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变电站短路电流超标分析及解决方案
摘要:随着广东电网网架结构的不断加强及发电机组的增加,网络中短路电
流水平越来越高,部分变电站母线短路电流已经超过了断路器开断能力,提前分
析广东电网短路电流状况并研究防治措施成为国家电网迫切的需求。另外,“十
三五”期间特高压交直流将接入广东电网,会进一步提升广东电网短路电流水平。
因此如何经济有效的限制电网短路电流水平成为了目前制约电网发展的重大难题。
关键词:广东电网短路电流特高压
1短路电流增大的原因及危害
电网的短路是指:各个变电站传输的电流相与相之间或相与地之间被小电阻
的物体短接之后,形成的一种大电流通路。
引起短路电流水平持续升高的原因有发电机机组容量的增加、发电厂密集建
设、主干系统线路短、跨省际联网等等。由于人们对环境保护、安全认识的提高
以及资源分布经济发展的制约,出现了单个发电厂发电机组数增多及多个发电
厂集中建设的现象。随着电力系统的发展,跨省际联网虽在提高经济效益,减少
电网安全事故上有着明显的优势,但却又给电网络带来了潜在的威胁,如使系统
运行管理更加复杂、片区个别问题可能导致连锁反应,造成大面积停电事故等。
综上所述的原因,当短路电流水平超过电网承受的能力时,就必须采取必要的措
施限制短路电流。对于江西电网而言,由于负荷过于集中,网架结构不断加强以
及大量自耦变压器的使用等原因,使得江西电网短路电流水平不断攀升。
短路电流的危害主要有以下几个方面:
(1)短路故障电流一般要比正常电流大数倍,因而由短路电流的电动力效
应引起的机械应力,可能会破坏电网支架。
(2)短路电流会使设备持续发热,使得电力设备超过耐热值而损坏。
(3)短路时会使系统电压下降,将给人们生活造成很大的影响,带来国民
经济巨大损失等严重后果。
(4)当短路发生在电源近区且持续较长时,可能会使并列运行的电厂失去
同步,电网失去稳定,甚至导致大片地区停电。这是短路故障最严重的后果。
(5)当发生不对称短路时,不平衡电流的产生会在周边形成很大的磁通,
对周围的信号造成很大的干扰,对人民生活交通带来严重的影响。电网短路电
流的危害严重程度将随着短路电流的升高而增加,因此迫切需要采取有效的短路
电流限制措施。
2短路电流分析
2.1短路电流等值研究模型
影响220kV侧短路电流的因素主要包括所处220kV电网结构以及变电站
主变压器等值阻抗等因素,不同站点、不同变电站的短路电流水平受二者影响程
度不同。为确定变电站220kV侧短路电流超标机理,本文基于二端口网络等值
模型对变电站短路电流的构成要素进行定量分析。
作为双端口网络,保留了变电站500kV220kV母线。其中,Z、Z为变压
H1M1
器T形等值电路的正序阻抗;Z、Z、Z为变压器T形等值电路的零序阻抗;其
H0M0L0
值代表了变电站变压器阻抗的大小,变电站下送负荷越大,变压器数量越多,其
值越小。ZZ为电磁环网的正序、零序等值联络阻抗,即从220kV母线出发
eq1eq0
经过500kV线路、又回到220kV母线的网络等值阻抗;电磁环网越紧密,其值
越小。Z、Z为500kV母线对地的正序、零序等值阻抗,代表所有通过变电站
HS1HS0
500kV母线对故障点的转移阻抗值;500kV电网电气连接越紧密,该值越小。Z、
MS1
Z为220kV母线对地的正序、零序等值阻抗,代表220kV电网对故障点的转移
MS0
阻抗值;220kV电网电气连接越紧密,该值越小。
根据短路点等值网络模型,500kV变电站220kV侧母线短路电流I为:I
dd
=I+I=1/Z+1/Z,
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