（电气工程专业论文）电网短路电流限制措施的探讨.pdf

浙江大学硕士学位论文 7 2 2 7 2 2 摘要 随着我国电网的不断发展短路电流也随之不断增大。如何将短路电流水平限制在合理的 范围之内，已经成为当前电网建设的当务之急。 本文论述的主要内容就是从多个角度出发探讨电网短路电流限制的综合措施。从改善电网 的网架结构，改变系统运行方式，采用故障电流限制器、限流电抗器、高阻抗变压器等多方面 着手，综合考虑可行的限流措施。其中，着重分析了分层分区的限流措施和利用故障限流器 ( f c l ) 限流的措施。力求提出一个切实有效的电网短路电流限制的整体方案。 本文主要以2 0 0 2 - 2 0 0 3 年浙江电两的短路电流限制为对象进行计算分析。 关键词：电网短路电流分层分区故障限流器( f c l ) 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e c o n t i n u o u s l yd e v e l o p i n g o ft h e p o w e rs y s t e m ，t h ef a u l t c u r r e n to ft h eg r i di s c o n s e q u e n t l yi n c r e a s i n g h o w t ol i m i tt h ef a u l tc u r r e n tu n d e rar e a s o n a b l ev a l u eh a sb e e no n eo f t h e m o s tu r g e n ta f f a i r s t h i sa r t i c l em a i n l yd i s c u s s e st h ed i f f e r e n tw a y sa saw h o l et ol i m i tt h ef a u l tc u r f e n to nt h e d i f f e r e n ts t a n dp o i n t s i ti n c l u d e s ：t oi m p r o v et h es t r u c t u r eo f t h eg r i d ；t oc h a n g et h eo p e r a t i o ns t y l e ； t ou t i l i z et h ef a u l tc u r r e n tl i m i t e r ( f c l ) ；佃u t i l i z et h ec u r r e n tl i m i t i n gr e a c t o r ；t ou t i l i z et h eh i g h i m p e d a n c et r a n s f o r m e r ，a m o n g a l lt h e s em e t h o d s ，t h ea u t h o rf o c u s e so nt h em e t h o do ft h es e c t i o n d i v i d i n gb a s e do nt h ed i f f e r e n tv o l t a g eg r a d e sa n d t h em e t h o do f u s i n gt h ef a u l tc u r r e n tl i m i t e r t h e p u r p o s e o f t h i sa r t i c l ei st op r o p o s eah o l i s t i cs c h e m ei nl i m i t i n gt h ef a u l tc u r r e n to f t h e g r i d ， t h eo b j e c to f c o m p u t i n ga n da n a l y s i so f t h i sa r t i c l ei st ot h ez h e j i a n gp r o v i n c i a lp o w e rg r i di n t h e y e a ro f 2 0 0 2a n d 2 0 0 3 k e y w o r d s ：p o w e rg r i d f a u l tc u r r e n ts e c t i o nd i v i d i n gf a u l tc u r r e n tl i m i t e r f f c l ) 浙江大学硕士学位论文 h u 雷 随着我国国民经济的迅速发展，电力工业也在迅速发展，人们对电能的需求日益增长。 自1 9 9 8 年以来，浙江省电网统调用电负荷一直持续高速增长，并将在今后的相当长一段时间 内保持较快的增长速度。为不断满足经济社会发展对电力的需求，浙江电力自改革开放以来保 持了持续高速发展的势头，但电力供应不足仍然是制约浙江经济新一轮发展的主要瓶颈。自 2 0 0 3 年夏季以来，由于经济增长过快以及部分地区连续高温干旱，我国出现了全国性的“电 荒”现象，浙江省更是出现了全省范围大面积的拉闸限电，这对国民经济的发展和人民的生活 都造成了严重的影响。