短路电流及限流措施

肖洪

关键词：短路电流；限流；措施

1短路电流增大的危害

短路故障因其类型、发生地点和持续时间等不同，其危害程度也有所不同，可能仅破坏部分区域的正常可靠供电，也有可能越级破坏所接入大区域电网的安全稳定运行。具体来看，短路电流增大的危险后果一般包括以下几个方面：1）影响电网安全。当短路电流接近甚至超过断路器的开断容量时，由于开断能力不足，断路器可能会无法有效切除故障，从而导致故障扩大，进而造成大面积停电事故，严重影响电网输电能力及安全运行。2）增加投资费用。由于短路电流的增大，为满足设备在极端情况下的动热稳定要求，电力系统不得不进行改造、更换线路和变电站设备等，这就需要增加投资费用。而更换设备期间增加了系统运行、调度管理的复杂性，造成电网建设经济性明显下降。3）影响人畜生命安全。短路电流的增大在发生接地短路故障时，由于系统注入大地的电流过大，将产生强大的地电位反击，增加了系统接地点附近的跨步电压及接触电压，严重威胁人畜的生命安全。4）危害临近通信线路。短路电流的增大会导致不对称短路的发生，所引发磁通会对邻近高压线路的通信线路或铁道信号系统造成极大危害。电网短路电流的增加对电网的安全运行与管理是一把双刃剑，因此，从趋利避害的角度出发，需要采取一系列着眼于全局并考虑未来电网发展的短路电流限制措施。

2限制短路电流的方法

2.1做好电网规划设计

电网规划设计在限制短路电流方面的作用不容忽视，电网结构设计合理就能将短路电流限制在一定范围内。这要求我们的电网设计部门对各种设计方案进行短路计算。一般是计算今后10年左右最大运行方式时三相短路和单相短路接地时的短路电流，并根据短路电流的计算结果，经过比较，筛选出最优的电网设计方案，另外还要考虑到电网互联的情况。因为该区域电网的短路电流并不仅仅由该局部电网自身所决定，还与互联电网的电压等级、电源容量、电源接入方式、中性点接地的数量有关。总之，从电网规划的角度来控制短路电流意义重大。

2.2变压器的短路阻抗要选择适当

变压器的短路阻抗百分比是变压器的一个重要参数，它表明变压器内阻抗的大小，即变压器在额定负荷运行时变压器本身的阻抗压降大小。它对于变压器二次侧发生突然短路时，会产生多大的短路电流有着决定性意义。短路阻抗大，当二次侧发生短路时产生的短路电流小，变压器所承受的电动力就小，所造成的破坏也小。但是变压器的短路阻抗不能一味地增大，因为变压器的短路阻抗增加了，变压器损耗、体积、重量、绝缘、成本等也会相应增加。而且短路阻抗增加到一定程度后，会增大变压器设计制造难度，还会带来变压器局部过热问题，同时变压器本身损耗也会增大。如果短路阻抗选择过小，二次短路时产生的短路电流大，变压器绕组发热严重，承受的短路电动力也很大，同时会对电网中的设备造成很大冲击。为了防止电气设备的热稳定和动稳定破坏，在设备选型时要加大短路容量，需要选择重型设备，因此会增大投资。另外，变压器短路阻抗选择适当不仅对变压器本身有利，还对限制下一级电网的短路电流和降低设备造价起到重要作用。综上所述，应根据变压器所在系统条件尽可能选用相关标准规定的标准阻抗值。为了限制过大的短路电流，设计部门应通过经济技术比较并根据变压器是分列运行还是并列运行来决定变压器的短路阻抗。

2.3设备级措施

2.3.1更换更高开断容量断路器

短路电流超标导致现有断路器开断能力不足，提高断路器的遮断容量是一种对电网的运行特性无影响的最为简单直接的解决办法。对于投运较早的部分变电站，开关设备开断能力较低，通过改造能在短期内有效解决短路电流超标问题。但即使将所有设备更换，仍然会有部分站点短路电流超标。尽管国外部分厂家具备生产遮断容量高达80kA断路器的能力，但实际使用数量还非常少，其安全可靠性有待实践检验。另外，其价格接近于63kA断路器的2倍，还有可能涉及变电站内大量现有设备的改造或更换，由此引发较大的经济费用。因而，单纯指望提升断路器的遮断容量来解决短路电流过大的问题是不切实际的。

2.3.2采用高短路阻抗变压器

高阻抗设备从原理上是在系统容量一定情况下，通过增大系统阻抗的方法达到限制短路电流的目的。采用高阻抗变压器可以避免增加电抗器设备，从而减少故障点及维护检修工作量。目前，国内很多厂家制造高阻抗变压器的技术都比较成熟，实际运行效果也较好。实践证明，采用高短路阻抗变压器是限制下一级电网短路电流的一种行之有效的办法；但值得注意的是，采用高阻抗变压器后，应配置足够的电容器容量，以补偿高阻抗带来的电压降低与无功损耗，这又增加了变电站的建设投资，而且更换高阻抗变压器投资和停电损失较大，因而该方案适合在规划阶段考虑。

2.4电网分层分区

所谓分层分区是指按传输能力的大小和电网的电压等级将电力系统分为若干结构层次，在不同层次按供电能力划分为若干区域，使各区域内电力负荷的供需基本平衡。电网分层分区可以明显降低大系统带来的潜在威胁，比如高低压电磁环网引发的系统稳定破坏和局部电网问题诱发的连锁反应等。随着高一级电网的建设，下级电网应逐步实现分区运行，避免和消除严重影响电网安全稳定的不同电压等级的电磁环网。伴随着社会用电量的持续增长和电网建设规模的不断加大，电网间的互联日益增强，500kV和220kV电网接线越来越趋于复杂，不同电压等级间的环网增多，220kV系统短路电流越来越接近甚至超过断路器遮断容量，某些500kV变电站的单相短路电流也开始出现超标的情况。以上因素使得电网发生事故的概率加大，系统安全稳定性降低。在采用母线上加装分段电抗器、增大变压器的阻抗等常规限流措施效果不理想时，电网分层分区就成为降低系统短路电流的重要手段。以吉林省电网为例，已经实现了“电磁解环”，即各220kV线路以各自的500kV变电站为核心，两个不同500kV变电站之间的220kV线路分网分区运行。几年来的运行实践证明，这种方法在降低系统短路电流水平方面作用明显，大大提高了电网的运行稳定性。

3结论

近年来我国经济发展迅速，电力消费也迎来了一个高速增长的新时期。伴随着电网建设规模的加大和电网结构的日趋完善，系统短路水平还将不断提高，增长的短路电流已成为制约电网发展的重要因素，如何控制短路电流成为摆在电力科研工作者面前的首要课题。然而控制短路电流是一项任务艰巨而复杂的系统工程，它要求电力科研工作者从电网的规划设计、系统运行方式等多方面综合考虑，并结合每个电网自身的特点和当前电力改革的实际，同时借鉴国外的先进经验，群策群力，积极探索、研究制定出切实可行的、合理的、有效的短路电流限制方案。

参考文献：

[1]于会泉.电网短路电流限制措施的优化配置研究[D].华北电力大学（北京）,2011.

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[3]王文廷.电网短路电流限制措施的探讨[D].浙江大学,2005.

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