短路电流对广州电网供电能力的影响研究
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短路 电流对广州 电网供 电能 力的影响研 究
高艳娜 席云华 李文娟
（ 广 州 电力 设 计பைடு நூலகம்院 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ６ ２ ３ ）
摘 要： 对 因短路 电流较高造成的特殊运行 方式进行 分析 ， 并计算特殊运行 方式对广 州电网供 电能力的影响 ， 对短路 电流限制 器这 种新技 术在 广州电网的应用进行展望 ， 并进行应 用后对供 电能力的提升效果评估。
关键 词 ： 短路电流； 供电能力； 短 路 电 流 限制 器
为串联谐振 型和并联谐振型 ２类 。正常工作时导通控制器件关断 ， ／ Ｃ谐振 ， 阻抗 为零 ， 短路故 障时导通控制器 件快速导通 ， 电路谐 振 随着电力系统容量 的不断增大 ，电网间的电气联系 日趋紧密 ， Ｌ 电网的短路 电流水 平也迅速提高 ，广州 电网有些 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 的 状态改变 ， 呈现出很大的阻抗 ， 从 而限制短路 电流。 电力 电子型限流 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线短路 电流 已接近或超过断路器的开断容量 ，如广南站 、 电抗器优点是 无需修改现有保护方案 ；对潮流 和稳定基本无影 响 ； 可按多重故障设 计 ； 基于Ｆ Ａ Ｃ Ｔ Ｓ的可控串联电抗器还 增城站 。 为降低短路 电流 ， 广州 电网目前被 迫采取 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南站 、 增 可分相运行 ； 城站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线 分列运行 的方式 ，导致 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 的供 电能力 有动态附加功能 ， 可减轻次同步谐振 和阻尼振荡。 缺点是投资大 ， 需 控制器件的容量 和可靠性有待提高。 不能充分发挥 ， 并且 电网供电可靠性 、 运行 方式灵活性有所下降。 本 占用较大场地， 文从 供电能力方面分析短路 电流对 电网的影 响， 并提出降低短路电 ４ ． ３特殊 材料型采用 如超导 材料 和具 有正温度 系数（ Ｆ ｒ ｒ ｃ ） 的材 流 的措 施 建 议 。 料等， 作为限制短路 电流 的阻抗。 电网正常运行 时， 限流阻抗几乎为 ２ 不 同 运 行方 式 对 供 电能 力 的 影 响分 析 零； 一旦发生短路故 障， 短路 电流超过临界 电流 ， 呈现 出显著的限流 ２ ． １ ２ ２ ０ ｋ Ｖ环 网解列运行对供 电能力 的影响 。２ ２ ０ ｋ Ｖ电网中制 阻抗。这种短路 电流限制器因受限于新材料的发展 ， 多处于试验阶 约 网络供电能力 的主要是网络首端线路热稳极 限。同样 条件 下 ， 双 段 。目前 ， 短路电流限制器在输 电网中已有若干应用 的工程实例 ， 积 １ ）巴西 Ｔ ｕ ｃ ｕ ｒ ｕ ｉ 水电 ５ ０ ０ ｋ Ｖ系统中应用 。 回辐射型网络的最大供 电能力等于首端出线单回线路输 送容量 ， 环 累 了一定 的运行 经验 。（ 网最大供 电能力等于首端 出线单 回线路输送能力 的 ２ ． ４倍 ， 双 回辐 Ｔ ｕ ｅ ｕ ｒ ｕ ｉ 水电项 目的总装机容量 ８ ３ ６ １ Ｍ Ｗ， 是 巴西最大 的发 电项 目。 １ 期安装 １ ２台发电机 ，总装 机容量 １ ２×３ ５ ３ Ｍ Ｗ； ２ 期 射型 网络的最大供 电能力仅为环网最 大供 电能力 的 ４ ２ ％， 也 即环 网 分两期工程 ： 安装 １ １台发电机 ， 总装机容量 １ １ ×３ ７ ５ Ｍ Ｗ。为 了提高系统 的可靠 运行较双 回辐射运行最大供 电能力约可提 升 １ ． ４倍。 ２ ． ２ ２ ２ ０ ｋ Ｖ及以上主变分列运行对供 电能力 的影响分析。运行 性 和送 电灵活性 ， 两期工程的母线 需相互联 络 ， 如直接相连 ， 则短路 要 求分列的 ５ ０ ０ ｋ Ｖ和 ２ ２ ０ ｋ Ｖ主变也需 分别按满 足 Ｎ 一 １ 控制 负荷 ， 电流将超过 断路器开 断容量 ４ ０ ｋ Ａ。实际解决方案是在 １ 、 ２ 期 工程 分 列运 行 的 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 整站 最大供 电能力 明显下 降 ，最低 为 的母线 问装设串联电抗器 。既实 现了 １ 、 ２期工程 的互联 ， 提高了系 ２ ４ ０ ０ ＭＶ Ａ， 为并 列运行 时 ３ ２ ０ ０ ＭＷ 的 ７ ５ ％； 分列运行 的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ变电 统 的可靠性 ， 又将短路 电流限制在 ４ ０ ｋ Ａ以内。 （ ２ ） 上海泗泾站 ； ２ ０ ０ ４ 站整站最 大供电能力也 明显下降 ， 最低为 ４ ８ ０ ＭＶ Ａ， 为并列运行 时 年南桥和黄 渡 ５ ０ ０ ｋ Ｖ母 线短路 电流超过 开关遮 断容量 ，为此 ， 在 ５ ５ ７ ＭＶ Ａ的 ８ ６ ％。因此 ， 主变分列运行导致整站供电能力不能得到 ５ ０ ０ ｋ Ｖ黄 渡 ～泗 泾双 回线路 ，泗 泾 站 出 口变 电站 内安装 了 ２组 充分发挥 ， 是 供 电能 力提 升 的一 个 瓶 颈 。 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 限 流 电抗 器 ，额 定 阻 抗 １ ４欧 姆 （ 相 当于 ５ ０公 里 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 的 ３ 短 路 电 流 对广 州 电 网运 行 方 式 和供 电能 力 的 影 响 Ｌ Ｇ Ｊ 一 ４×４ ０ ０线路 ） ， 对 限制泗 泾 、 黄渡 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 ５ ０ ０ ｋ Ｖ母 线短 广州 电网处 于珠 三角 ５ ０ ０ ｋ Ｖ双环 网的 中心位置 ，省 网对广州 路电流水平有控制作用。 ２ ２ ０ ｋ Ｖ电网提供的短路电流较大 ； 另外 ， 广州的电厂分布极不平衡 ， ５ 对 广 州 电网 应 用 短路 电流 限制 器 的 效 果评 估 多分布在东 部和南部 ，东部 的增城 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片网片网和南部 的广南 对于输 电网来说 ， 电力 电子型 限流 电抗 器和特殊材料型 限流电 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片网接人的电厂相对较集 中，使其 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧短路电流偏高 。 抗器代表了限流电抗器 的技术发展方 向， 但 这两种技 术 目前仍 处在 为 降低短路电流 ， 广州电网运行方式有如下调整 ： 需要改进和优化 的阶段 。传统 的串联电抗器技术是 目前最成熟 、 性 ３ ． １ ５ ０ ０ ｋ Ｖ广 南 和 增 城 站 及 ２ ２ ０ ｋ Ｖ天河 、 开元、 棠下 、 罗涌、 汉 能最稳定的短路 电流 限制措施 。对于广州 电网来说 ， 传统 的串联电 田等站均需被迫采取母线分列 的特殊运行方式 。 由于 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南站 抗器技 术和电力 电子型是现 阶段 最有可能采用 的短 路电流 限制措 和增城 站的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧短路电流较高 ，两站需被迫采取 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧母 施 。可针对广州的增 城和广南站开展专题研究 ， 通过搭建算例和模 线分列 的特殊运行方式 。此外 ， ２ ２ ０ ｋ Ｖ天河 、 开元 、 棠下 、 罗涌 、 汉田 型计算 ，对 广州 电网 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧母线加装短 路电流限 等站也被迫 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线分列 运行 。２ ２ ０ ｋ Ｖ侧分列运行 的 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 制器进行深入研究分析 ， 广州 电网应用短路电流限制器对供电能力 电站和 ２ ２ ０ ｋ Ｖ站整站最大供电能力明显下 降 ， ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南和增城站 有 如下 提升作用 ： ５ ． １提 高 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站供电能力。广南站和增城 及２ ２ ０ ｋ Ｖ天河 、 开元 、 棠下 、 罗涌 、 汉 田等站均需被迫采取母线 分列 站加装 短路 电流限制 器后 ，通 过调 整运 行方 式 ，广南 站可 提高 的特殊运行方式 ， 是限制 中心六 区供电能力 的一个重要因素。 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站供电能力 ３ ０ ０ ＭＶ Ａ， 增城站可提高 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站供 电 ３ ． ２ 迁 岗 ～庙 岭 、郭 塘 炭步 等联络 线均需 被迫 开段 运行 ， 能力 ８ ０ ０ Ｍ Ｖ Ａ， 其效果相 当于在新 增了 １ － ２台 Ｉ Ｏ ０ ０ Ｍ Ｖ Ａ主变 。