抑制電網單相短路電流的方法與流程

本發明涉及輸變電技術領域，是一種抑制電網單相短路電流的方法。

背景技術：

隨著新疆電網跨越式發展，750kV變電站周圍網絡結構日益加強，負荷密度持續增大，同時由于750kV和220kV變壓器均采用分相自耦變壓器，750kV變電站220kV側的非對稱接地故障短路電流超過三相短路電流。出現了220kV系統短路電流接近，甚至超過斷路器的額定遮斷容量的情況，對系統的安全運行造成隱患。其原因如下：一、隨著大型發電廠的不斷投入，大型發電廠的多臺升壓變壓器中性點直接接地，使得變電站或附近變電站的零序電抗急劇下降，導致單相短路電流增大。零序電流必須經過大地才能構成通路。零序網絡中，中性點接地變壓器的零序阻抗均進入零序網絡，從故障點看進去，整個系統零序阻抗表現為各支路零序阻抗的并聯值，各支路越多，總阻抗值越小，短路電流變大。二、隨著電網的不斷發展，受端網絡的日益增強，受端負荷中心的負荷密度不斷增大，增大了單相短路電流大于三相短路電流的可能性。由于自耦變壓器制造上的原因，自耦變壓器中壓側的電抗值常為零或接近零，導致220kV母線單相短路電流大于三相短路電流。從故障的概率講，單相接地故障約占75％左右，單相短路電流必須小于三相短路電流。變電設備的動穩定，熱穩定校驗是以三相短路電流來整定，若設備單相短路電流大于三相短路電流，變電設備將面臨擊穿。

技術實現要素：

本發明提供了一種抑制電網單相短路電流的方法，克服了上述現有技術之不足，其能有效解決現有的電網中存在的變電設備單相短路電流大于三相短路電流，變電設備存在安全隱患的問題。

本發明的技術方案是通過以下措施來實現的：750kV/220kV電網包括750kV樞紐變電站和至少一個220kV變電站，所述750kV樞紐變電站的220kV母線通過220kV出線連接到220kV變電站的220kV母線上，形成220kV電網；所述的750kV樞紐變電站的750kV主變壓器和各220kV變電站的220kV主變壓器均為分相自耦變壓器，750kV樞紐變電站750kV分相自耦變壓器中性點直接接地改為經電抗器接地，增大750kV樞紐變電站220kV側母線單相短路時的零序等值阻抗，降低750kV樞紐變電站220kV側母線單相短路電流。

下面是對上述發明技術方案的進一步優化或/和改進：

上述電抗器阻值取值范圍為5Ω至20Ω。

本發明通過將750kV樞紐變電站750kV分相自耦變壓器中性點直接地改為經電抗器接地，增大750kV樞紐變電站220kV側母線單相短路時的零序等值阻抗，降低750kV樞紐變電站220kV側母線單相短路電流，對于抑制短路電流的作用比較明顯。

附圖說明

附圖1為本發明中性點經小電抗接地的自耦變壓器及其等值電路。

附圖2為本發明實施例2的電路圖。

附圖中的編碼分別為：1為電抗器。

具體實施方式

本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體的實施方式。

在本發明中，為了便于描述，各部件的相對位置關系的描述均是根據說明書附圖1的布圖方式來進行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置關系是依據說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述：

實施例1：如附圖1、2所示，一種抑制電網単相短絡的方法，750kV/220kV電網包括750kV樞紐變電站和至少一個220kV變電站，所述750kV樞紐變電站的220kV母線通過220kV出線連接到220kV變電站的220kV母線上，形成220kV電網；當所述的750kV樞紐變電站的750kV主變壓器和各220kV變電站的220kV主變壓器均為分相自耦變壓器時，通過將750kV樞紐變電站750kV分相自耦變壓器中性點直接地改為經電抗器1接地，增大750kV樞紐變電站220kV側母線單相短路時的零序等值阻抗，降低750kV樞紐變電站220kV側母線單相短路電流。在實際工作時，單相接地短路時，短路電流計算公式為：而三相接地短路，短路電流公式為：式中：Z₁∑，Z₂∑，Z₀∑分別為從短路點向電源側看進去的等值正、負、零序阻抗，E為發電機正序等值電勢。比較單相短路電流和三相短路電流的大小，實際上就是比較Z₁∑和Z₂∑+Z₀∑的大小。在現有電網中，一般短路點都遠離電源，比較單相短路電流和三相短路電流值的大小，只需比較Z₀∑和Z₁∑，當零序阻抗小于總的正序阻抗時，單相短路電流大于三相短路電流。只有全絕緣的變壓器，才可以用在小接地電流系統中；而在大接地電流系統中，并非所有變壓器中心點都接地，而是從系統穩定、繼電保護及限制短路電流等方面考慮，確定其接地臺數和接地點。從絕緣方面要求，故障點的綜合阻抗比值應滿足：X∑3：X∑0>1:3，否則在接地故障時變壓器中心點電壓位移過高，造成絕緣損壞。從限制短路電流出發，一般要求單相短路電流不超過三相短路電流的水平，即要求X∑0>X∑3。(I∑0小于I∑3即單相短路電流小于三相短電流)，從穩定要求來看，X∑0越大越好，即X∑0大，I∑0就小。

