500kV变压器低压侧短路电流超标问题研 500kV变压器低压侧短路电流超标问题研究 中南电力设计院,湖北武汉430071)摘要:以双河变电站为实例,详细分析了变压器低压侧短路电流超标的原因,并从 解环运行,增加限流电抗器等角度考 虑不同的限流措施.校核计算结果表明,增加限流电抗器使短路电流下降最为明显, 能有效解决变压器低压侧短路电流 超标问题,综合技术经济指标较优. 关键词:变压器;低if,.-4~4;短路电流;限流电抗器 中图分类号:TM4012 文献标识码:B 文章编号:1006.6519(2006)05—0020—04 ResearchonShort..—circuitCurrentExeceedingLimitof500kV rmerLVoltagSide1ranslormerLowVolta~ee CHENZheng,YANJing,ZHONGSheng,FANGXiao—song 随着国民经济及用电负荷的快速增长,电网建设 也得到了长足发展.然而,目前仍有许多2O 世纪8O 年代投运的老变电站作为电网中的枢纽节点,仍在继 续运行发挥余热中.系统短路容量的快速增长,导致 平武工程等早期投产的变电站出现了低压侧短路电 流超标等问题对这些问题的妥善解决有利于充分利 用现有设备资源.发挥最大的经济效益.也有利于保 证系统的安全稳定运行.更好地服务国民经济社会. 初步研究表明.变压器低压侧短路电流超标问题 与一般短路电流超标问题有共性也有其特殊性本文 将结合双河变电站低压侧短路电流超标问题.详细阐 述相关解决思路,以供工程参考. 双河变电站概况截止目前.双河变拥有750MV?A 变额定电压为550/242+8x1.25O/o/20kV.主变短路压降为H_Ml2%,1%,Uk5%;500kV 出线6 回.220kV 出线8 回;低压侧无功补偿设备为2 抗,容量为2x60Mvar.站内开关设备参数概况如下: (1)500kV 断路器,隔离开关,CT,阻波器的额定 短路开断电流,热稳定电流均为50kA 及以上,动稳 定电流均为125kA 及以上. f21220kV 断路器,隔离开关额定开断电流,热稳 定电流均为50kA. f3120kV 设备:低压电抗器回路断路器额定短路 开断电流为50kA,所用电回路断路器额定短路开断 电流为40kA. 随着系统规模增大.近年双河变低压侧短路电流 水平已经超过40kA(即超过所用电回路断路器开断 容量1.为保障双河变的安全可靠运行,拯需尽快解决 其低压侧短路电流超标的问题. 短路电流计算双河变电站20052008 年的逐年短路电流计算 结果如表1 所示. 可以看出.随着近区电源投产及系统规模不断扩大.双河变高压侧短路电流逐步增加,2005 为32.2kA.2008年将增加至38.0kA:双河变中压侧 短路电流则基本维持在31kA,受解环运行影响, 2008 年双河变中压侧短路电流略微下降:双河变低 压侧短路电流基本维持在41.4kA 左右. 初步分析表明,由于双河变低压侧额定电压较低 为20kV),在同等短路容量下,低压侧短路电流比一般变电站高出较多,易导致低压侧短路电流超标问 题.目前,双河变低压侧所用变回路采用的断路器开 断容量仅为4OkA,因此,自2005 年起,双河变短路 电流水平均超标. 收稿日期:2006—07—26 作者简介:陈政(1977 一),男,湖南衡阳人,硕士,工程师,从事电力系统规划工作 第19卷500kV 变压器低压侧短路电流超标问题研究2006 短路电流超标解决方案研究为降低双河变低压侧的短路电流,本文主要从解 环运行,增加限流电抗器等角度,进行了不同限流措 施的研究 3.1 解环运行方案研究 随着电力系统规模扩大,网络出线间隔密集及 电源集中接入等因素的影响,系统中某些节点的短 路电流将大幅增加.