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变电站低压侧限流电抗器的配置研究

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第26卷第2期 广东电力 Vol_26 No.2 2013年2月 GUANGDONG ELECTRIC p0WER Feb.2013 doi:1 0.3969/j.issn.1007—290X.2013.02.002 变电站低压侧限流电抗器的配置研究 程正刚,霍艳萍,张楠 (广州电力设计院,广东广州510620) 摘要:在变电站低压侧加装限流电抗器可以限制短路电流。为此,结合生产运行实践,采用建模计算的方法, 分析了城市电网4种不同接线形式对限流电抗器配置的影响,给出了计算公式;认为限流电抗器选值时只要串 联电抗器后短路电流小于控制值,并且其对10 kV母线电压影响小于5%,则该串联电抗器值即满足要求。最后 选择广州某220 kV变电站为对象进行实际计算说明。 关键词:变电站;限流电抗器;短路电流 中图分类号:TM71 文献标志码:A 文章编号:1007—29OX(2013)02—0006—04 Research on Configuration of Current Limiting Reactor at Substation Low Voltage Side CHENG Zhenggang,HUO Yanping,ZHANG Nan (Guangzhou Electric Power Design Institute,Guangdong,Guangzhou,510620,China) Abstract:This paper analyzes using current limiting reactor at substation low voltage side to control short—circuit current.By combining productive operational practice,it takes method of establishing model calculation,analyzes affect on configura- tion of current limiting reactor by four different connection ways of urban power grid and proposes calculation formula.It considers that when choosing current limiting reactor value。if the short-circuit current is less than control value after instal— ling reactors in series of which the affect on 10 kV bus voltage is less than 5%。then the series reactor value iS satisfied for requirement.By taking one Guangzhou 220 kV substation as object it carries out practical calculation for explanation. Key words:substation;current limiting reactor;short—circuit current 随着国民经济及用电负荷的快速增长,电网容 电力损耗等。相比之下,串联电抗器由于自身性能 量持续增加,使电网系统阻抗减小,特别是大容量 和对电力系统稳定性的作用,从高压网络到配电网 变压器的使用与并列运行,导致系统短路电流水平 络都获得了极大的推广利用 。而在变压器低压 不断上升,甚至超过了断路器的开断容量。为了降 侧电抗器又由于其投资较经济,限流效果明显,是 低断路器的额定开断容量以节省投资费用,同时提 目前实际中常用的方法。 高相应母线的电压,迫切需要限制电网的短路电流 水平 。 1 限流电抗器限流原理 限制短路电流的措施一般有_l2]:发展高一级电 限流电抗器按是否含有铁心而分为铁心电抗器 压等级电网;采用电网分片或将母线分列分段运 和空心电抗器,按绝缘介质类型分成油浸式和干 行,甚至将电网解列;采用高阻抗变压器;采用串 式。 联电抗器限流。上述方法各有特点,但是都会带来 铁心电抗器的磁路是一个带间隙的铁心外套线 一定的问题,如降低电力系统的安全可靠性,增加 圈。由于套有铁心,故电感值通常可以做得较大, 但是由于铁心的饱和现象,电流超过一定数值后, 收稿日期:2012.09—28 电感值将逐渐变小。其优点是:电抗器内绝缘故障 第2期 程正刚,等:变电站低压侧限流电抗器的配置研究 可再修复,对周围电气设备干扰小,容易做成高 压。缺点是:线性度不好,结构复杂,维护工作量 大,防火要求高,重量大,噪音大。 空心电抗器实际是一个空心的电感线圈。磁路 图2所示。 的磁导小,电抗器也较小,但不存在饱和现象,电 抗器是一个常数,不随电流的大小而改变。线性度 好、机械强度高、噪音小、重量轻,缺点是线圈内 绝缘故障不可修复、干扰大、不易做成高压。 限流电抗器在原理上就是一个电抗值为L的 电感元件。以型号为XKK.10.4000.10的电抗器 (电压值为10 kV,额定电流为4 kA,电抗百分值 k=10%,基准电压U =10.5 kV,基准电流I = 5.5 kA,基准容量S =100 MVA)为例,其阻抗 (标幺值)为0.13。 假设系统电源为无穷大,其系统等效阻抗标幺 值为 ,那么短路电流标幺值 I,- 1 . 由于电感阻抗 的存在,分母增大,可使系 统短路电流显著减小_8]。 2变电站低压侧装限流电抗器模型分析 2.1 变电站短路电流控制模型分析 假设典型的220 kV变电站模型的有3台主变 压器并列运行,变电站接线模型如图1所示。 V 10kV T1一T3为1—3号主变压器;O1、G2分别为220 kV和110 kV系 统;X=o、XNo变电站高压侧220 kV系统等效电抗标幺值、变电 站高压侧110 kV系统等效电抗标幺值。 