长治电网限制短路电流水平的探讨

苗艳红

(长治供电分公司,山西长治 046011)

长治电网限制短路电流水平的探讨

苗艳红

(长治供电分公司,山西长治 046011)

以2007年至2009年长治电网短路电流水平现状为例,对长治电网的短路电流进行了校核,明确了限制短路电流应注意的问题和采取的措施,为电网规划和运行提出了有益的建议。

电网;短路电流;校核;限制措施

近两年来,长治电网发展十分迅速,作为全省的电网建设主战场,新增1 000 kV变电站1座,500 kV变电站1座;新增220 kV变电站5座,供电能力增加了1.65倍;新增110 kV变电站6座,供电能力增加了1.3倍。据不完全统计,2009年至2010年,长治电网将投资28亿元,新增变电容量82.5 MVA。到2010年长治电网将初步形成以特高压电网为支点,500 kV久安站为中心,220 kV双内环网加辐射外网,110 kV辐射供电的网络格局。电网快速发展对供电提供了有力的支持,但也凸显了一个新的问题,即各级电压电网中的短路电流也不断增长,各电力设备间的短路电流水平需要配合。

1 注意的问题

确定电力系统的短路电流水平及其配合,需要着重考虑以下几方面问题[1]。

a)系统短路电流水平上限值的选择决定了开关设备的开断容量、开关设备及变电所各元件 (母线、导线、接地网、支持绝缘子等)的动、热稳定以及对通信线路的干扰和接地网的接触和跨步电压等。短路电流水平愈高、各项费用愈大。

b)从保持系统稳定运行和足够的抗扰动能力考虑,系统中各枢纽点必须维持一定的短路电流水平。为保持短路故障后的电力系统稳定性和发电厂的安全稳定运行以及减小电网中大负荷波动对其他用户的影响,保持系统电压有足够的稳固性是非常必要的。因此需要从技术上和经济上协调选择合理的短路电流水平。

c)在确定短路电流水平时还需要研究系统结构上的一些问题,系统结构对短路电流水平的影响很大,如发电厂、变电所在系统中的位置及其接入系统的电压等级。如果发电厂、变电所过于集中或发电厂出线电压过低,都可能造成系统中某局部地区的短路电流水平过高。

d)由于负荷密度增大,需要增加电网的紧密连接以满足供电的需要,在调度运行方面往往希望闭环运行以提高供电的安全性和减少线损,结果都导致短路电流大量增加。实践证明,过分的闭环运行对系统的可靠性可能反而不利,而必须加以限制,有时甚至必须将电力系统或变电所母线分列或解列,以限制短路电流。

e)为了保证系统继电保护的可靠性和灵敏度,系统各点必须保持一定的短路电流水平。如果系统或发电厂 (特别是水电厂)的运行方式和潮流变化很大,则需要专门加以研究。

f)在规划预期的短路电流水平时必须考虑到对已有变电所各项设备的影响,包括对自耦变压器承受短路电流的冲击问题。对现有变电所设备的改造和更换不仅投资大而且由于运行条件的限制,实现起来往往非常困难,这对规划工作来说是一个很重要的问题。

g)在设计新建变电所,尤其是超高压变电所时,对设备的选择和元件的设计需要按设备更换的难易、增容改造所需费用及预期的短路水平值进行综合考虑。

2 长治电网短路电流水平现状

综合考虑 2007年—2009年长治电网新增设备、网络结构变化、省网等值阻抗变化情况,进行了短路电流计算,对所辖110 kV及以上变电站所有开关遮断容量与其所有母线短路容量进行了校核,见表 1、表2。

表1 长治电网220 kV变电站母线短路电流

表2 长治电网部分110 kV变电站母线短路电流

从表1、表2计算结果,可以看到,在2008年1 000 kV长治变电站、500 kV久安站投运后,长治电网的220 kV短路电流增长迅速,2009年增长趋势变缓,长治电网220 kV系统最大短路容量出现在长治西站220 kV母线,其短路电流达到36.43 kA;东鸣 (35.45 kA)、仁和 (32.18 kA)、侯堡(29.85 kA)超过开关开断电流的70%。

110 kV系统最大短路容量出现在仁和站110 kV母线,其短路电流达到16.79 kA。35 kV系统最大短路容量出现在仁和站35 kV母线,其短路电流达到26.58 kA。10 kV系统最大短路容量出现在襄垣站10 kV母线,其短路电流达到30.75 kA,为开关开断电流的96.1%。

目前220 kV康庄站10 kV母线为空母线,其余所有220 kV、110 kV变电站低压侧母线均分段运行。面对长治电网目前形势,必须考虑采取一系列措施来限制系统短路电流,确保电网安全运行。

3 限制短路电流的必要性

由于电力系统的发展,负荷的增大,大容量机组和电厂及变电设备的投入,尤其是负荷中心大电厂的出现以及大电力系统的互联,短路电流水平的日益增高是不可避免的,如果不采取限制措施加以控制,不但使新变电所的设备投资大大增加,而且会对系统中原有变电所设备的通信线路和管线产生很大的干扰,甚至需要花费大量的投资进行改造、改建或更换。因此需要对各级电压电网的短路水平加以控制。

