500kV交流送电网络短路电流研究.pdf

弗 5 0 雹 弟 j别 2 0 1 3年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t ric P o we r Te c h n o l o g y V0 1 3 6。 No 3 J u n 。 2 01 3 5 0 0 k V交流送电网络短路电流研究 吴晓蓉， 高强， 郭明阳， 刘强国 ( 四川电力设计咨询有限责任公司， 四川 成都6 1 0 0 1 6 ) 摘要： 随着电力系统规模的不断扩大， 以及交直流系统混联的加强， 部分母线单相短路电流大于三相短路电流的现 象时有发生， 给设备选择带来困难。金沙江一期工程的溪洛渡左、 向家坝电站电力通过两个 8 0 0 k V直流通道送往 华东地区。由于电站汇集区域大机组多、 换流变电容量大， 并且换流站与周边5 0 0 k V电网电气联系紧密， 造成换流站 5 0 0 k V侧单相短路电流大于三相短路电流， 且已接近或超过现有设备所能承受的最大遮断容量， 需采取措施进行限 制， 以保证电网的安全运行。变压器中性点小电抗接地和调整系统运行方式是限制单相短路电流的有效措施。以金 沙江一期工程为背景， 经过详细的模拟计算， 对比了两种方式限制短路 电流的效果， 并提 出本工程可行的降低换流站 5 0 0 k V侧单相短路电流的措施。 关键词： 单相短路电流； 三相短路电流； 中性点小电抗接地 ； 系统运行方式 Ab s t r a c t ： Wi t h t h e e x t e n s i o n o f p o w e r s y s t e m a n d t h e e n h a n c e me n t o f ACDC s y s t e m， t h e p h e n o me n a t h a t t h e s i n g l ep h a s e s h o rt c i r c u i t c u r r e n t a t s o me b u s e s i s l a r g e r t h an t h e t h r e ep h a s e s h o r t c i r c u i t c u r r e n t w i l l o f t e n o c c u r ，w h i c h ma k e s t h e t r o u b l e s i n t h e d e v i c e s e l e c t i o n T h e p o w e r f r o m X i l u o d u a n d X i a n g j i a b a h y d r o e l e c t r i c p o w e r s t a t i o n s( t h e fi r s t s t a g e p r o j e c t o f J i n s h a Ri v e r )i s t r a n s p o rt e d t o e a s t e rn r e g i o n o f C h i n a b y t wo 8 0 0 k V d i r e c t c u rr e n t c h a n n e l s A s t h e g r e a t n u mb e r o f l a r g e g e n e r a t i n g u n i t s i n the h y d r o p o we r c o l l e c t i n g r e g i o n， t h e h i g hc a p a c i t y o f c o n v e rt o r s t a t i o n s 。a n d t h e c l o s e l i n k o f c o n v e rt o r s t a t i o n s w i t h 5 0 0 k V g r i d aro u n d，t h e s i n g l ep h a s e s h o rtc i r c u i t c u r r e n t ma y b e l a r g e r t h an t h e t h r e ep h a s e s h o rt c i r c u i t c u rre n t a t 5 0 0 k V b u s e s o f c o n v e rt o r s t a t i o n s ，e v e n a p p r o a c h i n g o r e x c e e d i n g t h e ma x i mu m b r e a