为努力消除新一轮的电力瓶颈制约，浙江电力建设将迎来新的高潮。 在新近确定的浙江电力规划中，浙江省在“十五”后三年将新增装机容量6 0 0 5 万千瓦， “十一五”期间将新增装机容量2 2 6 8 万千瓦，同时将建设一大批输电线路和输变电设施。在 2 0 0 3 年至2 0 0 7 年，要确保1 0 0 0 万、力争1 2 0 0 万千瓦的机组建成投产；确保1 0 0 0 万、力争 1 2 0 0 万千瓦的机组开工建设；同时，要抓好1 0 0 0 万千瓦储备电源项目的前期工作，确保完成 5 0 0 亿元的电网建设投资。 在新一轮的电网建设高潮中，如何将电能安全、可靠地输送到用户手中，尽最大能力满 足用户的需求，是电网建设的当务之急。同时，由于电力系统的发展，电力负荷的不断增大， 大容量发电机组和变电设备的大量投入，尤其是负荷中心大电厂的出现以及大电力系统的互 联，短路电流的日益增长是不可避免的。如何采取技术性措施限制电网故障时的短路电流水平， 以便选用轻型电气设备，节约建设资金；如何合理的分布电源，采用合适的网架结构以及运行 方式，使短路电流水平不超过限定的或运行设备允许的范围，以保证原有设备的安全可靠运行， 更是摆在电网建设者面前的重大课题。 关于电网短路电流的限制，人们已经做了很多的研究和论述，提出了一些行之有效的方 案方法。比如从设备的角度出发，人们提出使用各种短路电流限制器来限制短路电流；从电网 网络构架角度出发人们提出优化电网结构和运行方式来限制短路电流，包括：合理规划安排 电源位置；提高电网电压等级，对低一级电网采用分层分区的运行方式。这些论述一般都是从 一个角度出发，从某一个方面探讨了限流的措拖以及限流的效果：很多也只是在理论上的论述， 或者针对的也只是简化后的地区性小网络。而并没有针对象浙江省电网这样的省级电网，从电 网结构、运行方式、短路电流限制器等多方面综合考虑一个短路电流限制的措施方案。 本文力求在前人关于短路电流限制方面已作出的研究成果的基础上，从改善电网结构， 改变系统运行方式，采用短路电流限制器、限流电抗器、高阻抗变压器等多方面着手，综合考 虑可行的限流措施，并应用仿真计算软件计算采用各种措施以后的限流效果。力求在电网日益 扩展的今天，提出一个切实有效的短路电流限制的整体方案，使电网的建设和运行更加经济、 合理、安全、可靠。 浙江大学硕士学位论文 第一章浙江电网的短路电流现状 1 1 浙江省电网发展概况 1 1 1 装机容量与负荷水平 根据浙江省电力公司“浙江电网2 0 0 2 年年度运行方式”，截止到2 0 0 2 年底，浙江电网 省调口径规模为： 全省统调装机容量为1 0 7 7 5m w ( 不包括舟山电厂机组和华东直调的新安江电厂、富春江电 厂、天荒坪抽水蓄能电厂机组、秦山二、三期) ，其中火电9 4 9 3 卿，占总装机的8 8 1 0 ；核电 3 1 0 j , f f ，占总装机的2 8 8 ；水电9 7 2 i 帅，占总装机的9 0 2 。1 0 0 1 唧及以上机组的装机容量为 9 0 3 4 m w ，占8 3 8 4 。目前浙江电网拥有6 0 0 m w 机组5 台，3 0 0 m w ( 含3 0 0 m w ) 机组8 台，2 0 0 m w 机组4 台，1 2 5 m w 机组1 8 台，i o o i - i w 机组7 台，5 0 m w 及以下机组4 5 台( 包括水电机组) 。其 中接入5 0 0 k v 系统的容量为4 3 0 0 m w ，其余接入2 2 0 k v 及以下系统。 2 0 0 1 年，全省统调最高整点负荷为1 0 3 5 7 1 w ，同比增长为1 2 2 5 。2 0 0 2 年，全省统调最 高整点负荷为1 2 6 8 9 m w ，同比增长为2 1 5 5 。 1 1 2 网络结构与规模 至2 0 0 2 年年底，浙江省电网有5 0 0 k v 线路2 7 回，总长度约为2 1 5 3 6 公里( 包括省际联 络线浙江段) ；2 2 0 k v 线路2 2 0 回，总长度约为6 5 2 9 ，2 公里( 不包括省际联络线) 。5 0 0 k v 变电 所7 座，主变1 3 台，总容量9 7 5 0 孙a ：2 0 0 k v 变电所8 2 座，主变1 5 5 台。总容量2 1 8 0 7 5 h v h 。 2 0 0 0 年至2 0 0 2 年浙江省电网规模如表l 一1 所示。 表卜12 0 0 0 年至2 0 0 2 年浙江省电网规模简表 规模容量2 0 0 0 薤 2 0 0 1 生2 0 0 2 疰 装机容量 9 5 6 0 m w1 0 2 7 0 m w1 0 7 7 5 m w 省际5 0 0 k v 联络线 355 5 0 0 k v357 5 0 0 k v81 01 3 5 0 0 k v1 21 72 7 2 2 0 k v6 57 58 2 2 2 0 k v1 1 41 3 41 5 5 2 2 0 k v1 6 31 9 82 2 0 最高整点负荷9 2 2 71 0 3 5 7 m w1 2 5 8 9 胛 2 浙江大学硕士学位论文 2 0 0 2 年底，浙江电网系统接线图如图1 - 1 所示。 