国内电网短路电流限制措施分析

侯国柱 计 伟 费雪萍

（1.北方工业大学，北京100144；2.内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特010020）

1 限制短路电流的必要性

随着我国经济的发展，各地区对电力的需求不断增加，电网负荷随之加大，因此对电网的建设规模也进一步提出了新的要求。目前最为常见的电网建设是500kV 的主网建设和220kV的配网建设，正是这两类电网使得电网输送能力得以进一步提高，随之也带来了另外一些优势，例如：之前由于电网结构松散稀疏引起的类似暂态稳定等的问题都得到了有力的改善。

但是，这也导致了新的问题：电网短路容量随着电网发展逐年呈现上升趋势。目前而言，如何在电网迅速发展的大环境下有效控制短路电流的增长，逐渐成为电网控制管理部门面临的决策性命题。一方面，由于不断有新的电网项目建设和投入运行，一些区域内220kV 侧的短路电流逐渐出现超过遮断容量的趋势；另一方面，有些来自500kV 变电站的单相短路电流也开始出现超标的情况。这两类超标问题严重影响着电网的稳定有序运行，因此采取有效措施进一步限制短路电流势在必行。

2 国内限制短路电流的主要措施

要想系统地控制短路电流是一项浩大的工程，就目前而言，国内外的电力系统通常采取的限制短路电流措施通常都是从如下三个角度考虑的，分别为电网结构、限流设备以及运行方式。国内目前表现最为成熟而且执行力最好的限制短路电流措施是提升电压等级，进而使低一级电网分层分区运行。另外还有如下常用措施：提高断路器遮断容量、变电站母线分段运行等。

2.1 通过提升电压等级限制短路电流

一般来说，在高一级电压等级的电网形成以后，既可对原有电压等级的电网分层分区，分成几个区域之后进一步接入高一级电网。通常，大容量机组如果能直接接入更高一级的电网，原有电压等级电网中短路电流就会下降。

例如，2020年前后内蒙古电网将建设锡盟—北京东—天津—济南—枣庄的东部送电通道、乌盟—北京西—石家庄的中部送电通道、鄂尔多斯—蒙西—晋中—晋东南的西部送电通道、蒙西—晋北—北京西—天津的横向送电通道，送端建设鄂尔多斯—乌盟—锡盟双回线路及上海庙—蒙西双回线路。另外，考虑华北区域内建设晋中—石家庄—济南—潍坊的横向送电通道，从而在整个华北区域内形成一个特高压电网，形成三纵三横。目前初步估算，到那时内蒙古电网主网架的电压等级将由1 000kV 取代现有的500kV。经过测算，蒙西电网实行这一电网主网架结构后，500kV 电压等级的电网短路水平将会出现明显下降。这就是通过提高电压等级来限制电网中短路电路最为典型和成熟的方法。

2.2 通过在变压器中性点加装小电抗限制短路电流

这一措施是为了应对500kV 变电站单相短路电流太大影响电网运行而采取的，其最大的优点就是投资整体来说较低，且在最大程度限制短路电流的基础上，施工量相对较少。采取这一措施之所以能够有效限制单相短路电流，是因为在加装了小电抗之后，该电抗值在零序网络中将被放大。

电力行业对于中性点接地的方式有着严格的规范和要求，按照DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中的有关规定，在330kV 和500kV 的电网系统中不允许变压器中性点不接地就投入运行，同时，在500kV 电网系统中，变压器中性点按照规定要求只能直接接地或经小电抗接地。对于小电抗的阻值，该规范中也明确指出：要根据电抗的通流容量和耐压水平来选择，不能过大或者过小［1］。

同时还要考虑避雷器的额定电压等级，这是因为主变中性点小电抗经受的雷电过电压与其紧密相关。避雷器依据其使用要求，不仅要充分满足保护电网设备安全性的要求，也要能够满足其自身的安全性要求。结合上述因素考虑，要保证在正常情况下，变压器中性点电压为0；而在出现故障时，则要求避雷器额定电压应高于变压器中性点的最高工频电压。按照GB311.7的有关规定，对设备进行绝缘配合时，避雷器应充分考虑所保护设备的额定耐受电压，同时安全裕度系数这一反映避雷器保护水平的重要指标也应当达到要求。

但是上述措施有一个明显的局限性，即通常只对局部的单相短路电流有作用，对于三相短路电流，其完全无法达到控制和降低短路电流的目的。那么，如何才能限制三相短路电流呢？通常来说，采取的措施为优化网架结构，并进一步加以调整。

以往在变电站设计和建设时并不考虑远期加装中性点小电抗的问题，造成后期加装小电抗时空间和场地受限。这种情况下通常要改造主变系统，必然会导致主变较长时间停电、施工周期增长、资金浪费等问题。因此，在500kV 变电站设计时，如果对该站远期单相短路问题研究不很明确，应尽量在主变区域留下扩建中性点小电抗装置的空间和场地［2］。

2.3 采用高阻抗变压器和发电机限制短路电流

探究短路电流产生的源头，并从源头上加以限制是一项重要措施。发电设备正是这一问题的一个重要源头。要想有效局部控制短路电流，采用阻抗较高的发电机以及升压变压器都是行之有效的措施。可是，单一地加大发电机阻抗对系统的静态稳定会带来一定程度的损害。除此以外，还可能引起严重的漏磁现象。而单一地选取高阻抗变压器也存在漏洞，其会一定程度上增加无功损耗，甚至引起严重的电压降。

目前，我国电网10～500kV 变压器采购标准有高阻抗变压器系列，其在制造工艺上没有技术问题，但市场价格略高，大约比普通变压器贵10%左右。因此在短路电流超标的情况下，如果为了节约用地，减少限流电抗器的使用，可以考虑选用高阻抗变压器。

2.4 采用串联电抗器限制短路电流

串联电抗器目前在国内外的实践很多，其具有占地较小、投资合理等优势，但局限性也不容忽视，最大的缺点为增加了正常运行方式下的网损。因此，尽管其运行经验丰富，但在实际运行过程中也要结合工程的实际状况，同其他几类措施做好比较和筛选，再投入使用，以免带来不必要的损失。

2.5 采用直流背靠背技术限制短路电流

该技术目前所需设备前期投资费用相对较高，维护成本对应也较高，虽然能够较好地控制短路电流，但因上述局限性，目前采用的电网系统还比较少。

2.6 提高断路器的遮断容量限制短路电流

提高断路器的遮断容量无疑是一种良好的解决办法，但从设备成本上来讲造价高，而且实现起来较为困难。另外，目前我国这方面能力已达到一个较高水平，几乎没有改进的空间。

3 结语

随着经济的迅速发展，各地区对电力的需求不断增加，电网负荷随之加大，因此对电网的建设规模也进一步提出了新的要求。各地区新的电源项目得以不断投运，造成我国部分区域220kV 侧的短路电流水平大幅攀升，超过了开关的遮断容量。本文详细介绍了国内限制电网短路电流的各种措施，对它们的特点、适用场合进行了归纳和总结，可为实际工程提供参考，具有较高的应用价值。

［1］贺健，刘洪涛，杨京燕.电网规划中短路电流限制措施的研究［J］.中国电力教育，2007（S3）：50－52.

［2］周坚，胡宏，庄侃沁，等.华东500kV 电网短路电流分析及其限制措施探讨［J］.华东电力，2006，34（7）：55－59.