可根據實際需要，對上述抑制電網單相短路電流的方法作進一步優化或/和改進：

如附圖1、2所示，所述電抗器1阻值取值范圍為5Ω至20Ω。通過計算分析，在主變中性點加裝小電抗，對主變750kV側母線各種故障類型的短路電流幾乎無限制作用，對主變220kV側母線三相短路電流也無限制作用，但可以大大降低主變220kV側母線單相以及兩相短路電流。當小電抗值為5Ω時，其主變220kV單相短路電流降至約53.62kA，當小電抗值增加為15Ω時，其變220kV單相短路電流降至49.89kA，再繼續增加小電抗的阻抗值到20Ω時對降低短路電流的效果已不明顯。當其中性點接入不同阻值的電抗器1后，可得等值零序阻抗。

實施例2：如圖2所示，一種上述抑制電網單相短路電流的方法，根據750KV五彩灣變電站主變主要參數，額定容量：500/500/150MVA(單相)，其中Uk_高—中＝24.54％；Uk_高—低＝54.01％；Uk_中—低＝24.51％，以高壓額定容量為基準，計算得到220kV母線側各繞組等值電抗值：X1＝26.15；X2＝-2.4；X3＝26.11。

750KV五彩灣變電站一臺主變中性點直接接地時(若將高壓側三相短路接地，中壓側加10kV)，各繞組的等值電抗：

Us1％＝27.02％(Ω)

Us2％＝-2.48％(Ω)

Us3％＝26.99％(Ω)

折算到220kV側的各繞組等值電抗為：

X2＝-2.4(Ω)

X3＝26.11(Ω)

在第III繞組接成三角形，中性點直接接地時，

220kV側的零序電流為

I_II(0)＝10000/{26.15＊26.11/[(26.15+26.11)－2.4]}＝938(A)

I_I(0)’＝938*26.11/(26.15+26.11)＝468(A)

I_III(0)＝I_II(0)－I_I(0)’＝470(A)

750kV側零序電流的實際值為

468*220/750＝137.28(A)

繞組中III零序電流的實際值為：

1/1.732*470*220/63＝947(A)

中性點接地電流為3*(938-137.28)＝2400.72(A)

在第III繞組接成三角形，中性點經過電抗接地時(電抗值為4.5Ω)

x‘_I＝x_I+3x_n(1-k₁₂)k²₂₁＝26.15+3*4.5[(1-750/220)(220/750)²]＝23

x‘_II＝x_II+3x_n k₁₂(-1+k₁₂)k²₂₁＝-2.4+3*4.5(750/220)[(-1+750/220)(220/750)²]＝7.08

x‘_III＝x_III+3x_n k₁₂k²₂₁＝26.11+3*4.5*750/220*(220/750)²＝29.11

220kV側的零序電流為：

I_II(0)＝10000/[23＊29.11/(23+29.11)+7.08]＝501.76(A)

I_I(0)’＝501.76*29.11/(23+29.11)＝280.29(A)

I_I(0)＝I_I(0)’k₂₁＝280.29*220/750＝82.21(A)

I’_III(0)＝I_II(0)*x‘_I/(x‘_I+x‘_III)＝331.03(A)

繞組中III零序電流的實際值為：

1/1.732*331.03*220/63＝667.42(A)

中性點接地電流為3*(501.76-82.21)＝1258.62(A)

Vn＝1258.62*4.5＝5.6kV

在第III繞組接成三角形，中性點經過電抗接地時(電抗值為14.5Ω)

x‘_I＝x_I+3x_n(1-k₁₂)k²₂₁＝26.15+3*14.5[(1-750/220)(220/750)²]＝17.13(Ω)

x‘_II＝x_II+3x_n k₁₂(-1+k₁₂)k²₂₁

＝-2.4+3*14.5(750/220)[(-1+750/220)(220/750)²]＝28.14(Ω)

x‘_III＝x_III+3x_n k₁₂k²₂₁＝26.11+3*14.5*750/220*(220/750)²＝38.87(Ω)

I_II(0)＝10000/[17.13＊38.87/(17.13+38.87)+28.14]＝249.82(A)

I_I(0)’＝249.82*38.87/(17.13+38.87)＝173.39(A)

I_I(0)＝I_I(0)’k₂₁＝173.39*220/750＝50.86(A)

I’_III(0)＝I_II(0)*x‘_I/(x‘_I+x‘_III)＝249.82＊17.13/(17.13+38.87)＝76.42(A)

繞組中III零序電流的實際值為：

1/1.732*76.42*220/63＝154.28(A)

中性點接地電流為3*(249.82-50.86)＝596.88(A)

(1)Vn＝596.88*14.5＝8.6kV當中性點加接小電抗接地(電抗值為4.5Ω)，其各繞組等值電抗值(折算到220kV側)

x‘_I＝23(Ω)；

x‘_II＝7.08(Ω)

x‘_III＝29.11(Ω)(含有與中性點接地電抗有關的附加項)

(2)當中性點加接小電抗接地(電抗值為12)，其各繞組等值電抗值(折算到220kV側)

x‘_I＝17.13(Ω)

x‘_II＝28.14(Ω)

x‘_III＝38.87(Ω)(含有與中性點接地電抗有關的附加項)

(3)在中性點直接接地系統系統中，五彩灣地區短路電流，計算結果如表1所示。

(4)在五彩灣兩臺主變中性點加裝12Ω的電抗器1后，單相短路電流計算如表2所示。

通過計算分析，在主變中性點加裝小電抗，對主變750kV側母線各種故障類型的短路電流幾乎無限制作用，對主變220kV側母線三相短路電流也無限制作用，但可以大大降低主變220kV側母線單相短路電流。

以上技術特征構成了本發明的實施例，其具有較強的適應性和實施效果，可根據實際需要增減非必要的技術特征，來滿足不同情況的需求。

表1五彩灣地區短路電流計算結果

表2在五彩灣兩臺主變中性點加裝12Ω的電抗器后，單相短路電流計算結果