５ ． ２ ５ ０ ０ ｋ Ｖ片网之间无法拉手形成环网运行 。 辐射型网络的最 大供 电能 提高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ输电线路供电能力。通过在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南站和 ５ ０ ０ ｋ Ｖ增 力仅为环网最大供 电能力的 ４ ２ ％， 原本可 以环 网运行 的网络辐射运 城站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线加装短路 电流 限制器 ，可 降低 其 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片 网整体 行， 导致整个环路 的供 电能力不能得到充分发挥 ， 同样是 供 电能力 的短路 电流水平 ，使其 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片网内的若干链式接线能合环运行 ， 提升 的一个瓶颈所在。 从 而提 高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ输 电线路下送 电力能力 。广南 片网可提高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ ４ 限制短路 电流新技术展 望 输 电线路供 电能力 ５ ５ ２ ＭＶ Ａ， 增城 片网可提 高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ输电线路供 电 为降低短路电流 ， 充分利用 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 的供 电能力在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 能力 ６ ９ ０ Ｍ Ｖ Ａ， 其效果相 当于在新增 了 １ ￣ ２回 ２ ×６ ３ ０ ｍｍ 。 的输电线 变 电站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线加装短路电流限制器是较为有效的措施 。 短路电 路 。 流限制器大致可 以分为 ３ 类： ６ 结 论 在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南 和增城站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线侧加装短路电流限制器 ， 可 ４ ． １传 统型利用 串联 电抗器 限制短路 电流 。这 种方法技 术成 熟， 在 电力系统中有大量应�
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短路 电流对广州 电网供 电能 力的影响研 究
高艳娜 席云华 李文娟
（ 广 州 电力 设 计பைடு நூலகம்院 ， 广 东 广州 ５ １ ０ ６ ２ ３ ）
摘 要： 对 因短路 电流较高造成的特殊运行 方式进行 分析 ， 并计算特殊运行 方式对广 州电网供 电能力的影响 ， 对短路 电流限制 器这 种新技 术在 广州电网的应用进行展望 ， 并进行应 用后对供 电能力的提升效果评估。
关键 词 ： 短路电流； 供电能力； 短 路 电 流 限制 器
为串联谐振 型和并联谐振型 ２类 。正常工作时导通控制器件关断 ， ／ Ｃ谐振 ， 阻抗 为零 ， 短路故 障时导通控制器 件快速导通 ， 电路谐 振 随着电力系统容量 的不断增大 ，电网间的电气联系 日趋紧密 ， Ｌ 电网的短路 电流水 平也迅速提高 ，广州 电网有些 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 的 状态改变 ， 呈现出很大的阻抗 ， 从 而限制短路 电流。 电力 电子型限流 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线短路 电流 已接近或超过断路器的开断容量 ，如广南站 、 电抗器优点是 无需修改现有保护方案 ；对潮流 和稳定基本无影 响 ； 可按多重故障设 计 ； 基于Ｆ Ａ Ｃ Ｔ Ｓ的可控串联电抗器还 增城站 。 为降低短路 电流 ， 广州 电网目前被 迫采取 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南站 、 增 可分相运行 ； 城站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线 分列运行 的方式 ，导致 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 的供 电能力 有动态附加功能 ， 可减轻次同步谐振 和阻尼振荡。 缺点是投资大 ， 需 控制器件的容量 和可靠性有待提高。 不能充分发挥 ， 并且 电网供电可靠性 、 运行 方式灵活性有所下降。 