包头电网短路电流超标问题分析及解决方案研究.pdf

2 f 7 0 8年第 ： 6巷第 3 期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R MoNGol l A EL ECTRI C P OW E R 包头电网短路 电流超 标 问题分析及解决方案研 究 An a l y s i s a n d i t s Re s e a r c h Re s o l u t i o n Pr o g r a m t o I s s u e s o f S ho r t Ci r c u i t Exc e e de d Cur r e n t Li mi t i n Ba o t o u Po we r Gr i d 齐军 ， 万江 ， 张红 光 ， 刘 义 ， 刘 阳 ( 内蒙古电力调度通信 中心 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 ) 摘要1对 2 0 0 8年 包头 电网的短路 电流水平和近年来的变化趋势进行 了分析 ， 提 出解决 2 0 0 8年包头电网短路 电流超标的方案， 并从暂态稳定性、 供电可靠性和短路 电流水平三个方 面对 几种 方案 进行 了比选 对 内蒙 古 电网未 来发 展 中限制短路 电流措 施进行 了探 讨 。 关键词1短路电流； 暂态稳定 ； 供 电可靠性 中图 分类 号1 T M7 l l 文 献标 识码1 B 文章 编号1 1 0 0 8 6 2 1 8 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 0 0 1 0 4 0引言 随着 内蒙古 电网 5 0 0 k V主 网架 建 设 的加 快 和 区域 2 2 0 k V网络 的不 断加 强 系 统 电气距 离 大大缩 短 ， 联系更加紧密 ， 电网输送 能力进一步提高 ， 以往 由于 电网结构 松散 稀疏 引起 的暂 态稳定 问题得 到 了 有效改善 但是伴随着电网的发展和装机容量的扩 大 电 网短路容 量也 逐年 攀升 在 电 网快 速 发展 的 同 时如 何有 效地 控制 短路 电流增 长 已成 为 电网运行 和 规 划部 门必须 思考 的 问题 2 0 0 8 年 随着包头地区 5 0 0 k V包头北变电站和 高新 2号主变的投产 包头电网的短路 电流水平大 幅攀升 高新 2 2 0 k V侧短路电流水平达到了 5 6 k A， 超过 了开关 的遮 断容 量 短路 电流 超标 问题 首次 成 为影 响 电网稳 定 运行 和决定 电网运行 方式 的首要 问 题 本 文分 析 了包头 电 网短路 电流 水平 问题 提 出相 应 的解 决方案 并 对未 来发 展 中 限制短路 电流措 施 进行 了有益 的探讨 1 2 0 0 8年包头 电网短路 电流水平分析 2 0 0 8年 。 包 头 电 网 的变 化 为 ： 达 包 电磁 环 网在 达 拉 特发 电厂 5 2联 变解 环 呼包 电磁 环 网在 土 东 双和 土昭线解 环 。 图 1为 2 0 0 8 年 包头 电网及周 边 网 撼 叠 蔓 络 结构 示意 图 。近 年包头 电网短路 电流 变化 情况 见 表 1 所 示 。 图 1 2 0 0 8年包头电网及周边 网架结构图 表 1 变 电站 短 路 电流 变化 情 况 k A 收稿 日期】2 0 0 8 0 3 1 3 作者简介】齐军 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 陕西省人 ， 毕业 于西安交通大学 ， 硕 士 ， 工程师 ， 现从事 电网安全稳定分 析工作。 维普资讯 2 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 3 期 由表 l 可 以看 出 包 头 电网短 路 电流增 长具 有 以下特 点 ： ( 1 )2 0 0 8年初 内蒙古 电网 5 0 0 k V变 电站建 成 l 3座 初步形成 了两横三纵的 5 0 0 k V主网架结 构( 两横为 ：德岭一包头北一旗下营汗海、吉兰 太一乌海一布 日都一响沙湾一永圣域丰泉：三纵 为 ： 响沙湾一高新一包头北 、 宁格尔一永圣域一旗下 营、 丰泉一汗海一塔拉 ) 。 同时， 内蒙古电网装机容量 达到 2 7 0 0 0 MW 以上 其中 5 0 0 k V侧装机容量为 4 7 8 0 M W 占统调 容 量 的 1 7 7 。