特高压交直流投产后山西电网短路电流分析及抑制措施研究

郝鑫杰,程雪婷,郑惠萍

（国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

特高压交直流投产后山西电网短路电流分析及抑制措施研究

郝鑫杰,程雪婷,郑惠萍

（国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

随着山西电网的快速发展,特高压交直流工程的逐步投产使得电网联系愈加紧密,电网容量不断增大,短路电流水平不断提高,导致多个站点出现超标的情况,对电网的安全稳定运行造成不利影响。结合山西电网发展规划,对2017年目标网架的短路电流进行仿真计算,对短路电流超标的站点进行研究分析并提出了可行的抑制措施。

电网；短路电流；抑制措施

0 引言

随着晋北直流特高压的投入运行、500 kV五寨站、平鲁站及大型电厂的不断投产，500 kV网架结构不断增强，山西电网供电可靠性也得到进一步提高，但这也导致各个站点的短路电流水平逐年提升。

在220 kV网架方面，山西中部电网通过采取220 kV冶峪站分母，断开220 kV线路马庄—小店双回、马庄—解放双回、马庄—侯村单回线、东凌井—白家庄单回线以及北田—东观双回线的分3片运行措施，解决了中部电网短路电流超标问题[1-2]。但随着220 kV网架的不断建设与发展，220 kV厂站的短路电流也进一步升高，南部电网部分变电站的短路电流水平将相继接近或超过开关遮断容量，严重威胁电网的安全稳定运行。

本文在保证山西电网安全可靠供电的基础上研究降低山西电网短路电流水平的措施。

1 基础条件

1.1 山西电网简介

2017年山西电网500 kV 主网架示意图见图1。

根据山西电网规划项目，2017年山西电网将新增晋北直流特高压、晋中、晋北交流特高压3个特高压落点；增加500 kV平鲁站、孝义站；新建4座220 kV变电站；同时，预计投产常规电源共计15 802 MW。

图1 山西500 kV主网示意图

1.2 山西电网短路电流计算条件

a）山西电网经500 kV大房三回线、神保双回线、阳北双线、潞辛双线共9回线路与华北主网连接。东北电网、华中电网以等值机接入。

b） 山西电网220 kV及以上设备为全接线方式;山西电网分为大同、忻朔、中部、南部4个区域电网，各区域间仅通过500 kV线路联系。

c）计算时间段内山西电网所有机组满出力全开机方式运行。

1.3 500 kV短路电流水平分析

山西北部电网500 kV短路电流水平较高，2017年最大短路电流水平出现在神二电厂侧，已超过断路器遮断容量值，500 kV厂站短路电流水平如表1所示。

表1 北部电网部分500 kV厂站三相短路电流水平表

山西北部电网500 kV厂站相对密集，2017年随着500 kV平鲁站、朔南、宁武及木瓜界等电厂的投运，使得500 kV神二电厂及塔山站的短路电流超标；且500 kV北部电网其他站点短路电流水平均大幅提高。山西电网500 kV短路电流超标主要集中在北部地区，如何控制其短路电流水平成为解决要点。

1.4 220 kV短路电流水平分析

山西南部电网是山西电网的负荷集中地区，2017年南部电网部分220 kV厂站短路电流水平超标或接近超标，如表2所示。

表2 南部电网部分220 kV厂站三相短路电流水平表

2 直流特高压及配套电源对短路电流的影响

影响三相短路电流的因素主要包括电网结构、运行方式及电网参数等[3-4]。为明确不同因素对短路电流的影响有多大，具体进行以下分析。

2.1 新投产电源对500 kV短路电流的影响

为分析新投产电源对短路电流的影响，本文主要选择北部电源进行分析，分别断开木瓜界、安太堡以及神泉二期电厂（共计4 020 MW），木瓜界、安太堡及神泉二期电厂均接入500 kV晋北直流特高压。

上述电厂与500 kV网架相连线路断开后，500kV系统短路电流如表3所示。

表3 部分500 kV厂站三相短路电流水平表

由表3可知，断开木瓜界、安太堡及神泉二期等电源后，北部电网各厂站短路电流均得以降低，平均下降2 kA左右。

2.2 晋北特高压直流换流站对500 kV短路电流的影响

为分析直流特高压换流站对电网短路电流的影响[5]，本文在断开上述电源基础上，将换流站与500 kV所连三回线路均断开，并基于此方式进行短路电流计算，计算结果如表4所示。