4 限制短路电流的措施

限制短路电流,可以从系统结构、系统运行和设备上采取措施[2]。

a)低压电网分片运行。在高一级电压发展后将低一级电压电网解开分片运行,这是一项有效而可行的措施,在220 kV电网成环,110 kV电网解开分片运行后,短路电流水平会大大下降。

由于220 kV侯堡站对110 kV沁县站 (转供郭道、太岳、武乡)的供电线路110 kV侯沁I线为LGJ-150导线,为增加供电可靠性,侯堡站—沁县站—后湾站—侯堡站自后湾站投产以来始终环网运行 (见图1)。

图1 110 kV环网合环运行

图1 110 kV环网开环运行

2010年4月份,220 kV沁州站投产,侯堡站—沁县站—后湾站—侯堡站这个小 110 kV环打开,降低了短路电流水平。并且由220 kV侯堡站供电的110 kV沁县站、郭道站、太岳站转移至沁州站,侯堡站的短路电流水平进一步降低。

b)发展高一级电压电网,调整运行方式。当电网的短路电流接近当时开关设备的最高允许的电流水平时,发展高一级电压电网,整个电网的短路电流水平会大幅下降。2010年下半年,220 kV霍家沟变电站即将投产,会将侯堡站、仁和站的部分负荷转移,对减轻220 kV侯堡站、仁和站的短路电流帮助很大。

c)多母线分列运行或母线分段运行。为了限制电网的短路电流不超过目前制造的开关设备的最大断流容量,在一些变电所中采用了多母线分列运行的方式。如西沟站、八义站、太岳站、荫城站、红星站110 kV母线,2009年均增加了分段100开关,使110 kV母线分段。但是,某些情况下,在正常运行时,为了保证系统运行有适当的裕度,母线仍需并列运行。解决矛盾的办法是在母线断路器上装设自动快速解列装置,在故障时将母线断路器快速断开。多母线分列运行或母线分段运行以限制短路电流水平的效果是很明显的。

d)采用高阻抗变压器限制其低压侧的短路电流,这项措施已普遍采用。2009年,长治电网更换了110 kV变压器2台,郭道站1号变压器的短路阻抗由9.88/17.1/6.07提高到10.5/17.5/6.5,微子镇站2号变压器 (原主变为两卷变,更换为三卷变)的短路阻抗由 12.93(高-低)提高到9.78/18.21/6.54,这样,郭道站、微子镇站的短路电流水平也略有下降。

e)采用串联电抗器或其他限流措施。采用串联电抗器相当于增加系统的阻抗,目前长治电网新增加的电容器组均采用串联电抗器的方法来限流。

f)从系统结构上采取措施。结合系统规划从系统结构上来取措施,如:发展更高一级电压电网,选择适当地点建设开关站,合理选择电厂出线电压,新的大容量电厂要尽可能接入最高一级电压电网,建设新的输电线路时,注意减少网络的紧密程度。

g)限制单相接地短路电流水平的措施。减少变压器中心点接地的数目,这是最主要的措施,变压器及自耦变压器中心点经低电抗接地,部分变压器中性点装设快速接地开关,在主变压器跳闸前将中性点接地,发电机变压器组的升压变压器中性点不接地,但需相应地提高变压器及其中性点的绝缘水平,限制自耦变压器的使用。

5 采取措施后长治电网短路水平

采取行之有效的措施后,长治电网短路水平进一步下降,见表3、表4。

表3 长治电网220 kV变电站母线短路电流

6 结论

在现代区域大电网中 ,短路电流水平增长迅速,给设备的安全运行带来了较大的威胁,简单的解环或调整电网运行方式的措施仅暂时缓解了这一问题,并未从根本上解决电网发展和短路容量增长的矛盾。为此必须结合电网发展规划,在综合考虑系统的安全稳定运行后采用分层分区供电的模式以形成最终合理的电网结构。

表4 长治电网部分110 kV变电站母线短路电流

续表4

[1] 王梅义,吴竞昌,蒙定中.大电网系统技术 [M].中国电力出版社,1995:196.

[2] 韩柳,仇卫东,肖智宏.电网短路电流的限制措施[J].电力技术经济,2009,119(3):33-37.

Discussions on the Curbing of Short-Circuit Current in Changzhi Power Grid

MIAO Yan-hong
(Changzhi Power Supply Company,Changzhi,Shanxi 046011,China)

In this paper,the short-circuit current in Changzhi power grid is checked,the issue to be paid attention to and measures to limit the short-circuit current are made clear as well,based on which suggestions are put forward for the planning and operations of the grid.

power grid;short-circuit current;check;limiting measures

TM715

A

1671-0320(2010)04-0016-04

2010-03-20,

2010-05-24

苗艳红 (1976-),女,山西长治人,1997年毕业于太原电力高等专科学校电力系统及其自动化专业,工程师,从事运行管理工作。