k i n g c a p a c i t y o f t h e d e - v i c e s ，w h i c h mu s t b e r e s t ri c t e d b y t a k i n g s o me me as u r e s t o e n s u r e t h e s a f e o p e r a t i o n o f po we r d T h e n e u t r a l p o i n t e a r t h e d v i a s mal l r e a c t a n c e o f t r ans f o r me r a n d a d j u s t i n g t h e o p e r a t i o n mo d e o f pow e r s y s t e m are t h e e f f e c t i v e m e a s u r e s t o r e d u c e t h e s i n gl e p h a s e s h o rtc i rcu i t c u rr e n t A c c o r d i n g t o t h e fi r s t s t a g e p r o j e c t o f J i n s h a R i v e r a f e a s i b l e me asu r e o f r e d u c i n g t h e s i n gl e p h ase s h o rt - c i r c u i t c u rr e n t a t 5 0 0 k V b u s e s i n c o n v e rt o r s t a t i o n s i s p r e s e n t e d t h r o u g h t h e d e t a i l e d s i mu l a t i o n c al c u l a - t i o n a n d t h e c o mp a r i s o n bet w e e n t w o d i f f e r e n t me asu r e s o f r e s t r i c t i n g t h e s h o rtc i r c u i t c u rre n t Ke y wo r d s ： s i n g l e p h ase s h o r t c i r c u i t c u rre n t ；t h r e e p h a s e s h o rt c i r c u i t c u rre n t ；n e u t r a l poi n t e a r t h e d v i a s mall r e a c t - a n c e ；o p e r a t i o n mo d e o f po w e r s y s t e m 中图分类号： T M7 1 3 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 36 9 5 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 6 80 4 1 金沙江一期工程概况 金沙江是长江上游青海玉树巴塘河口奎四川宜 宾河段的通称， 跨青、 藏、 滇、 川、 黔五省区， 干流全长 2 2 9 0 k m， 落差3 2 8 0 n l ， 多年平均径流量 l 5 5 0 1 0 In ， 总装机容量可达 7 5 0 G W， 约占全国可开发水能 资源的五分之一。通过规划论证和方案比选 ， 国家 已经作出决策， 以溪洛渡、 向家坝梯级作为开发金沙 江的第一期工程， 继三峡工程之后开工建设。 溪洛渡、 向家坝是金沙江干流最下游的两个梯 级， 开发任务以发电为主。溪洛渡、 向家坝分别于 6 8 2 0 0 5年 、 2 0 0 6年开工建设 ， 其 中溪 洛渡 电站左右两 岸同时施工 ， 2 0 1 5年前全部投产。调整后的溪 洛渡 装机 1 8 7 7 0 MW( 1 3 8 6 0 MW， 左 、 右岸各 9台) ， 向 家坝装机 8 8 0 0 MW( 6 4 0 0 MW， 左 、 右岸各 4台) ， 合计容量达到2 0 2 6 0 M W。根据 目 前最新的可研工 作研究成果 ， 溪洛渡 、 向家坝水电站通过 3个直流通 道送出， 其中： 向家坝上海方向的 8 0 0 k V直流 输 电容量 为 6 4 0 0 M W， 溪洛渡 左一浙西 方 向的 8 0 0 k V直流输 电容量 为 8 0 0 0 MW， 溪 洛渡右一广 东方向的 8 0 0 k V直流输电容量为6 4 0 0 M W。 