短路电流限制技术在浙江电网的应用

App lication of short-circuit curren t lim itation technology in Zh jiang Pow er G rid
YE L in, DA I Yan ( Zhejiang E lec tric P ow er D ispatch ing and C omm un ica tion Cente r, H ang zhou 310007, Ch ina)
百度文库
I
40. 74
35. 87
39. 84
41. 76
II
28. 95
23. 24
42. 54
41. 11
瓶窑变 500 kV 和 220 kV 母线分列运行后, 可将各段母线的短路电流有效的限制在设备允许
范围内, 且留有一定的裕度。 ( 4) 选取较高遮断容量的断路器 目前, 浙江省 500 kV 变电所的 220 kV 母线
断路器遮断容量均为 50 kA; 500 kV 母线断路器 额定遮断容量仅较早的变电所为 50 kA, 近期投 产的 500 kV 王店变、乔司变、河姆变、凤仪变、涌 潮变均选择 63 kA。
3 采取限制短路电流措施引起的问题及 应对
实行电网分区运行后, 解开了各片电网之间
的联系, 易使存在于各分区电网边界处的 220 kV 变电所成为终 端变, 导致供电可靠性 明显降低。 如 2002年 宁波、绍兴 地区分区后, 双桥变、雅致 变、奉化变、跃龙变共 4座 220 kV 变电所成为终 端变。为提高终端变的供电可靠性, 可在具备条 件的变电所安装备用电源自投装置。
2 限制短路电流措施在浙江电网的应用
2. 1 现状 近年来浙江电 网统调负荷一 直持续高 速发
展, 电源和电网结构随之迅速加强。 浙江 500 kV 电网 3年间以翻倍的速度发展,
且 500 kV 枢纽变电所接线集中, 主变台数多, 因 而短路水平较高。同时, 500 kV 电网的绝对结构 比较薄弱, 与 220 kV 电网之间存在部分弱电磁环 网, 一方面限制了 500 kV 电网的受电能力, 另一 方面也导致相关厂站的短路容量增加至危及设备 安全的程度。 2002年至 2004年浙江省电网相关 500 kV 变电所 220 kV母线短路电流如表 1所示。
第 33卷 第 5期 2005年 5月
V o.l 33 N o. 5 M ay 2005
短路电流限制技术在浙江电网的应用
叶 琳, 戴 彦
(浙江电力调度通 信中心, 浙江 杭州 310007)
摘 要: 介绍了国内外在电力系统短路电流限制技术方面 的研究状况, 结合 浙江电网实 际进一步 介绍了短路 电流限制技术在浙江电 网的主要应用, 并对实施这些措施后产生的问题进行 了分析, 讨论了相应的应对措施。 关键词: 短路电流限制; 浙江电网 中图分类号: TM 713 文献标识码: B 文章编号: 1001-9529( 2005) 05-0023-04
年 6月瓶窑变 500 kV 母线实行 2- 4分列运行。
瓶窑变 500 kV 和 220 kV 母线均采用分列运行方
式后瓶窑变母线短路电流计算结果如表 4所示。
表 4 瓶窑变 500kV、220 kV 母线
分列运行后短路电流计算结果
kA
瓶窑母线
500 kV
220 kV
三相故障 单相故障 三相故障 单相故障
( 1) 发展更高一级电网, 实现分层分区运行 220 kV 电网实现与上一级 500 kV 电网的分 层运行, 与相同电压等级供区之间的分区运行, 简 化网络保证电网安全稳定运行的同时, 对降低系 统短路电流水平效果显著。 实现 220 kV 电网的分层分区运行是浙江电 网降低系统短路电流的主要措施。 针对 2004年浙北电网中乔司变和王店变短 路电流水平过高的问题, 同时考虑到浙北地区的 潮流平衡, 对于浙北电网实行不完全分区运行, 开 断花鸣 2436、景云 2494、景栖 2495共 3回 220 kV 线路如图 1所示, 相关 500 kV 变电所 220 kV 母 线短路电流如表 2所示。
表 1 浙江省 500 kV 变电所的 220 kV 母线短路电流 kA
站名 瓶窑一 瓶窑二 乔司 王店 兰亭 天一 双龙