为解决短路电流超标问题,将 电网中相关线路解环运行是实现该目的的有效手 段之一. 2005 年双河变低压侧短路电流已达到41.3kA,超 出低压侧所用电回路开关的开断容量限制.表2 给出 了2005 年双河变低压侧短路条件下,各支路提供的 分支电流由短路分支电流表可知,500kV 支路共提 供了约12.6kA 的短路电流,220kV 支路合计提供了 约28.7kA 由此可见,双河变220kV 出线较多,提供 了大部分的短路分支电流.但是,需要指出的是,双河 变是荆门地区电网目前唯一的50okV 潮流下网点, 正常下网潮流320MW左右.同时,双河变也是支撑 鄂西小水电220kV 外送通道,构筑荆门地区电网,以 及保障地区负荷供给的枢纽节点.因此,在解环运行 研究中.需充分考虑对地区负荷的可靠供给及电网安 全运行等因素. 表22oo5 年双河变低压侧短路分支电流表 注【l】:折算到2OkV 侧的短路电流 综合考虑系统远近期规划,针对2005 区电网初步拟定两个解环方案:方案1(500kV 解环方案):将襄樊一双河线路改接 至斗笠,同时将双河至斗笠线路开断运行; 方案2(220kV 解环方案1:在方案1 的基础上,将 双河至余岭(宜城)220kV 线路开断运行. 分别给出了方案1和方案2 的系统等值网络. 原系统方案 解环方案l kV kV kV 解环方案2 图12005 年系统等值图 不同解环方案条件下的双河变电站短路电流值 如表3 所示. 表32005 年双河变短路电流计算结果表 可以看出,与原方案相比,在不同的解环方案条件下,高压侧和中压侧短路电流减少显着,高 压侧短路电流从32-2kA下降到15kA 左右,中压侧 短路电流从31kA 下降到26--29kA 左右但是.在两 个解环方案中,低压侧短路电流水平变化很小,仍基 本维持在41kA 左右. 经比较分析解环方案与原方案的系统等值参数 可以发现,由于变压器低压侧等值阻抗为0.0627,与 系统500kV 支路等值阻抗相比,相差近一个数量级, 与系统220kV 支路等值阻抗相比.也相差数倍.即低 压侧的短路电流主要取决于主变的低压侧等值阻抗 大小,而受外部系统等值阻抗变化影响较小. 因此,受高,中压侧与低压侧等值支路阻抗比值 相差较大的影响,50okV 侧解环运行对降低双河变 低压侧短路电流影响甚微,220kV 侧解环运行限流 效果也不显着;且双河变是实现荆门地区负荷供给, 保障荆门电网可靠运行的枢纽节点,220kV 行受到限制.因此,可以初步认为在保障系统稳定运行条件下,解环运行无法有效解决变电站低压侧短路 电流超标问题. 3.2 限流电抗器方案研究 除解环运行外,在节点连接支路上串联限流电抗 器是限制短路电流的另一重要手段.目前,限流电抗器 在配电网络应用较为广泛,主要用以限制馈线的短路电 流.此外,在《国家电网公司500kV 变电站fGIS)典型设 计005 中,明确推荐在500kV变电站低压 侧所用电回路上采用串联限流电抗器的接线方式.采用 该方式可以显着降低变压器低压侧的短路电流水平,选 用较低开断容量的断路器,进而节省综合投资. 如图2 所示,双河变电站20kV 侧接有两台并联 低压电抗器和所用变压器.其中并联低抗由于采用了 MGFA72.5 型断路器,开断容量达到50kA,不存在 短路电流超标问题;而所用电回路,由于采用的是平 顶山高压开关厂的LW6_63 型断路器,开断容量为 40kA,短路电流超标,因此对双河变电站而言,仅需 限制所用电回路上的短路电流就可以解决问题. 下面将针对双河变低压侧所接的所用电回路进 行串联限流电抗器的限流措施研究. 