果，断路器的额定开断电流为31.5kA，这样的参数符合变电站的接入要求。额定开端电流，接近10kV配电设备断路器额定开断电流20kA。通过分列和并列两种变压器运行方式分析，可以确定后者更符合10kV母线的要求，最大程度保证性能和安全[2]。

（3）主变压器加装电抗器。安装的电抗器，主要在变压器的低压侧、断路器出口侧的位置。主变压器低压出线桩头、断路器之间装设限流电抗器，有效降低短路电流效果，有效改变电网潮流分布。以电抗器、变压器的参数和负荷特性进行潮流计算，可以得知变压器的电压水平是否处于合理范围，这样的方式运用在变电站检修、维护环节提高工作效率。关于限流电抗器的参数选择，需要考虑变压器低压绕组抗、限流电抗器之和相等原则，电抗器计算值以6.92%、10%带入短路电流计算，可以知道主变压器分列和并列运行的短路电流为12.6kA、18.3kA。加装电抗器后，主变压器的并列短路电流为18.3kA，在平常运行状态下压降为1.4%小于5%，符合变压器运行要求。

4 结论

综合上述，变电站增容后其短路电流随之增大，为了保证配电设备运行正常，首先通过计算获知短路电流是否在合理范围内，如果为否则通过更换断路器，改变主变压器运行方式，加装电抗器的措施，使短路电流降至合理范围内，保障设备运行稳定、安全。

参考文献：

[1]鲍海泉，黄仁智，陈丽林.变电站增容引起低压短路电流过大问题的解决[J].农村电工，2018，26（11）：44.

[2]赵康伟，刘铁成，程金梁等.昌平500kV变电站主变增容跨越220kV母线带电更换导线[J].农村电气化，2016（07）：21-23.