采用串联电抗器限制某地区220kV短路电流研究

陶永晋　曹家驹

摘要：短路电流超标问题在电网设计和运行中日益突出。文章针对某地区220kV短路电流超标问题，通过方案对比与分析，提出采用串联电抗器以限制该地区220kV短路电流，并对该方案的利弊进行了分析，以期对未来该技术的进一步应用提供一些参考。

关键词：串联电抗器；短路电流；电网设计；电网运行；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM713 文章编号：1009-2374（2015）32-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.076

随着电网规模的快速发展以及发电厂的集中建设，电网的短路电流日益增大，将会严重影响电网的安全稳定运行，对于电力系统设备的可靠性也提出更高挑战。

1 问题的提出

以某发电厂较为集中的地区为例，该地区煤炭资源极为丰富，是重要的火电基地和化工、冶金工业区。该地区拥有较多公用电厂和企业自备电厂，由于工业发展，需新建用户a、b及自备电厂a、b，如图1所示：

图1 用户a、b建设方案示意图

图1中变电站、电厂及线路均为220kV电压等级。由于新建用户及自备电厂的接入，导致公用站A的三相及单相220kV短路电流急剧上升，已超过220kV设备额定电流（50kA），需提出相应措施解决短路问题。

2 限制短路电流措施分析

目前设计及运行中最常用的限制短路电流的方式有以下七种：

2.1 提高电压等级，次级电网解环运行

这是目前最常用也是最直接有效的限制短路电流的措施。但是针对本项目，由于周边尚无高一电压等级的变电站，因此不具备220kV电网解环运行的条件，本方案不予采纳。

2.2 变电站母线分段运行

此方法简单方便，但是会降低系统的安全性和运行灵活性。针对本项目，若将公用站A的220kV母线分段运行，则如图2所示：

图2 站A母线分段运行后电网接线图

公用站A母线分段运行后，公用站A北段母线及所接变电站B、d、电厂C、d仅通过A（北段）-用户a-A（南段）的线路与主网相连接，一旦发生故障，北部地区将面临停电风险，安全可靠性大为降低，本方案不予

采纳。

2.3 变压器加装中性点小电抗接地

此方法可以有效地降低单相短路电流，但不能降低三相短路电流，本方案不予采纳。

2.4 采用高阻抗的变压器

目前很多地区在设计阶段已经考虑采用高阻抗变压器来预防短路电流未来可能过高的问题，但是此种方式对于系统的动态稳定有一定影响，需要综合考虑。本项目中已经采用高阻抗变压器，但依然无法有效降低短路电流。

2.5 采用直流技术

直流输电的应用可以有效地降低短路电流，但由于成本较高，目前主要应用于高电压长距离的输电情况，本方案不予采纳。

2.6 提高断路器遮断容量

提高断路器遮断容量，导致造价随之提高很多，本方案不予采纳。

2.7 串联电抗器

本项目采纳此方案，具体分析见下文。

3 本工程解决方案

考虑到建设成本和周边电网情况，本项目选择加装串联电抗器来降低短路电流。

加装串联电抗器可以有效地增加系统阻抗，从而降低短路电流，目前在华东地区尤其是上海等短路电流水平较高的地区已经得到实际应用，主要应用于500kV电压等级。本项目考虑在220kV电压等级加装串联电

抗器。

经过调试与对比计算，最终选择在用户a及用户b至公用站A的四条线路上各加装20Ω的串抗，短路电流计算结果见表2。加装串抗后，公用站A的三相及单相220kV短路电流均降至50kA以下，满足设备运行条件。

此外，通过潮流计算与稳定分析，本项目加装串抗后不会影响电网的安全稳定运行。

然而也应当注意到采用串联电抗器所产生的问题：（1）电抗器串接至系统后，会导致电压下降，若有必要，应注意及时补充电容器，减小串抗对电压水平的影响。本项目中由于用户侧均有自备电厂，可以提供容性无功，从而维持电压运行水平；（2）由于串抗增加系统阻抗，会导致系统网损的增加，串接电抗器的线路潮流越重，损耗越高。本项目中由于用户a、b由各自的自备电厂供电，与公用站A的连接线路潮流较轻，可以有效地减少串抗对网损的影响；（3）投资较高。由于串联电抗器单个容量有限，串联使用时价格比较昂贵。

4 结语

目前电网设计和运行中，短路电流偏高的问题日益凸显。在今后的设计和运行中，还是应当优先采用电网解环、母线分段、加装小电抗、高阻抗变压器等方法来降低短路电流，但是当以上方法受到限制或无法有效降低短路电流时，可以考虑串联电抗器来解决问题，但应深入研究如何减小这种方案实施所带来的负面影响，制定合理、有效的短路电流限制方案。

参考文献

[1] 庄侃沁，陶荣明，尹凡.采用串联电抗器限制500kV

短路电流在华东电网的应用[J].华东电力，2009，37

（3）.

[2] 电力工业部电力规划总院.电力系统设计手册[M].

北京：中国电力出版社，2007.

作者简介：陶永晋（1987-），男，北京人，国核电力规划设计研究院助理工程师，硕士，研究方向：电网设计及电力系统规划；曹家驹（1991-），男，北京人，国核电力规划设计研究院助理工程师，硕士，研究方向：电网设计及电力系统规划。

（责任编辑：蒋建华）