20kV 双河变20kV侧电气接线示意图 3.2,1 串联限流电抗器短路电流计算与分析 参照《国家电网公司500kV 变电站(GIs)典型设 计》电气主接线图中有关限流电抗器的典型参数(35/kV-100A-5,初拟在所用电回路上串接电抗值511 的限流电抗器.增加限流电抗器后的系统等值阻抗如 所示.kV 串接限流电抗器的系统等值阻抗图串联限流电抗器后,所用电回路的短路电流计算 结果如表4 所示. 短路电流计算结果表短路电流计算结果表明,串联限流电抗器后,所用 电回路短路电流由原方案的41.3kA 下降到2.2kA.限 流效果显着,满足了所用电回路断路器开断容量限制 要求(4okA). 3.2.2 限流电抗器设备选型 若以断路器的最大开断容量f40kA)为限制条件, 经计算可以得到限流电抗器的最小阳抗值约为Q038Q. 因此,限流电抗器的设备选型,需满足以下系统条件: f1)电抗值>0.03811; (21 过流能力必须大于串接限流电抗器后的短路 电流: f3)耐压水平满足系统要求. 经与相关国内厂商沟通,目前国内电抗器生产厂 商可以提供满足以上系统要求的干式空心限流电抗 器系列. 3.2.3 电气布置可行性初步分析 采用限流电抗器方案解决双河变短路电流超标 问题时,需考虑另一个重要约束条件,即电气布置的 约束.由于双河变电站是老站,限流电抗器的布置必 须结合站内具体电气布置进行可行性研究. 根据厂商提供参数,限流电抗器本体直径约为 第19卷500kV 变压器低压侧短路电流超标问题研究2006 1.5m,电气净距最小约1rn用三相水平一字形布局). 为满足以上电气布置要求.需对双河变20kV 进线间隔 电气布置稍作调整.初步考虑如下调整方案:将所用电 20kV 侧进线间隔中的避雷器和电压互感器往主变侧 的20kV 母线下平移2~3m.在隔离开关和电压互感器 间串接限流电抗器,电气布置示意图如图4 所示. fl 20kV母线 站内原电气布置方案 进雷器20kV母线 短路电流校核及投资估算根据前面的论证分析,串接限流电抗器可以有效 解决双河变低压侧短路电流超标问题.下面将对各方 案进行逐年短路电流校核计算及综合经济投资估算, 并作简要分析. 4.1 短路电流校核计算 各方案的2005~2008 年逐年及2010 年短路电 流校核计算结果见表5.串接限流电抗器可以大幅降 低双河变低压侧的短路电流水平,满足限制要求. 双河变电站短路电流校核计算结果表4-2 投资估算 结合厂商提供的初步设备造价,表6 给出了增加 限流电抗器方案及更换开关设备方案的投资估算.经济 比较结果表明,串接限流电抗器方案较为经济. 商提供的最终定价为准注【2】:仅作参考,以工程具体实施费用为准 43 综合分析 短路电流校核计算表明,串接限流电抗器和更换 断路器均能有效解决双河变的低压侧短路电流超标 问题.但是,需指出的是更换断路器后,双河变低压侧 短路电流仍维持在41.4kA 左右,如此高的短路电流 水平对该回路上的其它电气设备可能形成考验.而通 过串接限流电抗器.双河变低压侧的短路电流水平可 以下降到2.2kA,开关设备短路容量裕度较大.可见 串接限流电抗器方案综合技术经济指标较优. 结论与建议围绕如何解决双河变低压侧短路电流超标的问 题,本文从解环运行,串接限流电抗器等展开限流措 施研究,相关研究结果表明: (1)变压器高,中压侧电网解环运行无法有效降 低变压器低压侧短路电流.因变压器低压侧等值阻抗 很大,与系统等值阻抗相差较大,因此,变压器低压侧 短路电流主要受低压侧等值阻抗约束,而与系统等值 阻抗关系不大. (2)串接限流电抗器可以有效降低变压器低压侧 短路电流水平.通过串接限流电抗器可以直接增加变 压器低压侧回路的等值阻抗,大幅降低低压侧短路电 流,具有较好的技术经济效益. 综合以上分析,本文认为采用串接限流电抗器方 案解决变压器低压侧短路电流超标问题技术经济优 势明显,建议在工程中推广应用.