故障类型
单相 三相
单相 三相
单相 三相
单相 三相
单相 三相
单相 三相
单相 三相
2002年
40. 59 37. 54
38. 77 38. 05
44. 47 41. 17
32. 94 30. 38
母线短路电流如表 3所示。
表 3 兰亭变加装 15 8 小电抗后相关
220kV 母线短路电流计算结果
kA
计算方式
兰亭变
天一变
三相故障 单相故障 三相故障 单相故障
基本方式估算 分区并加小电抗后
48. 35 43. 34
55. 71 41. 84
41. 70 40. 98
47. 74 47. 11
兰 亭 变 在 不 采 取 限 制 短 路 电 流 措 施 时,
Abstrac t: T he research in hom e and abroad on sho rt-c ircuit curren t lim ita tion technolog ies fo r e lectric pow er sy stem w as introduced. Comb ining the actual s ituation o f Zhe jiang P ow er G ird, the m a in app lica tion of sho rt-c ircuit current lim itation techno log ies in the G r id was furthe r expatia ted and problem s em erged during the app lication we re analyzed and the counterm easures we re a lso discussed. K ey word s: short- circu it cu rrent lim itation; Zhejiang P ow er G r id
此, 电网运行需首先考虑降低 220 kV 母线单相短 路电流。随着 500 kV 电网 的进一步 发展, 解开 500 kV 与 220 kV 网络之间的弱电磁联系, 不仅 有利于提高整体网络的输送能力, 对于降低系统 短路电流水平更大有益处。 2. 2 限制短路电流方案的应用
浙江省近几年来限制系统短路电流水平主要 采取了以下几种方法的综合应用。
图 1 浙北不完全分区示意简图
表 2 浙北不完全分区运行后
220kV 母线短路电流计算结果
kA
计算方式
基本方式估算 不完全分区后
乔司变
王店变
三相故障 单相故障 三相故障 单相故障
49. 96 44. 04
54. 91 49. 75
45. 46 42. 54
49. 90 47. 72
通过浙北地区的分区运行以后, 乔司变和王 店变的短路电流水平都有所 下降, 但乔司变 220 kV 母线单相短路电流值仍然接近设备遮断容量, 需要通过采取其他措施加以解决。
工便利, 投资较小, 因此在单相短路电流过大而三 相短路电流相对较小的场合很有效。但中性点小 电抗仅对降低 220 kV 电网局部区域单相短路电 流的作用较大。
( 4) 采用高阻抗变压器和发电机 加大发电机阻抗会增大正常情况下发电机自 身的相角差, 对系统静态稳定不利; 漏磁增加, 故 障初期过渡电阻增加, 与此同时因转动惯量减小 更进一步使动态稳定性下降。采用高阻抗的变压 器同样也会有增加相角差的问题。因此在选择是 否采用高阻抗变压器和发电机的时候, 需要综合 考虑系统的短路电流问题和稳定问题。 ( 5) 采用串联电抗器 加装串联电抗器虽可限制短路电流, 但使正 常方式系统阻抗的增加 ( 即网损的增加 ) 又是不 利的。采用可控硅技术, 可实现正常方式下串联 电抗器阻抗为零, 发生短路故障且电流超过限制 时串联电抗器的阻抗在极短的时间内增大至设定 值, 起到限制短路电流的效果。但由于目前单个 器件的容量有限, 若要以串并联实现容量的扩大, 需要进一步研究, 另外电力电子元件价格昂贵, 应 用前景也会受到影响。 ( 6) 采用直流背靠背技术 短路电流含无功电流分量, 而直流输电只输
( 2) 加装变压器中性点小电抗接地 在 2002年宁波和绍兴地区整体分区运行, 同 时 2004年宁波和绍兴地区之间进一步分区运行 的基础上, 500 kV 兰亭变 3台主变中性点实行经