表4 部分500 kV厂站三相短路电流水平表

由表4可得，断开特高压直流换流站与500 kV主网连接之后，各厂站短路电流均有不同程度的提升。

除上述针对500 kV主网架分析之外，同时对220 kV南部电网进行了相应分析与研究，得出南部短路电流的升高与2017年安峪热电的投产有密不可分的联系。

3 限制短路电流措施

现阶段，主要从电网结构、设备两方面采取措施以限制短路电流，具体包括：发电厂或变电站母线分列运行、加装串联电抗等。

3.1 限流方案

针对500 kV北部电网神二电厂短路电流超标问题，综合考虑山西电网潮流分布、供电可靠性等因素，采取以下方案进行限流：将神二电厂接入晋北特高压交流站；建立神二开闭站（即神开站）。

针对500 kV塔山短路电流超标问题，建议更换为遮断容量63 kA的开关。（若不采取更换塔山开关工作，则需安排塔山近端停机约1 530 MW，才能满足电网运行要求。）

针对南部电网220 kV部分厂站短路电流超标问题，提出南部电网分两片运行的方案，具体措施如下：断开兴盛—霍州单回、永乐—东鸣双回、芹池—翔山单回线。

3.2 限流效果

表5给出了2017年全开机、全接线方式下，采取限流方式后北部电网500 kV相关厂站的短路电流情况。

表5 北部电网部分500 kV厂站三相短路电流水平表

由表5可知，所给方案的限流效果较为显著，其中神二开闭站的短路电流为56.72 kA，雁同站及朔州站等短路电流水平明显降低。

表6给出了2017年全开机、全接线方式下，采取限流方式后南部电网220 kV相关厂站的短路电流情况。

由表6可知，南部电网经解环分片运行后，各厂站短路电流均能满足要求。

表6 南部电网部分220 kV厂站三相短路电流水平表

4 结论

木瓜界、安太堡、神泉二期等电厂接入500 kV系统，显著提高了山西电网的短路电流水平。500 kV系统短路电流超标主要集中在北部区域，通过建立神二开闭站，并将神二电厂转接至晋北特高压，同时将遮断容量较小开关予以更换或采取停机方式，则可将山西电网500 kV短路电流水平控制在安全范围内。

220 kV电网短路电流超标主要集中在南部区域，重点在临汾站附近，通过断开兴盛—霍州单回、永乐—东鸣双回、芹池—翔山单回线等线路，将南部区域分两片运行，则可以大大改善短路电流超标问题，将短路水平控制在安全范围。

[1] 郑惠萍，薛敏，田翰臻. 2013年山西中部电网短路电流控制措施分析[J].山西电力，2013（3）：34-36.

[2] 叶彬，黄阮明，郭明星，等.安徽500 kV电网对特高压输电通道的适应性研究[J]. 华东电力，2009，37（10）：1718-1722.

[3] 孙奇珍，蔡泽祥，李爱民，等. 500 kV电网短路电流超标机理及限制措施适应性[J].电力系统自动化，2009，33（21）：92-96.

[4] 廖国栋，谢欣涛，候益灵，等.特高压接入湖南电网后500 kV母线三相短路电流超标问题分析[J]. 高电压技术，2015，41（3）：747-753.

[5] 张永康，蔡泽祥，李爱民，等. 限制500 kV电网短路电流的网架调整优化算法[J].电力系统自动，2009，33（22）：34-39.

Short Circuit Current Analysis and Suppression Measures for Shanxi Power Grid after UHV AC and DC Projects Being Put into Operation

HAO Xinjie, CHENG Xueting, ZHENG Huiping

（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

With the rapid development of Shanxi power grid and UHV AC and DC projects being put into operation, the total capacity of power grid is increasing. Because the short-circuit current level is getting larger, the allowed value of some power stations exceeded the limits, which has threatened the safe and stable operation of power grid. This paper focuses on short-circuit current simulation calculation according to grid plans in 2017, then feasible suppression measures are put forward for the stations with the current out of limits.

power grid; short-circuit current; suppression measures

TM713

A

1671-0320（2016）04-0001-03

2016-04-20，

2016-05-09

郝鑫杰（1985），男，山西文水人，2012年毕业于合肥工业大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事电力系统分析研究工作；

程雪婷（1991），女，山西运城人，2014年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，硕士，从事电网分析工作；

郑惠萍（1972），女，湖北当阳人，1993年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，高级工程师，从事电力系统分析研究工作。