图1 一l2 0 0 2 年底浙江电网系统接线图 渐江大学硕士学位论文 1 1 3 电网运行情况 2 0 0 2 年浙江省全社会用电量继续保持较高水平的增长，尤其是工业用电，大幅增长，全 年全社会用电量1 0 1 0 3 1 亿k w h ，同比增长1 9 0 8 ；统调用电量7 8 1 0 1 亿k w h ，同比增长2 04 7 ；统调发电量5 9 3 8 1 亿k w h ，同比增长3 8 6 ；统调受电量1 8 7 2 0 亿k w h ，同比增长1 4 4 7 2 。统调整点最大负荷1 2 5 8 9 m w ，同比增长2 1 5 5 ；统调最大日用电量2 7 1 4 5 亿k w h ，同比 增长2 0 2 3 ；最大峰谷差3 9 9 1 “w ，同比增长3 3 5 7 ，平均峰谷差2 4 8 4 删，同比增长2 3 8 7 。 用电需求增长十分迅猛，而我省自发能力增长有限( 统调火电平均利用小时已达6 0 0 0 咀 上) ，使统调发用电平衡严重趋紧。为满足用电，受电大增，全年统调受电量较上年增加近1 5 倍，最大受电电力达4 0 3 9 椰，但仍无法完全满足用电的增长。夏季和年末高峰出现了全网性 的缺电局面，拉限电情况趋于严重。 1 2 浙江省电网短路电流现状 1 、各电压等级短路电流限值 为取得合理的经济效益，根据有关规程规定，各电压等级的短路电流应不大于下表 中相应的限值。 表t - 2 短路电流限值表 电压等级k v短路电流限值k a 5 0 05 0 2 2 04 0 1 1 02 0 5 32 5 3 51 6 1 01 6 2 、浙江省电网短路电流现状 随着浙江电网装机容量、负荷水平和网络规模的日益扩大，不仅线路潮流考验着电网的安 全运行，短路电流的快速增长更是对电网在发生故障时能安全可靠运行的严峻考验。为此，本 节将对2 0 0 3 年末浙江电网在不采取分层分区、故障限流器等措施下的短路电流水平进行考察， 重点是5 0 0 k v 变电所的5 0 0 k v 和2 2 0 k v 母线。如下表所示： 浙江大学硕士学位论文 表1 3 浙江省电网5 0 0 k v 变电所短路电流现状 母线名三相短路电流单相短路电流 瓶窑5 0 0 k v4 9 8 垂74 、 瓶窑2 3 ( k l 7 3 7 24 i ? 0 瓶窑2 2 0 时2 3 3 33 6 7 兰亭5 0 0 k v4 4 54 3 0 兰亭2 2 0k v3 8 44 j i6 乔司5 0 0 k v 4 4 44 2 5 乔司2 2 0 k v 2 9 83 5 9 王店5 0 0 k v4 4 54 0 6 王店2 2 0 k v2 4 42 8 7 双龙5 0 0 k v2 2 o1 9 9 双龙2 2 0 k v3 2 63 7 5 瓯海5 0 0 k v8 88 2 瓯海2 2 0 k v2 1 12 5 2 天一5 0 0 k v2 2 02 0 4 天一2 2 0 k v3 0 43 5 7 3 、小结 显然，由表卜3 可见：2 0 0 3 年浙江电网5 0 0 k v 变电所部分母线即将超过所允许的限值， 在庞大复杂的城市配网及农网中，短路电流也是类似的情况。 随着负荷的进一步增大，新电源点的投入等因素的综合作用。若不采取相应的措施，浙江 电网将在2 0 0 4 、2 0 0 5 年出现多处短路电流严重超限。 浙江大学硕士学位论文 第二章短路电流的传统限制措施 由于电力系统的发展，电力负荷的不断增大，大容量发电机组和变电设备的大量投入，尤 其是负荷中心大电厂的出现以及大电力系统的互联，短路电流的日益增长是不可避免的。如果 不采取措施加以控制，不但使新变电所的设备投资大大增加，而且对系统在原有变电所设备的 通信线路和管线都将产生很大的影响，甚至需要花费大量的投资进行改造和改建。 2 1 短路电流大幅增大造成的危害 1 ) 增加投资费用 短路电流大幅度增大以后，为满足动、热稳定要求，需选用具有更大遮断电流的断路器及 相应的电气设备这就必然增加投资费用。 2 ) 故障点的破坏性增大 短路电流大幅度增大以后，架空线路故障点破坏加剧，绝缘子破损，导线熔断严重；埋 地电缆的损坏更严重，并危及其它电缆。使修复时间增长，延长停电时间。 3 ) 增加对通信线路的危害 短路电流大幅度增大，发生不对称短路时不对称电流产生足够的磁通，在邻近的电路内 感应出很大的电动势，这对架设在高压电力线路附近的通信线路或铁道信号系统，尤其是平行 于电力线路的通信线路。危害性大大增加。 4 ) 危害人畜 短路电流大幅度增大。不对称短路流入地网电流成正比增加，l o k v 铁塔附近的接触电压 和跨步电压也成正比增大。危及人身和牲畜。 5 ) 增加对主变压器的损害 馈线短路电磁力对变压器的损害有积累效应短路电流大幅增大以后，多次近区短路的变 压器可能潜伏着损坏隐患。 2 2 短路电流的限制措旆 在系统发展的初级阶段，如果系统容量不大，短路电流水平不高，对系统发展产生的短路 电流增大问题，一般可以用更换开关设备的办法来解决，因为在这种情况下，变电所的其他开 关设备往往是具有足够的裕度的。