限制电气设备短路电流的方法

刘兆瑞　刘帅

摘要：在电气工程中，限制短路电流方法有很多，一般是在变压器低压回路加装限流电抗器，或是采用高阻抗变压器。基于LCC基本方法，通过比较分析，根据具体情况得出最适于电气工程中的恰当方法。

关键词：电气工程；限制短路电流；全寿命周期成本理念；限流措施

中图分类号：TM713文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.066

1限制短路电流的手段

限制电气设备短路电流的方法有很多，可采用变压器分列运行、在变压器低压侧回路中装设限流电抗器、变压器低压侧电源进线采用分列绕组、馈出线装设限流电抗器以及采用高阻抗变压器。然而众多馈出线都装设限流电抗器的方案不经济。目前，国内主要采用两种方式限制短路电流，一种是在变压器低压回路加装限流电抗器，另一种是采用高阻抗变压器，这两种方式在国内都已经积累了丰富的运行经验。

2基于全寿命周期成本理念的限流措施选择

2.1案例背景

电气工程中，建设 2台 150 MVA 的变压器，变压器三侧电压为 220/110/10 kV。本工程各电压等级的主要电气设备参数如下：220 kV 设备短路电流水平按 40 kA 考虑，110 kV 设备短路电流水平按31.5 kA考虑，10 kV设备按25 kA考虑。为了把10 kV短路电流水平控制在25 kA以内，除主变压器10 kV侧分列运行以外，仍须采取一些限流措施。

2.2基于全寿命周期成本理念运用

电气工程运用全寿命周期成本（Life Cycle Costs，下文简称 LCC）管理理念和方法开展设计，对设备或系统的LCC进行分析计算，以量化值进行决策。LCC 费用组成可分解为：IC—一次投资成本，指在变电站建设和调试期间内，在变电站正式投入运行以前，所付出的一次性成本。OC—运行成本，指变电站运行期间所花费的一切费用的总和，包括：能耗费、人工费、环境费用、维护保养费以及其他费用。FC—故障引起的中断供电损失成本，指在故障发生后中断供电造成的损失。DC—报废成本，指工程寿命周期结束后，清理、销毁该工程所需支付的费用。部分设备还具有残值，可以冲销有关的费用，这种报废成本应为负值。 即变电站 LCC 计算模型为：LCC = IC + OC + FC + DC；LCC 计算方法包括现值法、终值法、等额年金法等。本工程采用现值法进行计算。经过计算可得出以下结论：

（1）在一次投资成本计算中，高阻抗自耦变压器制造成本較高，采用普通自耦变压器加装限流电抗器时，需要增加限流电抗器部分的投资。

（2）普通自耦变压器本身的损耗比高阻抗自耦变压器要低一些，但是由于采用普通阻抗的自耦变压器时需要加装限流电抗器，在考虑了限流电抗器的损耗后，其总的损耗会比高阻抗变压器还要高。

（3）采用高阻抗自耦变压器的中断成本损失费用低，高于采用普通自耦变压器加装限流电抗器的中断成本损失费用。

（4）采用高阻抗自耦变压器的报废成本损失费用略低于采用普通自耦变压器加装限流电抗器的报废成本损失费用。

3环保效益分析

本工程在设计过程中不仅考虑提高变电站的供电可靠性，满足社会经济发展及人民生活用电需要，同时结合国家建设资源节约型、环境友好型社会的奋斗目标。变电站中损耗最大的设备为主变压器，属于变电站中的“耗能” 大户，其节能控制措施的合理与否也成为变电站节能的关键所在。从减排的角度出发，阐述限流措施选择对环境保护的影响。我国电力能源以火力发电为主，而火力发电厂中又以燃煤电厂为主，燃煤电厂每发出一度电，向地球大约排放1.2 kg的二氧化碳，而产生的这部分二氧化碳气体将造成对环境的污染，本工程推荐采用高阻抗自耦变压器，该限流措施的选择，能较好得降低二氧化碳的排放量。

经过 LCC 分析，采用高阻抗自耦变压器的 LCC 与采用普通自耦变压器加装限流电抗器方案基本一致，考虑到本工程中采用高阻抗自耦变压器可以减少限流电抗器，对电气总平的优化有比较明显的效果，另外其节能降耗效 果更好，运行维护更为简单，且有较好的环保效益，因此本工程推荐采用高阻抗自耦变压器作为短路电流限制措施。

4结语

从 LCC 的设计理念出发，在变电站设备选型时应遵循“安全、优质、环保”原则，始终把安全可靠放在首要位置。由于变电设备运行年限较长， 因此不仅要考虑技术先进，而且应在先进技术经过长时间运行考验或经过更 为严厉的试验论证后，方能确定该技术是否成熟，技术只有成熟才是可靠的。运行时优质应体现运行成本低、性能稳定、可用率高，而环保应包含节能、低噪声和抗电网污染能力强，符合环保节能要求。因此，设备选型时基于LCC 理念，决策时应优先考虑技术成熟、结构简单、少维护、免检修的高品质产品，实现以寿命周期成本最低、价值最高为最终目的。据此，本工程推荐采用高阻抗自耦变压器作为短路电流限制措施。endprint