拉停边断路器对限制短路电流影响分析及应用

2020-02-24边宏宇崔挺姜文立潘晓杰郭崇军

湖南电力 2020年1期

边宏宇，崔挺，姜文立，潘晓杰，郭崇军

(1.国家电网有限公司华中分部，湖北武汉，430077；2.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南长沙，410007)

近年来，随着电网结构逐步加强，电网稳定性逐步得到提高，跨区特高压直流受入能力逐步提升，有效缓解了受端电网负荷高峰期间的供电压力。但随之而来的短路电流超标问题开始显现[1-2]，另外由于目前500 kV主网厂站大多为2/3接线，且由于厂站扩建、改建等因素，很多厂站内存在多组遮断容量为50 kA和63 kA断路器混联的情况，为限制短路电流而采取的拉停线路、加装串抗、限制开机方式等措施又会不同程度削弱网架或降低运行方式的灵活性[3-8]，导致静态、暂态及动态稳定水平下降，可能影响跨区特高压直流受入能力及受端电网供电能力。

相对于以削弱正常方式网架结构为代价的短路电流限制措施，并结合2/3接线厂站的特点，拉停边断路器既可有效降低短路电流，又可避免削弱网架结构及电网正常运行方式，因此需要重点研究。

1 拉停边断路器限制短路电流原理

图1为某500 kV变电站的结构图，共9条线路出线，2条变压器出线，遮断容量为50 kA的断路器共 9台，分别为 5011、5012、5031、5032、5041、5042、 5043、5052、 5053，图1中浅灰色标注。若不采取措施，母线或主变出口侧短路电流达到51.7 kA，超过部分断路器的可遮断电流。

图1 某变电站结构图

1.1 变压器出口侧故障限制原理

考虑1号变出口侧三相短路故障，断路器5011和5012跳闸，考虑到断路器遮断时间不一致[9]，分如下2种情况考虑。

第一种情况，5011最后跳开，若提前拉停5013，则5011需要遮断的短路电流为全接线短路电流与线路9支路电流的差值 (计算值49.6 kA)，则5011可安全遮断。

第二种情况，5012最后跳开，若提前拉停5013，则5012需要遮断的短路电流仅为线路9支路电流的差值，5012可安全遮断。

对于2号变出口侧三相短路故障，由于5021、5022、5023断路器遮断容量均为63 kA，所以可安全遮断。

1.2 母线故障限制原理

考虑Ⅰ母线三相短路故障，断路器 5011、5031或5041最后跳闸，考虑到断路器遮断时间不一致，分如下2种情况考虑。

第一种情况，5011最后跳开，若提前拉停5013，则5011需要遮断的短路电流仅为1号变与线路9支路电流的总和，则5011可安全遮断。

第二种情况，5031或5041最后跳开，若提前拉停5013，则5031或5041需要遮断的短路电流为1号主变和线路9所在串出串后的母线短路电流(计算值49.2 kA)，5031或5041可安全遮断。

对于Ⅱ母线三相短路故障，同理可提前拉停5051，分析过程同上。

1.3 拉停边断路器限制短路电流的优点及可推广性

拉停2/3接线变电站边断路器措施，既可在短路电流总值基础上消去2条支路的短路电流，又可保持正常方式全接线运行。另外，拉停同一串上的两个边断路器后也是以上措施中的一种特殊方式，但会造成正常运行方式下2条线路出串运行，不利于电网稳定性。

以图1所示厂站为例，若采取停机措施，则需要停4台及以上机组，可能导致大负荷方式下无法满足供电能力；若采取更换断路器的措施，按照更换单台500 kV断路器需400万元考虑，该变电站仅更换断路器需增加投资3 600万元；若采取拉停线路或加装串联电抗器的措施，则会降低电网稳定性并增加投资。因此拉停边断路器具备较强的电网稳定性及经济性推广价值。

2 拉停边断路器限制短路电流推广应用

针对另一个遮断容量为50 kA和63 kA断路器混联的变电站，如图2所示，共7条线路出线，2条变压器出线，遮断容量为50 kA的断路器共8台，分别为 5011、5012、5013、5021、5022、5023、5031、5032，图2中浅灰色标注。若不采取措施，母线或主变出口侧短路电流达到52.9 kA，超过断路器可遮断电流。

图2 另一变电站结构图

分析过程如图1所示的变电站，若提前拉停5021、5013后，母线短路故障后短路电流至少可降低至49.8 kA，则该变电站所有断路器均可安全遮断。

3 拉停边断路器限制短路电流适用范围

虽然拉停边断路器限制短路电流可在不影响电网正常运行方式前提下，有效降低短路电流，但存在一定的适用范围:

1)变电站电气连接结构为2/3接线。这是由拉停边断路器限制短路电流的原理决定的。

2)变电站任意2台主变不能接入同一串中。一般主变支路分支短路电流均较小，例如750 MVA，主变分支短路电流约为2 kA左右，考虑遮断该主变支路后短路电流从其他支路重新分配，则主变分支短路电流可能降低至1 kA以下。若2台主变不能接入同一串中，则拉停边断路器对短路电流限制效果非常有限。

3)变电站短路电流超标幅度不大。拉停边断路器限制短路电流最多可降低2条支路的分支短路电流，若超标幅度过大可能导致短路电流无法降低至断路器可遮断容量之内，需要结合电网及厂站实际情况具体分析。若恰好主变支路均与分支短路电流较大的线路同一串，则限制短路电流效果较好，此条原则也可纳入变电站配串的可研和规划中。