例如我国东北电网在上世纪7 0 年代即因短路电流过大而更 换了大量2 2 0 k v 断路器。 但是当电力系统容量很大，短路电流水平很高，由于系统互联或容量进一步增大而使短路 电流水平继续提高时，就不能简单的采取更换断路器的办法。这是因为原有变电所不仅要更换 6 浙江大学硕士学位论文 断路器而且对其他设备和出线包括主变压器、断路器、隔离开关、互感器和母线、瓷瓶、架构、 基础、接地网等也必须加强和更换，对通信线路的干扰还要采取屏蔽措施甚至要改为地下通信 电缆。像目前我国华东、华中、华南、华北电网都出现了这个问题。由于各种原因，新增的大 容量机组和电厂还在不断接入2 2 0 k v 电网，使现有的2 2 0 k v 电网的短路电流水平增长过快，大 批2 2 0 k v 断路器，甚至整个变电所的设备和设施，在断流容量和动稳定方亟都将满足不了短路 水平增大的要求，形成了严重的技术经济问题，限流问题的研究刻不容缓。 并且，随着电网之间的联系程度日趋紧密，电网的短路电流水平迅速提高，资料计算表明 三峡电站可能的最大短路电流周期分量将达3 0 0 k a ，而目前国际上生产的g i s 的最大容量只有 l o o k a 左右，且国内尚无此生产能力。因此电力系统限流问题已成为一个迫切的、大范围的 研究课题。 2 2 1 传统限流措施及存在的问题 限制短路电流，可以从系统结构、系统运行和从设备上采取措施。归纳起来，传统的限流 措施主要有： 1 ) 发展高一级电网，低压电网分片或将母线分列、分段运行，甚至将电网解列。发展商 一级电网投资大并且涉及到环境污染问题。低压分片或解列电网简单易行且效果显著，但一般 只在必要时才采用，因为它可能降低系统的安全裕度，限制运行操作和事故处理的灵活性，除 非在不得已的情况下才采用。 2 ) 采用直流联网。采用直流联网输电，短路电流可以显著降低，但两端换流设备的投资 很大，如果联络线不长，交换功率不大时，这种办法往往是不可行的。 3 ) 采用电气设各限流 a 采用高阻抗变压器限制其低压侧的短路电流。这项措施普遍采用，但其稳态运行时损 耗大。 b 采用串联电抗器。制造串联电抗器在技术上没有问题，对限制短路电流的效果也是明 显的。在发电厂厂用电系统中和l o 3 5 k v 变电所早己采用了这项措施。但若在超高压系统中 采用，不但会增加网损，还会降低系统的稳定性。 c 更换断路器，对现有的变电所进行增容改造。投资大、工作量复杂是其最大的特点。 这些传统措施都有很大的局限性，因此开发台适的限流装置已势在必行，故障限流器( f c l f a u l tc u r r e n tl i m i t e r ) 便应其需要而产生了，它也是新兴的柔性交流输电系统( f a c t s ) 中的一员。 7 浙江大学硕士学位论文 2 2 2 l o k y 系统短路电流的限制措施 1 、短路电流的限制措施 1 ) 变压器分列运行 l o k v 母线分段运行1 0 k v 母线短路电流只流过一台主变压器，其短路电流值较两台变压 器并联运行时大为降低，从而在许多情况下允许l o k v 侧装设轻型电气，故障点的一段母线能 维持较高的运行电压，不足之处是变压器的负荷不平衡，使电能损耗较并列运行时稍大；一台 变压器故障时，该分段母线的供电在分段断路器接通前要停电，此缺点可由分段断路器装设备 用电源自动投入装置来解决。 2 ) 在变压器回路中装设电抗器 在变压器低压回路装设串联电抗器，从而降低低压侧的短路电流水平将其限制在允许的 范围内。缺点是增加配电楼的建筑面积，加大投资费用。 3 ) 采用高阻抗变压器 采用高阻抗变压器，是限制短路电流的有效办法，它降低了系统短路的电流水平，减少了 馈电线路对邻近通信线路的干扰和危害，有利于断路器等电气设备的选型。近年来从国外引 进的高阻抗变压器在系统上的运行效果很好，缺点是费用高。 4 ) 装设出线电抗器 当短路电流很大时，采用其它限流措施不能满足要求时，就需要在l o k v 馈线的出线侧装 设出线电抗器。此接线投资最大，需建两层配电楼，故在变电站中应尽量少用。 5 ) 配电系统运行电压提高到2 0 k v 提高配电系统电压，馈电能力增强，短路电流大为降低，这种方法是限制短路电流的最根 本、最有效的方法，但需要做配电网升压实施规划，目前，国家还在试行阶段，需积累一定的 经验。 2 、各限流措施简单的经济技术比较 在不考虑改变运行方式及不进行电网重新规划的前提下，我们只对采用高阻抗变压器和装 设串联电抗器进行经济技术比较： 1 ) 技术比较 装设高阻抗变压器只需改变主变压器参数，增加无功损耗，不必增加设备建筑面积，运行 可靠性较高，操作简单；装设串联电抗器。不但需增加无功损耗、设备、建筑面积、运行维护 工作量，运行可靠性还较羞。复杂性较大。 2 ) 经济比较 装设高阻抗变压器比装设普通阻抗变压器增加投资费用1 0 万元左右；装设串联电抗器需 增加一组电抗器，其费用为1 2 万元左右，还要增加配电楼的建筑面积，此外，还有安装和运 浙江大学硕士学位论文 行费用若干。显然，装设高阻抗变压器来限制短路电流，可节约投资费用，且接线简单、布置 简化、节省场地、可靠性高。