溪洛渡左和向家坝电站接入系统方案见图 1 。 弗 ， 0 昂 j朋 四 川 电 力 技 术 Vo 1 3 6。 No 3 2 0 1 3年 6月 S i e h u a n E l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y J u n 。 2 0 1 3 注： 第一列括号内数值为未加装中性点小电抗时相关站点的单相短路电流值； 叙府变压器加装的中性点小电抗阻值 为 1 0 ( U k ) ， 其余站点加装的中性点小电抗阻值均为 1 3 ( ) ， 为所连变压器的短路阻抗百分比。 图 2 中性点经小电抗接地的 自耦变压器接线 图 因此 ， 将 绕组断开 ， 折算到一次侧 的等值零序 电抗 l 一 ，r ( h + )一( U + ) l一= = I一+ ( O )I 3 ( 1一 ) ( 2 ) N 将 绕组断开 ， 则 自耦变压器 相当于一 台 Y N d 接法的普通变压器， 其折算到一次侧的 I、 侧之间 的零序电抗为 I一 =X I 一+ 3 X ( 3 ) 同样 ， 将 I 绕组断开， 也是一台 Y N d 接法的普 通变压器， 其折算到一次侧的I I 、 侧之间的零序电 抗为 一 = 一 +3 X ( 1一 ) ( 4 ) u N 按照求三绕组变压器各绕组等值电抗的计算公 式， 可求得星形零序等值电路如图3所示。折算到 一 次侧的各电抗为 图 3 中性点经小 电抗接地 的 自耦变压器 零序等值电路图 Xt i= XI吼( 1- n= u+ 3 c 5 X D i=Xm +3 UI N 按照上述公式可见 ， 在中性点接入小电抗后 ， 折 算 到一次侧 的 I、 侧之 间的零序等值 电抗值会 因 接人小电抗阻抗值而改变 ， 小 电抗阻抗值越大 ， 其零 序等值电抗也越大， 这就是中性点装设小电抗能限 制不对称故障短路电流的原因。 中性点经小电抗接地后， 应重新校核中性点的 绝缘水平 ， 以保证系统安全稳定运行。 3 2 中性点小电抗对金沙江一期送 出工程短路电 流的影响 在双龙换流站 7回全接线 、 向家坝电站升压变 第 3 6 卷第 3 期 四 川 I电 力 技 术 V o 1 3 6 ， N o 3 2 0 1 3年 6月 S ie h u a n E l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y J u n ， 2 0 1 3 压器已加装 1 3( ) 中性点 小 电抗 的前 提条 件 下 ， 分别计算了在溪洛渡左岸 电站升压变压器 、 复龙 和双龙换流站的站用变压器及换流变压器加装 1 3 ( ) 中性点小 电抗 ， 以及 叙府 变压 器加 装 1 0 ( ) 中性点小电抗后， 相关 5 0 0 k V母线单相接 地短路电流， 见表4 。计算结果表明如下。 ( 1 ) 在溪洛渡左岸电站升压变压器加装中性 点 小电抗后， 溪洛渡左高压侧单相接地短路电流下降 明显 ， 但 由于溪洛渡左岸 电站送 出线路长达 9 7 k m， 对复龙和双龙换流站影响很小 。 ( 2 ) 由于站用变压器容量小、 阻抗大 ， 在复龙 和 双龙换流站的站用变压器加装中性点小电抗， 对限 制单相接地短路电流作用很小。 ( 3 ) 在复龙和双龙换流站的换流变压器加装中 性点小电抗， 对限制单相接地短路电流有一定作用， 但 由于换流变结构特殊 ， 加装小电抗较困难。 ( 4 ) 在叙府变压器 加装 中性点小 电抗 ， 对限制 2 2 0 k V侧单相接 地短 路 电流作用 明显 ， 但对 限制 5 0 0 k V侧单相接地短路电流作用很小 。 4 通过调整运行方式限制短路电流 上一节 的计算表明， 通过在变压器中性点加装 小电抗以限制复龙和双龙换流站 5 0 0 k V侧的单相 接地短路电流效果不明显， 因此需要在运行时考虑 调整电网接线方式。 这里计算 了双龙换流站出 口 5 0 0 k V线路 不同 运行方式下的相关 5 0 0 k V母线单相短路电流， 见表 5 所示。计算结果表明： 在断开叙府一双龙或复 龙一双龙 1回线 路 的情 况 下 ， 复龙 和双龙 换 流站 5 0 0 k V侧 的单相接地短路 电流均 可下降到 6 0 k A 以下； 若断开叙府一双龙 2回线路， 复龙和双龙换流 站 5 0 0 k V侧的单相接地短路 电流均可下降到 5 O k A 左右； 若断开复龙一双龙2回线路， 复龙和双龙换流 站 5 0 0 k V侧的单相接地短路 电流均可下降到4 0 k A 左右 。可见 ， 运行时调整电网接线方式对限制本工 程短路电流作用明显。 