本 占用较大场地， 文从 供电能力方面分析短路 电流对 电网的影 响， 并提出降低短路电 ４ ． ３特殊 材料型采用 如超导 材料 和具 有正温度 系数（ Ｆ ｒ ｒ ｃ ） 的材 流 的措 施 建 议 。 料等， 作为限制短路 电流 的阻抗。 电网正常运行 时， 限流阻抗几乎为 ２ 不 同 运 行方 式 对 供 电能 力 的 影 响分 析 零； 一旦发生短路故 障， 短路 电流超过临界 电流 ， 呈现 出显著的限流 ２ ． １ ２ ２ ０ ｋ Ｖ环 网解列运行对供 电能力 的影响 。２ ２ ０ ｋ Ｖ电网中制 阻抗。这种短路 电流限制器因受限于新材料的发展 ， 多处于试验阶 约 网络供电能力 的主要是网络首端线路热稳极 限。同样 条件 下 ， 双 段 。目前 ， 短路电流限制器在输 电网中已有若干应用 的工程实例 ， 积 １ ）巴西 Ｔ ｕ ｃ ｕ ｒ ｕ ｉ 水电 ５ ０ ０ ｋ Ｖ系统中应用 。 回辐射型网络的最大供 电能力等于首端出线单回线路输 送容量 ， 环 累 了一定 的运行 经验 。（ 网最大供 电能力等于首端 出线单 回线路输送能力 的 ２ ． ４倍 ， 双 回辐 Ｔ ｕ ｅ ｕ ｒ ｕ ｉ 水电项 目的总装机容量 ８ ３ ６ １ Ｍ Ｗ， 是 巴西最大 的发 电项 目。 １ 期安装 １ ２台发电机 ，总装 机容量 １ ２×３ ５ ３ Ｍ Ｗ； ２ 期 射型 网络的最大供 电能力仅为环网最 大供 电能力 的 ４ ２ ％， 也 即环 网 分两期工程 ： 安装 １ １台发电机 ， 总装机容量 １ １ ×３ ７ ５ Ｍ Ｗ。为 了提高系统 的可靠 运行较双 回辐射运行最大供 电能力约可提 升 １ ． ４倍。 ２ ． ２ ２ ２ ０ ｋ Ｖ及以上主变分列运行对供 电能力 的影响分析。运行 性 和送 电灵活性 ， 两期工程的母线 需相互联 络 ， 如直接相连 ， 则短路 要 求分列的 ５ ０ ０ ｋ Ｖ和 ２ ２ ０ ｋ Ｖ主变也需 分别按满 足 Ｎ 一 １ 控制 负荷 ， 电流将超过 断路器开 断容量 ４ ０ ｋ Ａ。实际解决方案是在 １ 、 ２ 期 工程 分 列运 行 的 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 整站 最大供 电能力 明显下 降 ，最低 为 的母线 问装设串联电抗器 。既实 现了 １ 、 ２期工程 的互联 ， 提高了系 ２ ４ ０ ０ ＭＶ Ａ， 为并 列运行 时 ３ ２ ０ ０ ＭＷ 的 ７ ５ ％； 分列运行 的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ变电 统 的可靠性 ， 又将短路 电流限制在 ４ ０ ｋ Ａ以内。 （ ２ ） 上海泗泾站 ； ２ ０ ０ ４ 站整站最 大供电能力也 明显下降 ， 最低为 ４ ８ ０ ＭＶ Ａ， 为并列运行 时 年南桥和黄 渡 ５ ０ ０ ｋ Ｖ母 线短路 电流超过 开关遮 断容量 ，为此 ， 在 ５ ５ ７ ＭＶ Ａ的 ８ ６ ％。因此 ， 主变分列运行导致整站供电能力不能得到 ５ ０ ０ ｋ Ｖ黄 渡 ～泗 泾双 回线路 ，泗 泾 站 出 口变 电站 内安装 了 ２组 充分发挥 ， 是 供 电能 力提 升 的一 个 瓶 颈 。 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 限 流 电抗 器 ，额 定 阻 抗 １ ４欧 姆 （ 相 当于 ５ ０公 里 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 的 ３ 短 路 电 流 对广 州 电 网运 行 方 式 和供 电能 力 的 影 响 Ｌ Ｇ Ｊ 一 ４×４ ０ ０线路 ） ， 对 限制泗 泾 、 黄渡 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 ５ ０ ０ ｋ Ｖ母 线短 广州 电网处 于珠 三角 ５ ０ ０ ｋ Ｖ双环 网的 中心位置 ，省 网对广州 路电流水平有控制作用。 ２ ２ ０ ｋ Ｖ电网提供的短路电流较大 ； 另外 ， 广州的电厂分布极不平衡 ， ５ 对 广 州 电网 应 用 短路 电流 限制 器 的 效 果评 估 多分布在东 部和南部 ，东部 的增城 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片网片网和南部 的广南 对于输 电网来说 ， 电力 电子型 限流 电抗 器和特殊材料型 限流电 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片网接人的电厂相对较集 中，使其 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧短路电流偏高 。 抗器代表了限流电抗器 的技术发展方 向， 但 这两种技 术 目前仍 处在 为 降低短路电流 ， 广州电网运行方式有如下调整 ： 需要改进和优化 的阶段 。传统 的串联电抗器技术是 目前最成熟 、 性 ３ ． １ ５ ０ ０ ｋ Ｖ广 南 和 增 城 站 及 ２ ２ ０ ｋ Ｖ天河 、 开元、 棠下 、 罗涌、 汉 能最稳定的短路 电流 限制措施 。