有利于运行管理( 这里主变压器的价格参考西门子变压器厂的报 价，电抗器的价格参考无锡电容器厂的报价) 。 随着变压器制造技术的发展，高阻抗变压器造价将会降低，高阻抗变压器在限制短路电流 方面的综合效益将更优于限流电抗器。 9 浙江大学硕士学位论文 第三章分层分区的限流方案 3 1 分层分区及其背景 分层分区是指按电网的电压等级将电网分成若干结构层次在不同结构层次按供电能力划 分出若干供电区域，在各区域内根据电力负荷安排相应的电力供应，形成区域内电力供需大致 平衡。 分层分区原则是在电力系统发展过程中逐渐形成的。一方面，大规模电力系统可以合理开 发和利用能源，节省投资和运行费用，增加系统备用容量，减少事故损失，在一定程度上提高 了供电可靠性，因此电力系统互联成为目前的必然趋势。另一方面，大规模电网也有不利因索， 如增加了系统短路容量，电网的局部故障容易波及至其他地区。甚至可能引起大范围停电事故 等等。为解决这些问题，电网通常在高一级电网发展到一定规模时将低一级电网分区域解开， 也即进行分层分区。 随着我国经济的持续快速发展，电力负荷将迅速增加，电网的电源和输电线路的建设以及 大区间电网互联也因此不断增强。这种变化所带来的问题是5 0 0 k v 和2 2 0 k v 电网接线趋于复杂， 不同电压等级间的电磁环网增多，系统短路容量逐渐上升，从而增加了系统的事故隐患，降低 了电网的安全稳定水平。 浙江省电网由于近年来以及未来的几年内网络的密集程度有较大提高，电源不断增加直 接导致了系统枢纽变电所的短路容量超标。经计算，虽然瓶窑变、兰亭变的2 2 0 k v 母线已分裂 运行，但2 0 0 2 年瓶窑变2 2 0 k v 母线的短路电流已超过5 0 k h ，而兰亭变2 2 0 k v 母线的短路电流 在2 0 0 5 年将接近5 0 k h 。由于系统短路容量过快增长，影响了电网安全稳定运行，而其他降低 短路电流的措施如母线上加装分段电抗器、主变中性点加装电抗器等效果不佳，更换变电所一 次设备又有较大困难，因此进行电网分层分区成为一个重要的降低系统短路容量的手段。 同时兰亭变主变由于5 0 0 k v 与其周围2 2 0 k v 的电磁环网较多，宁绍地区电源容量不足，一 直容易处于超稳定限额状态。为便于潮流控制，并避免电网局部故障时将影响扩大，也需要进 行电网的分层分区。 3 2 分层分区的方案及其效果 3 2 1 瓶窑变2 2 0 k v 母线短路电流超限的分层分区方案及其效果 1 、瓶窑变2 2 0 k v 母线短路电流超限的分层分区方案 根据短路电流计算结果，2 0 0 2 年若保持瓶窑变2 2 0 k v 母线i 4 3 4 母线分裂运行，其他 无2 2 0 k v 线路开断的运行方式，瓶窑变2 2 0 k v 母线短路电流将超出5 0 k h 。为解决短路电流超 限问题，可供选择的分层分区方案有： 1 0 浙江大学硕士学位论文 方案a 1 ：瓶窑变2 2 0 k v 母线仍维持目前的1 4 3 4 分裂运行方式，即# l 主变( 5 0 0 i v a ) 单独运行，# 2 ，# 3 主变( 各7 5 0 l v a ) 并列运行，同时开断瓶祟三回线( 瓶贤2 2 3 2 、瓶崇2 4 1 9 、 窑崇2 4 2 7 ) ，如图3 - 1 所示： 圈3 一】方案a 1 的2 2 0 k v 电网简图 方案a 2 ：瓶窑变2 2 0 k v 母线z 2 1 2 分裂运行方式，即分别开断2 2 0 k v 正、副母分段开 关，此时# 2 主变( 7 5 0 m v a ) 单独运行，# 1 ，# 3 主变( 5 0 0 i r a 、7 5 0 m v a ) 并列运行，如图3 2 所示： 图3 - 2 方案a 2 的2 2 0 k v 电网简图 浙江大学硕士学位论文 方案a 3 ：方案a 2 的基础上开断杭窑2 4 1 5 ，如图3 3 所示 图3 - 3 方案a 3 的2 2 0 k v 电网简幽 总体上方案a l 减少短路电流的效果较方案a 2 略差，并且若在2 0 0 3 年按方案a l 运行不变 的情况下，瓶窑2 2 0 k v 母线短路电流仍有可能超限，且杭州一云栖( 杭云2 4 9 9 ) 将可能严重超 载。方案a 3 的特点是开断瓶窑变i 段和i i 段之间的近区联络，避免瓶窑变i 段一杭州变一瓶窑 变i i 段的迂回送电。 2 、各分层分区方案对系统潮流影响的结果比较 1 ) 方案a 1 的计算结果 这种分区方式主要导致杭州一云栖( 杭云2 4 9 9 ) 超载，不过在乔司变# 2 主变投产之后，情 况将得到改善。从表1 的结果来看，方案a 1 宜在乔司变# 2 主变投产之后进行，但此时乔司一 崇贤双回线( 乔祟4 4 0 5 、乔贤4 4 0 6 ) 潮流明显加重。 