5 结论及建议 以金沙江一期工程为背景， 计算分析了变压器 中性点加装小 电抗和调整系统运行方式两种措施对 限制双龙、 复龙换流站5 0 0 k V侧单相短路电流的作 用。计算表明， 在溪洛渡左岸电站升压变压器、 复龙 和双龙换流站的站用变压器及换流变压器加装 1 3 ( ) 中性点 小 电抗 ， 以及 叙府 变压器 加装 1 0 ( ) 中性 点小 电抗 后 ， 均能一 定程度 上降低 双 龙 、 复龙换流站 5 0 0 k V侧母线单相短路 电流 ， 但 由 于线路长度较长以及换流站内部结构 的局限性 ， 效 果均不 明显 。通过改变双龙换 流站 出口 5 0 0 k V线 路的运行方式则能较明显地降低双龙、 复龙换流站 5 0 0 k V侧母线 单相短 路 电流， 并且 不增加 额外 投 资， 能根据电网实际运行情况灵活调节。因此， 为限 制复龙和双龙换流站 5 0 0 k V侧的单相接地短路电 流， 远期可考虑根据电网运行情况调整双龙换流站 5 0 0 k V出线方式， 即断开叙府一双龙或复龙一双龙 1回线路运行。调整电网运行方式会降低运行的可 ( 下转第9 4页) 71 第 3 6 卷第3期 2 0 1 3年 6月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t ri c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 3 6。 No 3 J u n ， 2 01 3 器组 8只串联。 4 2电能应用 电能的消耗部分主要 由卸载电路 、 直流负载 、 交 流负载 3个部分组成。根据用户的用 电类型不同 ， 负载分为直流和交流两种 。直流负载可由蓄电池直 接引入， 也可通过一个升压或降压电路( D C D C ) 来 提供用户需 要的直流 电压 。而交流负载 需要设计 D C A C逆变器。卸载电路的主要作用是 ： 当风速很 高， 但仍未达到过速保护状态时， 系统仍需要给负载 或蓄电池供电， 为了减小大风给开关管及其电路造 成的损坏， 控制器可以开启卸载 电路 ， 使一部分功率 在卸载电路消耗掉， 从而减少大风对控制器的冲击。 5 L E D路灯 L E D灯以发光二级管作为光源， 是一种固态冷 光源。具有寿命长 、 响应快 、 易集成 、 电流小 、 电压 低、 亮度高、 节能佳、 光分布易于控制、 环保无污染等 优点 。随着技术的发展 ， L E D控制技术有 了很大 的 提高 ， 其价格也随之降低 ， 使 L E D光源在照 明领域 的应用将越 来越广。L E D光源直接 由超级 电容 和 蓄电池组成的混合储能装置供电， 不需要逆变器， 使 得风光互补路灯系统的成本进一步降低。 6 结语 对风力光照互补 L E D路灯控制系统 的研究 ， 解 决 了单一发 电供 电不稳定及能量不足 的问题 ， 对于 其 中采用的 L E D等进行照明使其性价比大大提高 ， 在 电源方面采用 了铅酸蓄电池与超级电容混合储能 的技术 ， 改善了单一蓄电池储能的循环寿命短 、 功率 密度低 、 维护量大等一些难 以克服及成本 昂贵等缺 点 ， 在控制策略上采用最大功率点跟踪 ( MP P T) 的 控制方法， 使其更好地利用资源， 让该系统的每一部 分都发挥最大的功效。 参考文献 1 朱芳， 王培红 风能与太阳能光伏互补发电应用及其 优化 J 上海电力， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 2 3 2 6 2 李少林 ， 姚国兴 风光互补发电蓄电池超级电容器混 合储能研究 J 电力电子技术， 2 0 1 0 ( 2 ) ： 1 31 4 3 G a o L ， D 0 u g a l R A， L i u S P o w e r E n h a n c e m e n t o f a ll A c t i v e l y C o n t r o l l e d B a t t e r y U l t r a C a p a c i t o r H y b r i d J I E E E T r a n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s ， 2 0 0 5 ， 2 O( 1 ) ： 2 3 6 - 2 4 3 4 肖贵贤， 汪有源 风光互补发 电系统的研究 与应用 J 中国科技信息， 2 0 0 9 ( 2 2 ) ： 2 0 2 1 5 陈亚爱， 金雍奥 风光互补发 电系统控制技术综述 J 电气传动， 2 0 1 2 ， 4 2 ( 1 )