叶 琳, 等 短路电流 限制技术在浙江电网的应用
25(总 310)
15 8 小电抗接地, 则相关 500 kV 变电所 220 kV
220kV 母线三相短路电流接近断路器遮断容量,
单相短路电流则已超过断路器允许值, 不能运行。
宁波绍兴地区进一步分层分区基础上, 在兰亭变
添加中性点小电抗后, 兰亭变单相短路电流明显
降低至设备允许范围内, 且母线单相短路电流小
于三相短路电流。可以看出, 加装中性点小电抗
对抑制兰亭变短路电流效果明显, 但对天一变的
电网规模的快速增加以及发电厂集中建设形 成电厂群体, 使短路电流不断攀升, 已严重影响到 电网的安全运行。
1 限制短路电流的现状
限制电网短路电流主要是优化网络结构和提 高电网设备容量两个方面, 具体做法可以是:
( 1) 提升电压等级, 下一级电网分层分区运行 将原电压等级的网络分成若干区, 辐射形接 入更高一级的电网, 大容量电厂直接接入更高一 级的电网中, 原有电压等级电网的短路电流将随 之降低。例如, 在 500 kV 电网发展的基础上, 进 行 220 kV 电网分层分区运行是限制短路电流最 直接有效的方法。 ( 2) 变电所采用母线分段运行 打开母线分段开关, 使母线分列运行, 可以增 大系统阻抗, 有效降低短路电流水平。该措施实 施方便, 但将削弱系统的电气联系, 降低系统安全 裕度和运行灵活性, 同时有可能引起母线负荷分 配不均衡。 ( 3) 加装变压器中性点小电抗接地 加装的中性点小电抗对于减轻三相短路故障 的短路电流无效, 但对于限制短路电流的零序分 量有明显的效果。在变压器中性点加装小电抗施
45. 96 38. 98
28. 55 26. 70
34. 82 32. 38
2003 年
44. 63 42. 39
43. 31 43. 50
46. 73 42. 66
36. 56 33. 84
46. 83 39. 83
38. 38 34. 76
36. 85 33. 86
2004 年
41. 76 39. 84
24(总 309)
2005, 33( 5)
送有功功率 不输送无功功 率。对已有的 交流系 统, 若通过直流系统将交流系统适当分片, 即选择 在同一地点装设整流、逆变装置, 将两套装置连接 起来而不需架设直流输电线路, 可以很好限制短 路电流水平。不过, 此方法的缺陷是换流装置设 备费用较高。
( 7) 提高断路器的遮断容量 随着短路电流水平的提高而提高断路器的遮 断容量, 也不失为一种解决办法。但是提高断路 器的遮断容量, 设备的造价高, 同时需要对相关变 电设备进行改造, 总投入资金较大。 ( 8) 综合方法 基于电网实际情况的研究, 将上述的各种限 制短路电流水平的措施进行筛选和组合, 以期达 到最优的效果。
41. 11 42. 54
49. 75 44. 04
47. 72 42. 54
41. 83 44. 04
47. 54 41. 15
43. 92 39. 22
浙江电网的 500 kV 变压器均为自耦变压器, 采用中性点直接接地方式, 500 kV 变电所的 220 kV 母线单相短路电流普遍大于三相短路电流, 因
实行电网的分区运行, 要求开断部分 220 kV 线路, 必然使电网结构减弱, 引起潮流分布改变, 使局部地区出线成为输电瓶颈, 正常运行时易超 过控制限额, 某些检修方式下更加严重, 需结合电 网改造和其他安全稳定措施来解决。同时开断线 路也可能造成部分变电所运行电压偏低 (如 2002 年宁波、绍兴电网分区后, 牌头变、雅致变电压水 平下降 ) 。为保证局部电网的 安全稳定运行, 可 在对变电所电压水平研究的基础上, 装设低电压 切负荷装置。
短路电流影响很小。
( 3) 采用变电所母线分列运行
由于瓶窑变 500 kV 和 220 kV 母线短路电流
超过 50 kA, 不满足设备要求。对于瓶窑变母线
分列运行采取了阶段性的措施: 2002年 11 月实
行瓶窑变 220 kV母线 1 / 2~ 1 / 2分列运行, 1、3号
主变接于 I段母线, 2号主变接于 II段母线; 2004