表3 1 方案a 1 主要线路和设备的有功潮流( 单位：研) 线路或设备名称2 0 0 2 年中高峰2 0 0 2 年末高峰 瓶窑变主变2 8 5 1 ( # 1 ) ，6 2 0 1 ( # 2 ，# 3 )2 6 8 6 ( # 1 ) ，6 8 5 3 ( # 2 # 3 ) 兰亭变主变7 6 3 0 ( # 1 ，# 2 ) ，3 8 5 0 ( # 3 )7 7 7 3 ( # l ，# 2 ) ，3 6 9 8 ( # 3 ) 乔司变主变 4 4 4 3 7 7 9 0 壬店变主变 3 7 5 64 5 3 7 瓶窑一东园双回2 8 5 12 6 8 6 乔司二钱塘双回1 0 6 22 4 9 5 杭州一云栖2 6 5 52 0 8 0 乔司一崇贤双回2 6 0 23 5 7 9 王店一风鸣2 0 1 12 2 2 7 浙江大学硕士学位论文 2 ) 方案a 2 的计算结果 瓶窑变2 2 0 k v 母线1 2 1 2 分裂运行之后，由于并列运行的# 1 、# 3 主变容量不同( # l 主 变容量5 0 0 m v a # 3 主变容量7 5 0 m v a ) ，将影响这两台主变的输送限额，不过瓶窑变主变的负 荷略有下降，一部分负荷转移到乔司变和王店变。从表2 中可以看出，方案a 2 实施后各主要 线路潮流都在允许范围内，只是王店一风呜双回线潮流略有加重。 表3 - 2 方案a 2 主要线路和设各的有功潮流( 单位：姗) 线路或设备名称2 0 0 2 年中高峰2 0 0 2 年末高峰 瓶窑变主变 5 1 3 5 ( # 2 )5 6 0 2 ( # 1 。# 3 )5 4 0 6 ( # 2 )5 5 3 9 ( # l ，# 3 ) 兰亭变主变7 5 4 3 ( # l ，# 2 )3 7 4 5 ( # 3 )7 7 2 8 ( # 1 ，# 2 )3 6 4 2 ( # 3 ) 乔司变主变 3 3 4 36 5 9 1 王店变主变 3 3 8 94 4 4 ，1 瓶窑一东园双回 3 0 2 32 9 0 ，9 乔司一钱塘双回2 2 2 53 0 8 6 杭州一云栖 1 7 0 91 4 9 3 王店一风鸣 2 7 5 12 8 5 4 3 ) 方案a 3 的计算结果 表3 - 3 方案a 3 主要线路和设备的有功潮流( 单位：l f w ) 线站或设各名称2 0 0 2 年末高峰 瓶窑变主变5 8 9 9 ( # 2 ) ，, t 9 9 2 哺1 # 3 ) 兰亭变主变7 6 9 1 ( # l ，# 2 ) ，3 6 0 1 ( 9 3 ) 乔司变主变 6 7 0 1 王店变主变4 5 4 9 瓶窑一东园教回2 9 5 8 乔司一钱塘般回 2 7 6 7 杭州一云栖1 8 4 2 比较表3 - 3 和表3 - 2 后可见，方案a 3 开断杭窑2 4 1 5 导致瓶窑变# 1 和# 3 主变约5 0 m w 的负 荷转移至# 2 主变，# 2 主变接近满载。另外，当瓶窑变# 2 主变故障后，乔司一崇贤双回线( 乔 崇4 4 0 5 、乔贤4 4 0 6 ) 的潮流将从开断杭窑2 4 1 5 之前的1 9 9 k i w 上升至6 2 4 m w ，同时王店一凤鸣 双回线潮流升至3 9 7 w 。 3 、小结 虽然方案a 1 可以降低瓶窑变2 2 0 k v 母线的短路电流至5 0 k h 以下，但缺点是降低的程度 浙江大学硕士学位论文 不大，仍接近设备承受极限，且该方案导致杭州一云栖( 杭云2 4 9 9 ) 潮流过重。而方案a 2 可 以有效降低瓶窑变2 2 0 k v 母线的短路电流，到2 0 0 5 年仍有可能将其控制在5 0 k h 以内，且潮流 分布合理，因此总体上较方案a 1 更可行。方案a 3 虽然消除了迂回供电，但导致瓶窑变# 2 主 变负荷增加，且对乔司一崇贤双回线( 乔祟4 4 0 5 、乔贤4 4 0 4 ) 构成较大压力，总体来看得不偿 失。 3 2 2 乔司变2 2 0 k v 母线短路电流超限的分层分区方案及其效果 1 、浙江电网2 0 0 3 年短路电流分析 1 ) 计算条件 浙江电网2 0 0 3 年计划新建的项目主要包括：新增机组3 台，新增容量1 2 0 0 m w 。新增5 0 0 k v 主变一台，容量7 5 0 m w ：新建2 2 0 k v 变电站1 7 座，新增主变2 5 台，容量4 0 2 0 m w 。新建5 0 0 k v 线路3 回，2 2 0 k v 线路2 5 回( 开入的线路未计算在内) 。 为了进行全面、深入的分析，将2 0 0 3 年电网分为l 一2 季度、3 4 季度两种方式，分别研 究。 2 ) 2 0 0 3 年1 - 2 季度短路电流 浙江电网各5 0 0 k v 变电所母线2 0 0 3 年卜2 季度短路电流如表3 - 4 所示。 表3 42 0 0 3 年1 2 季度浙江电网5 0 0 k y 变电所母线短路电流单位：k a 母线名故障类型：a b c故障类型：a ，g 5 0 0 k v 母线4 7 8 64 5 8 8 瓶窑2 2 0 k v 母线i 段 3 5 8 24 0 3 2 2 0 k v 母线i i 段 3 9 9 74 2 2 5 0 d k v 母线 3 2 o l3 0 5 6 兰亭 2 2 0 k v 母线 3 4 24 2 4 2 5 0 0 k v 母线 双龙 2 2 0 k v 母线 5 0 0 k v 母线 瓯海 2 2 0 k v 母线 5 0 0 k v 母线3 2 6 72 9 9 6 乔司 2 2 0 k v 母线 4 0 7 34 5 7 8 5 0 0 k v 母线 3 9 0 83 6 0 2 王店 2 2 0 k v 母线 2 9 73 3 5 5 0 0 k v 母线 7 ( 一 2 2 0 k v 母线 浙江大学硕士学位论文 计算时，全网所有机组均开机( 下同) ：兰亭变2 2 0 k v 母线为三台主变并列运行方式，瓶 窑变为2 2 0 k v 母线为1 2 1 2 分列运行方式。 