大 量 机组 接 入 了 2 2 0 k v系统 造成了内蒙古电网 2 2 0 k v系统短路电 流水平增长迅速 尤其是 5 0 0 k v变电站的 2 2 0 k V 母线 。 ( 2 )2 0 0 8年包 头 电网 5 0 0 k V包头 北变 电站和 高新 2号主变的投产 包头 电网实现由 2座 5 0 0 k v 变电站接带 2 2 0 k v双环网供电的网架结构 包头 电 网的网架结构更加紧密 同时希望铝业 3号 、 4号机 组和昆都仑 电厂 l 号、 2号机组将同步投产 从而造 成 了 5 0 0 k V高新变 2 2 0 k V短路 电流超标 5 0 0 k V 变 电站和主变 的投产对短路 电流增长影响较大 如 在 2 0 0 7年方式基础上高新 2号变投产后短路电流 水平 较 2 0 0 6年 增长 l 2 k A 2 0 0 8年包 头北 变 电站及 其主变投产后高新短路电流增长 l 0 k A这主要是 因为 5 0 0 k V系统 加 强联 系后 系统 阻抗 大大 降低 。 ( 3 )包头电网由于网络结构较为紧密 系统接 地点较多 零序综合阻抗较正序综合阻抗小 因此 单相短路 电流较三相短路 电流大 表 1中 2 2 0 k V侧 均为单相短路 电流水平 ( 4 )2 0 0 8年达 包 、 呼包解 环后 ， 麻 池 、 兴胜 、 古城 的短路电流略有降低 但随着高新 2号变和 5 0 0 k v 包头北变电站的投产 ， 沙河 、 张家营、 昆河、 高新的短 路电流水平仍持续增长， 而且增长速度逐年增加。 2 包 头电网短路 电流解决 方案分析 由于近期 规划 没有考 虑包 头地 区东南 地 区第三 座 5 0 0 k V变 电站 因此通 过包 头 电 网解环 分 区运行 来 降低短 路 电流水 平 的方 案暂不 能 实施 只 能通 过 包头电网运行方式的调整临时解决短路电流的超标 问题 。 电力系统 中短路电流和暂态稳定密切相关 短 路 电流大对系统稳定有利 小则不利 两者都是 电力 系统的有限资源 降低短路电流水平 的措施必然会 导致系统暂态稳定水平的降低 因此以下解决方案 应 对暂 态稳 定水 平进 行相应 校 核 保 证包 头 电网正 常运行方式下 一 l 及部分 一 2故障不存在稳定 问 题 。 另外 由于包头地 区接有包钢 、 包铝 、 希望铝业 等重要负荷这些负荷停 电后将导致重大经济损失 和设备损坏 因此以下解决方案还应考虑 _ l 、 一 2 后这些负荷 的运行可靠性 2 1 5种解 决方 案 高新变 2 2 0 k V母线为双母线双分段 其中高新 l 号变 、 高河线 、 高张 2号 、 高前线 、 新钢双回线上高 新 l 号 、 2号母运行 高新 2号变、 希望双 回线 、 高麻 双回线上高新 3号 、 4号母运行。 2 1 1 方案 一 高麻双回线停电解决包头电网短路电流超标 的方案 见 图 2所示 山 图 2方案一 2 1 2方案 二 高张 2号线、 高河线停电 解决包头电网短路电 流超标 的方案见 图 3所示 。 b - I口 ：1 址 河 l ， 州棚 一 图 3方案二 2 1 3 方案 三 高新 2 2 0 k V母线分裂运行 希望双回线和高新 维普资讯 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 3 期 内 蒙 古 电 力 技 术 3 2号主变上 3号 ( 或 4号 ) 母运行 ， 其余 2 2 0 k V线路 和高新 1 号变上 1 号 、 2号、 4号 ( 或 3号 ) 母运行 ， 高 新 2号变仅接带希望铝业电厂及其负荷 解决包头 电网短路 电流超 标 的方案见 图 4所 示 。 图 4方 案 三 2 1 4 方案 四 高新 2 2 0 k V母线分裂运行， 希望g 21 l 线、 高麻双 回线、高新 2号变上 3 号 、 4号母运行 ，其余 2 2 0 k V 线路和高新1 号变上 1 号 、 2号母 运行 ，解决包头 电 网短路 电流 超标 的方案 见 图 5所 示 。 图 5方 案 四 2 1 5 方 案五 高新 2 2 0 k V侧腾空一段母线 高前线 、 高张 2 号线 、 高河线上该段母 线运行 高新 2台主变及其 他 2 2 0 k V线路上其余 的母 线并列运行 解决包头 电网短路 电流 超标 的方 案见 图 6所 示 2 2 运 行 方式选 取 表 2所 示 为 比较 以上 5种 方 案 的短 路 电 流水 平 、 系统稳定性 、 供 电可靠性。 