对于广州 电网来说 ， 传统 的串联电 田等站均需被迫采取母线分列 的特殊运行方式 。 由于 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南站 抗器技 术和电力 电子型是现 阶段 最有可能采用 的短 路电流 限制措 和增城 站的 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧短路电流较高 ，两站需被迫采取 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧母 施 。可针对广州的增 城和广南站开展专题研究 ， 通过搭建算例和模 线分列 的特殊运行方式 。此外 ， ２ ２ ０ ｋ Ｖ天河 、 开元 、 棠下 、 罗涌 、 汉田 型计算 ，对 广州 电网 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ侧母线加装短 路电流限 等站也被迫 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线分列 运行 。２ ２ ０ ｋ Ｖ侧分列运行 的 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 制器进行深入研究分析 ， 广州 电网应用短路电流限制器对供电能力 电站和 ２ ２ ０ ｋ Ｖ站整站最大供电能力明显下 降 ， ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南和增城站 有 如下 提升作用 ： ５ ． １提 高 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站供电能力。广南站和增城 及２ ２ ０ ｋ Ｖ天河 、 开元 、 棠下 、 罗涌 、 汉 田等站均需被迫采取母线 分列 站加装 短路 电流限制 器后 ，通 过调 整运 行方 式 ，广南 站可 提高 的特殊运行方式 ， 是限制 中心六 区供电能力 的一个重要因素。 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站供电能力 ３ ０ ０ ＭＶ Ａ， 增城站可提高 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站供 电 ３ ． ２ 迁 岗 ～庙 岭 、郭 塘 炭步 等联络 线均需 被迫 开段 运行 ， 能力 ８ ０ ０ Ｍ Ｖ Ａ， 其效果相 当于在新 增了 １ － ２台 Ｉ Ｏ ０ ０ Ｍ Ｖ Ａ主变 。５ ． ２ ５ ０ ０ ｋ Ｖ片网之间无法拉手形成环网运行 。 辐射型网络的最 大供 电能 提高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ输电线路供电能力。通过在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南站和 ５ ０ ０ ｋ Ｖ增 力仅为环网最大供 电能力的 ４ ２ ％， 原本可 以环 网运行 的网络辐射运 城站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线加装短路 电流 限制器 ，可 降低 其 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片 网整体 行， 导致整个环路 的供 电能力不能得到充分发挥 ， 同样是 供 电能力 的短路 电流水平 ，使其 ２ ２ ０ ｋ Ｖ片网内的若干链式接线能合环运行 ， 提升 的一个瓶颈所在。 从 而提 高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ输 电线路下送 电力能力 。广南 片网可提高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ ４ 限制短路 电流新技术展 望 输 电线路供 电能力 ５ ５ ２ ＭＶ Ａ， 增城 片网可提 高 ２ ２ ０ ｋ Ｖ输电线路供 电 为降低短路电流 ， 充分利用 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变 电站 的供 电能力在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ 能力 ６ ９ ０ Ｍ Ｖ Ａ， 其效果相 当于在新增 了 １ ￣ ２回 ２ ×６ ３ ０ ｍｍ 。 的输电线 变 电站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线加装短路电流限制器是较为有效的措施 。 短路电 路 。 流限制器大致可 以分为 ３ 类： ６ 结 论 在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ广南 和增城站 ２ ２ ０ ｋ Ｖ母线侧加装短路电流限制器 ， 可 ４ ． １传 统型利用 串联 电抗器 限制短路 电流 。这 种方法技 术成 熟， 在 电力系统中有大量应