表中没有出现短路电流超过设备额定容量的情况。 3 ) 2 0 0 3 年3 - 4 季度短路电流 浙江电网各5 0 0 k v 变电所母线2 0 0 3 年3 - 4 季度短路电流如表3 5 所示。 表3 - 52 0 0 3 年3 4 季度浙江电网5 0 0 k v 变电所母线短路电流单位：k a 母线名故障类型：a b c故障类型：h ，g 5 0 0 k v 母线4 9 8 8 4 7 4 8 瓶窑2 2 0 k v 母线i 段3 9 6 64 4 0 3 2 2 0 k v 母线i i 段 4 2 1 24 3 9 8 5 0 0 k v 母线4 5 1 54 3 ，4 9 兰亭 2 2 0 k v 母线3 8 6 44 7 7 8 5 0 0 k v 母线2 2 01 9 ，9 双龙 2 2 0 k v 母线3 2 73 7 6 5 0 0 k v 母线 8 88 2 瓯海 2 2 0 k v 母线2 1 12 5 2 5 0 0 k v 母线4 5 8 54 3 6 5 乔司 2 2 0 k v 母线 4 4 75 0 j6 i 5 0 0 k v 母线4 5 2 14 i 0 7 王店 2 2 0 k v 母线 3 0 6 93 4 7 2 5 0 0 k v 母线2 2 12 0 4 天一 2 2 0 k v 母线 3 0 53 5 7 计算时，兰亭变2 2 0 k v 母线为三台主变并列运行方式，瓶窑变为2 2 0 k v 母线为1 2 1 2 分列运行方式。 由表可见，至2 0 0 3 年f 半年，短路电流水平过高的点有两个，一个是乔司2 2 0 k v 母线， 单相短路电流己超过5 0 k a ；二是瓶窑5 0 0 k v 母线，三相短路电流基本达到5 0 k h # 都必须采取 控制措施( 关于瓶窑5 0 0 k v 母线短路电流的问题，见华东电力公司研究报告，本文略) 。 2 、针对乔司变2 2 0 k v 母线短路电流超限的分层分区方案及结果比较 针对乔司变短路电流过高的情况，浙江省电力实验研究所提出了改变网络结构( 包括分层 分区) 、乔司变2 2 0 k v 母线分列运行和乔司主变中性点经小电抗接地等三类十余种方案，详见 1 5 浙江大学硕士学位论文 文献 1 8 ；它们对控制乔司变2 2 0 k v 短路电流都有明显的效果。但其中有些网络方案存在较大 的缺陷，如线路开断后局部电网过于薄弱、地区负荷难以平衡等。经过筛选，本文仅仅对其中 的方案4 、方案7 、方案8 和方案1 2 的限流效果作个简单的比较。 表3 - 6 乔司变2 2 0 k v 母线短路电流超限的分层分区的几个方案的结果比较 母线名措施前方案4方案7方案8方案1 2 三相单相三相单相三相单相三相单相三相 单相 瓶窑 4 e 94 7 j54 974 7i4 9 8掣z 掣4 994 z5 掣旦94 7 5 0 0 k v 施岔 3 9 74 4 03 6 74 1 53 9 64 3 93 9 54 3 93 9 74 4 0 2 2 0 k v l 觑岔 4 2 14 4 03 0 93 3 64 2 o4 3 94 1 84 3 72 1 14 4 0 2 2 0 k v 2 兰亭 4 5 24 3 54 4 94 3 34 5 04 3 44 5 14 3 54 5 24 3 5 5 0 0 k v 兰亭 3 8 64 7 。83 8 54 773 8 64 7773 8 64 ff3 8 64 78 2 2 0 乔司 4 5 94 3 74 5 14 3 14 5 74 3 54 5 84 3 64 5 94 3 7 5 0 0 k v 乔司 4 4 ，75 n03 3 23 9 64 1 94 zg3 3 23 4 43 6 73 8 5 2 2 0 k v 王店 4 5 24 1 14 4 84 0 84 5 24 1 14 5 24 1 14 5 24 1 1 5 0 0 k v 王店 3 0 73 4 72 6 33 0 62 8 33 1 53 0 33 4 43 0 63 4 7 2 2 0 k v 双龙 2 2 ，01 9 ，92 2 01 9 92 2 o1 9 92 2 o1 9 92 2 01 9 9 5 0 0 k v 双龙 3 2 73 7 63 2 73 7 63 2 73 7 63 2 73 7 63 2 73 7 6 2 2 0 k v 瓯海 8 88 28 88 28 88 28 88 28 88 2 5 0 0 k v 瓯海 2 1 12 5 22 1 12 5 22 1 12 5 22 1 - 12 5 22 1 12 5 2 2 2 0 k v 大一 2 2 ，l2 0 42 2 o2 0 42 2 02 0 42 2 12 0 42 2 12 0 4 5 0 0 k v 天 3 0 53 5 73 0 43 5 73 0 43 5 73 053 5 73 0 53 5 7 2 2 0 k v 1 6 浙江大学硕士学位论文 由上表易见，采取分层分区的短路限流方案后，能得到较好的限制短路电流的作用。 