特高压交流变电站母线短路电流的影响因素分析

特高压交流变电站母线短路电流的影响因素分析

发表时间：2019-07-24T14:49:44.550Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：刘昱良崔玮

[导读] 摘要：变电站母线短路现象频发，需要根据其特殊情况采用加装限流电抗器或者更换相关的设备来达到控制变电站10kV母线短路电流的目的，同时又能保证变电站的安全和可靠运行。

（山西省电力公司检修分公司山西省太原市 030032）

摘要：变电站母线短路现象频发，需要根据其特殊情况采用加装限流电抗器或者更换相关的设备来达到控制变电站10kV母线短路电流的目的，同时又能保证变电站的安全和可靠运行。

关键词：特高压；交流变电站；母线短路；电流；影响因素

随着特高压交流电网的形成和快速发展，各省级500kV交流电网层面的短路电流水平整体有所改善，但特高压交流变电站附近的500kV 母线短路电流有所增加。甚至在特高压交流网架的规划初期，部分特高压交流变电站中压侧母线短路电流就已超标，直接影响最终的特高压交流电网规划方案以及各特高压交流变电站的接入系统方案，并进一步影响后续运行方式的安排。因此，必须采取措施限制特高压交流变电站高压侧和中压侧母线的短路电流水平，以保证近远期交流特高压网架以及其附近500kV交流网架的合理性。

1电流限制措施的原因分析

500kv系统随着社会发展的需要而陆续接入电网，由于系统电压等级和容量负荷的增加，系统短路电流也逐步的增大，使得变电站正在运行的设备因不适应系统的发展而发生短路，影响整个电网的正常运行。以包头地区为例，冬季需要设置500kv的网架结构，以保证供电的可靠性，而包北地区的变电站需要增加2号主变压器，新建220kv的生态铝业变电站并对部分线路进行改切，当采用高新1号、2号主变压器啊分裂运行的方式，则会发现计算得出的各个变电站的三相短路电流值有的几乎超标。因此，为保证变电站设备的安全稳定运行，应根据变电站的具体情况进行限流措施。

2中压侧短路电流影响因素分析

2.1中压侧三相短路电流分析

同理，在“南阳—驻马店”、“荆门—武汉”、“长沙—南昌”特高压交流输变电工程投产前的特高压网架下，可计算得出特高压交流站中压侧自阻抗ZkM1。考虑华中地区投产“南阳—驻马店”、“荆门—武汉”、“长沙—南昌”特高压交流输变电工程，则华中地区部分特高压交流站中压侧正序自阻抗（标幺值）。ZHS1和ZMS1的值与对应元素的值相等。此时，华中地区各特高压变电站中压侧母线的正序自阻抗ZkM1在0.0020~0.0050之间。经计算可得，华中地区各特高压交流变电站中压侧母线短路电流影响因素中，1000kV侧交流电网的比重为0.09~0.23之间，500kV侧交流电网的比重为0.51~0.68之间，特高压变电站主变压器的比重为0.10~0.28之间。综合来看，对特高压交流变电站中压侧母线短路而言，500kV侧交流电网对其影响最大，若将特高压变电站主变压器的影响计入，则两者占中压侧母线短路电流影响的比重为

0.75~0.91之间。在“南阳—驻马店”、“荆门—武汉”、“长沙—南昌”输变电工程投产后，华中地区各特高压交流变电站中压侧母线短路电流影响因素中，1000kV侧交流电网的比重上升为0.19~0.32间。500kV侧交流电网的比重下降为0.44~0.58，特高压变电站主变压器的比重下降为0.13~0.24。即随着远期特高压交流网架的增强，500kV侧交流电网对特高压变电站中压侧母线短路电流的影响下降，但依然维持在

0.44~0.58的水平；如果将特高压变电站主变压器的影响同时计入，则两者占中压侧母线短路电流影响的比重仍达到0.68~0.81。

2.2中压侧单相接地短路电流分析

在“南阳—驻马店”、“荆门—武汉”、“长沙—南昌”特高压交流输变电工程投产前的特高压网架下。南阳、武汉和荆门特高压交流站中压侧的零序自阻抗比其正序自阻抗要大；驻马店、长沙、南昌、赣州特高压交流站中压侧的零序自阻抗比其正序自阻抗要小。即驻马店、长沙、南昌、赣州特高压交流站高压侧单相短路电流要大于对应的三相短路电流，在分析中需要加以注意。考虑华中地区投产“南阳—驻马店”、“荆门—武汉”、“长沙—南昌”特高压交流输变电工程，则华中地区部分特高压交流站高压侧零序自阻抗（标幺值）。华中地区特高压网架增强后，各特高压站中压侧零序自阻抗变化不大，约为投产前的0.88~0.97。驻马店、长沙、南昌等特高压变电站中压侧的零序自阻抗依然比其正序自阻抗要小，即远期来看，驻马店、长沙、南昌、赣州特高压交流站高压侧单相短路电流依然要大于对应的三相短路电流。

2.3中压侧母线短路电流抑制措施分析

华中地区各特高压变电站近期中压侧母线短路电流水平在22.87kA~54.73kA间，赣州特高压变电站中压侧母线短路电流最小，南阳变电站最大；远期短路电流水平在41.51kA~59.78kA范围内，其中武汉特高压变电站中压侧母线短路电流最大。近期和远期特高压交流变电站接入系统规划可较好适应各省500kV网架规划，使各特高压交流变电站中压侧500kV母线短路电流维持在合理范围内。值得注意的是，远期武汉和南阳特高压交流站中压侧母线短路电流接近断路器遮断容量。分析结果表明，武汉特高压站500kV侧网架影响短路电流比重为0.56，主变压器影响比重为0.21；南阳特高压站500kV侧网架影响短路电流比重为0.58，主变压器影响比重为0.13。因此，对于武汉特高压变电站，后续采取的短路电流抑制措施包括增大变压器等值阻抗或改变500kV侧电网参数；对于南阳特高压变电站，改变500kV侧电网参数是抑制电流的主要措施。

3讨论

基于短路点自阻抗原理，推导了特高压交流变电站高压侧和低压侧自阻抗表达式，分析了各特高压交流变电站高、中压侧短路电流的影响因素，给定了特高压变电站1000kV侧交流电网结构、特高压交流变电站主变压器以及500kV侧交流电网结构对高压侧和中压侧母线短路电流影响的比重关系，主要结论如下：（1）各特高压变电站高压侧母线的三相短路电流和单相接地短路电流主要受1000kV电网结构影响。对于华中地区特高压交流变电站，1000kV侧电网结构对其短路电流影响的比重近期在0.51~0.80之间，远期达到0.69~0.82之间。除了南昌特高压变电站外，华中地区其他特高压变电站高压侧单相短路电流要小于对应的三相短路电流。（2）各特高压变电站中压侧母线的三相短路电流和单相接地短路电流主要受500kV电网结构和特高压站主变压器影响。对于华中地区特高压交流变电站，500kV侧电网结构对其中压侧母线短路电流影响的比重近期在0.51~0.68之间，远期在0.44~0.58之间；若计入特高压主变压器，则两者对短路电流影响的比重近期在0.75~0.91之间，远期在0.68~0.81之间。

4结论

随着地区电源的不断增多，电源点的接入也越来越密集，系统短路现象将会越来越频繁，电流也将会越来越大，加装限流电抗器和更换相关设备也并非能够真正解决问题的根本。目前多数的500kV电网建设都十分落后，不具备加装限流电抗器和更换设备的条件。实施开环