由以上对比可知 ， 方案 四的短路 电流水平降低幅度最大 并且具有较高的 稳定性和运行可靠性 因此 2 0 0 8年度运行方式选取 方案四作为包头电网的运行方式 图 6方 案 五 表 2 5种降低短路电流方案的计算 比较 方 案短路 k A 电流 稳定性 可靠性 发电机角度( 度) = 1 I达旗 G1 十 = 1 I 包一 G 6 = 1 I 包 一 G1 一 = 1 I包二 G1 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 X轴单位 ： 周波 图 7方案一 ： 兴城线 l故障 。 达旗、 包三机组失稳图 如 加 m 如 2 l l ， 一 维普资讯 4 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 0 8 年第 2 6 卷第 3 期 瓣 ill 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 x轴单位： 周 波 图 8方案二 ： 张召双 L 2故 障。 包一机组失稳图 发电机角度( 度) = 1 I 希铝 G1 =1 I 包一 G1 川 f j i f y 1 1 。 + = 1 I 乌拉 G 4 一 =1 I 包二 G1 t 。 f 0 一 1 。 f II y 0 6 0 1 2 0 1 8 0 2 4 0 3 0 0 X轴单位 ： 周波 图 9 方案五 ： 张召双 乙 2故 障， 包一、 乌拉 山机组失稳图 3 内蒙古 电网限制短路 电流方法探讨 随着 内蒙古 电网 网架结 构 的逐 步加 强和 电源装 机 的迅速 发展 短 路 电流问 题 由以前 的次要矛 盾 逐 步 上升 为决定 电 网运行 方式 和影 响电 网安全稳 定水 平 的主要 矛盾 未来 几年 中解 决 电网运行 短路 电流 超标 问题将 成 为调度 部 门电 网分析工 作 的重点 。然 而 由于内蒙古电网受地域限制 网架仍较为稀疏松 散 因此电网的暂态稳定问题仍将长期存在。 短路电 流和暂态稳定是电网运行的两大安全约束 是电力 系统的两大资源 但它们具有互相制约性 降低短路 电流水平 的各 种措 施一般 都会 降低 电 网暂态稳 定水 平 若 为 了降低短 路 电流水平 而牺 牲大量 的系统稳 定资源 导致大量电网输送受阻则得不偿失 。因此 未来 内蒙古 电 网规划 和运行 中考 虑 降低短路 电流水 平措施 时应 同时做 好暂态 稳 定水平 的校 核 保证 系 统稳定水平能够满足电网运行的要求 结合 以上包 头的电网短路电流分析 在未来 内蒙古电网规划和 发 展 中 限 制 短路 电流 增 长 方 面应 注 意 以 下几 个 方 面 。 3 1 优化 电网潮流 简化 电网结构 应在规划阶段优化 5 0 0 k V网络设计方案 实现 2 2 0 k V电 网分 区分 片运行 ， 从而优 化 电网潮流 ， 简化 电网结构 应注意研究短路电流水平与区域 电源装 机及 供 电规模 的发 展关 系 合 理选 择分 区 中 5 0 0 k V 2 2 0 k V联变 的数 量和 容量 将 短 路 电流 水平 增 长 纳 入 到 5 0 0 k V 系统规 划 和建设 的必要 条件 中。 3 2实 现 电源的分 层和 分 散接入 由包头电网短路电流特点可知 内蒙古电网普 遍 存 在着 大量 电源 接人 2 2 0 k V 系统 造 成 2 2 0 k V 系 统短路 电流水平 增 长速度过 快 而接 人 5 0 0 k V 系 统电源较少 5 0 0 k V系统短路 电流水平也不高的情 况 ： 另外 ， 局 部 地 区电 源接人过 分集 中也 是造 成局 部 短路电流偏大的因素之一 。以上问题应在系统设计 阶段 考虑充 分 3 - 3调 整 电网运行 方式 对暂不具备分区运行的地区电网相关部门应 加强短路电流水平的滚动计算 通过电网运行方式 调 整 ( 如母 线 分 裂 、 线路 断 开 运行 等 措 施 ) 来 限 制短 路电流。但这些运行方式的调整一般作为限制系统 短路 电 流水平 的过 渡方案 电 网运 行 方式 的灵 活性 和供电可靠性将难免受到一定的影响 最终必须结 合电网规划实现分层分区 简化电网结构。 3 4结 合实 际采 取相应 措 施 ( 1 )在 稳 定水 平 较 高 的地 区 通 过 稳定 校 核 后 发现对电网暂态稳定影响在可接受的范围内可以 通过降低稳定性 的某些措施来