3 3 分层分区对电网的影响分析 1 、分层分区后，部分变电所成为终端变，应考虑保证这些终端变的供电可靠性。 方法主要有： 1 ) 在这些终端变增设备用电源自动投入装置； 2 ) 如果该变电所只有回电源线，可以考虑将电源线增至双回。 2 、分层分区后，线路开断使局部电网过于薄弱、地区负荷难以平衡。 3 、电网的分层分区造成的电网局部低电压现象。 宁绍电网分区运行后，电网联系及相互支持能力减弱，杭卅i 、金华、绍兴、宁波的相关 变电所和电厂将出现低电压，尤其是成为终端的4 个2 2 0 k v 变电所受到影响最大，受影响最大 的雅致变电压将低至2 0 0 k v 。 2 0 0 3 年浙江全省负荷增长较快，高峰负荷时杭州、嘉兴、台州南部、温卅1 有较大负荷 缺口，将会出现低电压现象。 2 0 0 3 年电厂、变电所和线路的大型改造项目多，时间长，运行方式改变复杂，会引起局 部的低电压。 5 0 0 k v 瓯海变一线一变运行，若高峰负荷时跳闸，将危及电网安全，须依靠低电压切负 荷装置：若检修，为保电压质量，须控制温州电网的负荷水平。 1 7 浙江大学硕士学位论文 第四章加装故障限流器( f c l ) 的限流方案 4 1f c l 概述 4 1 1f c l 的模型和基本原理 1 、限流器的模型描述及基本原理 f c l 的基本原理是在串联电抗器限流的基础上发展而来的，它同f a c t s 中的其它控制器一 样，依靠电力电子技术对其相应的传统技术进行改进而来。它克服了传统串联电抗器限流的缺 点、它的模型可抽象为图4 一l ，可在系统正常运行时，开关装置处于闭合状态，f c l 无电抗投 入：而只在系统故障时开关快速断开投入电抗器进行限流。 图4 - 1 故障限流器( f c l ) 模型 具体的f c l 主要有以下四部分组成，如图4 2 所示：快速故障电流探测元件、快速切换开 关、限流电抗器以及过电压保护元件。 图4 = 2 故障限流器( f c l ) 原理框图 1 8 浙江大学硕士学位论文 2 、电力系统的限流模型描述 图4 - 3a ) 所示简单的等效电路来说明电力系统中故障限流器的有关限流问题。短路电流 取决于电路的参数( 电源电压u o 与回路阻抗z s ) ，以及故障起始时刻的相角，与故障前的负 荷电流无关。当没有采取限流措施时，故障电流如图4 3b ) 中i 1 ( 假定短路电流) 曲线所 示。该电流将被常规断路器在t 3 时刻切除。 町 1 1 一 搿扎烈。 1 2 1 n 额定h 一 负荷电流 、 ：- ? zw 7 u 7 b ) 图, i - 3 短路电流限制示意图 a ) 故障等效电路示意图 b ) 故障时典型电流波形图 t 限制短路电流最简单的方法就是增大短路阻抗z s 的值，很显然，该方案将影响系统的正 常运行状态，例如在较大负荷电流时将造成相当大的电压降落。故此处不再详述。 为了能限制短路电流i l 的第一个峰值i 1 。限流设备必须在时间问隔t 1 内动作，阻止电流 值增大。该功能可以通过在回路中引入一个电压或一个足够大的阻抗来实现。即用一个非线性 元件将短路电流限制到曲线i 2 ( 仅仅是限流) 或i s ( 限流并开断) 。与此限流有关的是在回路 中会产生过电压。 1 9 浙江大学硕士学位论文 3 、故障限流器限流作用的描述 以下参数及其关系定义了故障限流器的限流作用。这些参数及其蓑系包括现在已有的限流 设备( 如限流电抗器、高压限流熔丝、i s 限流器等) 以及仍处于研发阶段的限流设备( 如超导 限流器、固态限流器等) 。参数定义如下： 1 ) 正常运行时( 命名见图4 - 4 ) ：额定电流峰值( i r ) 一1 2 ) 限流时( 命名见图2 ) ：最小初始电流( 1 m i n ) 一2 ；限流时最大电流( i a x ) 一3 ： 短路电流峰值( i p ) 一4 ；跟随电流峰值( i f 0 1 ) 一5 3 ) 故障限流器的工作特性则可以用以下关系来描述： 0 ：跟随电流比( 跟随电流峰值( 5 ) 与额定电流峰值( 1 ) 的比) ，亦指稳态电流限制比 s 1 ：峰值电流限制比( 限流时最大电流( 3 ) 与短路电流峰值( 4 ) 的比) 2 ：限流比( 跟随电流峰值( 5 ) 与短路电流峰值( 4 ) 的比) t a ：动作时间( 短路初始时间t = o n 限流时最大电流( 3 ) 的时间) t d ：短路持续时间( 短路初始时间t = 0 到开断故障电流的时间) t r ：恢复时间( 故障电流开断后到故障限流器恢复到初始低阻抗状态的时间) 4 ) 除此之外，以下关系也用来描述故障限流器的工作特性： d ：动态电流限制比( 限流时最大电流( 3 ) 与额定电流峰值( 1 ) 的比) 】：限制比( 限流时最大电流( 3 ) 与跟随电流峰值( 5 ) 的比) i ：初始比( 最小初始电流( 2 ) 与额定电