图1变电站接线模型 计算模型1:将该变电站作为终端变电站,同 时变压器采用分列运行,以3号主变压器为分析对 象,不考虑110 kV系统与其他变压器对3号主变 压器后串联电抗器短路电流的影响,其阻抗系统如 V l、XⅢ、Xh分别为主变压器低压侧等效电抗标幺值、主变压器 中压侧等效电抗标幺值、主变压器高压侧等效电抗标幺值;F1、 F2分别为未安装电抗器时的短路点和安装电抗器后的短路点。 图2计算模型1阻抗图 则未安装电抗器短路时: Xe口=Xl+( 22o+Xh); IF1 1×瓦J r・ 安装电抗器短路时: 1 r 一 ^ v u r’ 其中, ,R为未安装电抗器时的短路电流值和安 装电抗器后的短路电流值。 计算模型2:将该变电站作为终端变电站,不 考虑110 kV系统对3号主变压器后串联电抗器短 路电流的影响,但是考虑1号、2号主变压器10 kV侧对短路点的充电,则其阻抗系统如图3所示。 图3计算模型2阻抗图 则未安装电抗器短路时: T =( h)ll( h)ll( h); Xeq=X220+( h+X1)ll( h+Xl+ ) ( h+Xl+ ); =, × Sr 1× . √3【, eq √3 c, 广东电力 第26卷 安装电抗器短路时: Xeq=X220+(Xh+ 1+ )ll( h+ l+ )l l( h+Xl+ ); =, ×_ : × . ,/3 U A eq/,3 u 其中,高、, 分别为未安装电抗器时的短路电 流标幺值和安装电抗器后的短路电流标幺值。 计算模型3:考虑现在不少城市电网中,有 1lO kV侧出线互联的问题,即当10 kV侧出线故 障时,故障电流中含有互联电源点注人的充电电 流。其阻抗系统如图4所示。 图4计算模型3阻抗图 则在F1处短路时: Xeq=XI+(X22()+Xh)ll(X110+ ); ,F1 × √3 U = ×eq, /3 U. 在F2处短路时: Xeq=X+Xl+(X220+Xh)ll(X1lo+Xm); = ×√3 eq/,3  U. 计算模型4:考虑其他变压器110 kV侧对短 路点的影响,则其阻抗系统如图5所示。 图5计算模型四阻抗图 当F1处短路时: _l1=( h)}I( h)ll(Xh); eq= l+( 220+ T1); ,F1 × ×√3 U = eq/, 3 U. F2处短路时: eq= + l+( 22o+ T1); = √3 ×eq/,3  U. 2.2限流电抗器的选值 在区域电力系统中,为了保证电网安全可靠性 与经济性,都会对低压侧的短路电流进行限制,以 利于10 kV断路器的容量配合与选型。在实际的 限流电抗器选值中,只要保证F2点(电抗器后)短 路电流小于控制值,则该串联电抗器值即满足要 求。 同时,限流电抗器的选择要保证其对10 kV 母线电压损失小于5%,本文分析中假定4种模型 的限流电抗器均满足此控制条件。 3案例计算分析 3.1计算案例分析 限流电抗器的配置选择,以在220 kV主变 压器扩建时的配合最为繁琐,本计算案例选择广 州某220 kV变电站扩建第3台主变压器为分析 基础。 根据系统模拟计算,220 kV侧最大短路电流 为28.030 kA(2020年单相短路电流),110 kV 侧最大短路电流为17.813 kA(2015年三相短路 电流)。限流电抗器参数选取以型号XKK.10. 4000.10的电抗器为准,主变压器容量为240 MVA,高压侧至中压侧、高压侧至低压侧、中压 侧至低压侧短路电压百分比分别为14%、35%和 21%,则220 kV、110 kV侧系统短路阻抗标幺 值分别为: 。=忐= = oos9; 。= = = 2. 式中:1220d为220 kV侧最大短路电流;Ill0d为110 第2期 程正刚,等:变电站低压侧限流电抗器的配置研究 kV侧最大短路电流。 配置需要考虑限流电抗器阻抗值对主变压器保护灵 敏度的影响,同时应避免谐振。同时,进一步研究 计算可得变压器高压侧、中压侧、低压侧的阻 抗分别为Xh=0.058 3,X =0,Xl=0.087 5。 再根据4个计算模型进行计算,其结果见表1。 表1各种模型计算结果 3.2结果分析 通过计算分析可知,考虑不同侧对10 kV母 线影响时,未安装电抗器前短路电流都比较大,以 模型3的10 kV侧互联影响最大,说明当前变电 站设计中10 kV采用分段接线有助于降低短路电 流。安装电抗器后的,模型1的短路电流较小,满 足广州地区对10 kV侧短路电流20 kA的控制要 求。模型2安装电抗器前后的短路电流都很大。因 此在变电站的配置中,要控制短路电流,就必须采 用包括主变压器分列运行,220 kV、110 kV母 线、10 kV母线分段运行的方式,尤其是10 kV母 线的分段对10 kV侧短路电流影响最大。在当前 的城市电网中,为了提高电力供应的可靠性,降低 停电时间,以增加不同电压等级变电站互联点和同 一电压等级成环的方法,都将在低压侧短路时向短 路点引入充电电流,使短路电流增大,提高系统的 安全控制成本。 4结束语 采用不同方法控制区域电力网不同电压等级的 短路电流已经成为当前区域电网安全稳定的一个重 要手段。在以变电站为重心开展的低压侧10 kV 网络短路电流的控制中,当前以用户可靠性为重点 的不同新型网络接线的推广及应用,将显著增大 10 kV侧短路电流,给限流电抗器的配置带来挑 战,根据现实运行中可能出现的不同接线情况进行 限流电抗器的配置研究与保护配置分析,一直都是 生产运行实践中的一个重点内容。同时限流电抗器 采用电力电子技术的可控电抗器,实现在系统正常 运行时影响很小,在系统短路时快速限制短路电 流,以及考虑不同电压等级限流措施的配合以达到 整体区域电网限流措施的最优,都将是以后进一步 研究的重点。 参考文献: [1]陈政,燕京,钟胜,等500 kV变压器低压侧短路电流超标 问题研究[J].华中电力,2006,5(19):20—23 CHEN Zheng,YAN Jing,ZHONG Sheng,et a1.Research on Short-circuit Current Exceeding Limit of 500 kV Trans- former Low Voltage Side1-J].Central China Electric Power, 2006,5(19):20.23. 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