[科普中国]-电力系统短路电流配合

简介

电力系统短路电流配合是指电力系统各级电压电力网中现有的和新设计建设的发电厂和变电所的物变电设备和设施，其技术参数和性能与目前及顶测的电力系统短路电流水平的配合。

由于现代大电力系统的不断发展，单机容量和发电厂装机容量、变电所的变电容量、大城市负荷和负荷密度的增大以及大电力系统的互联。因而出现新的突出问题.即在现代大电力系统中各级电压电力网的短路电流也不断增大，当增大至一定水平时，电力网中的各类送变电设备如开关设备、变压器及互感器、阻波器及电抗器以及变电所的母线、架构、导线、支持瓷瓶和接地网都必须满足由于高短路电流水平引起的更高、更严格要求。因此短路电流的配合既是现有电力系统运行中的重要问题，更是现代电力系统设计和规划中的极重要问题1。

影响短路电流水平的主要因素影响短路电流水平的主要因素可归纳为如下几点：

（1）发电厂的装机容量及主接线方式、发电机组的单机容量以及系统的电压等级。

（2）大容量发电厂及发电厂群的布局及其地理位置（距受端系统或负荷中心的远近）。

（3）电力网结构的紧密程度及不同电压电力网间的藕合程度。

（4）接至枢纽变电所的发电和变电容量(特别是自藕变压器的容量)。

（5）电力系统间互联的强弱程度和互联方式。

（6）变压器中性点接地方式及数量(主要对单相接地短路电流)。

电力网对短路电流水平和配合的影响随着电力系统的发展，在不同发展阶段，由于电力网功能的变化。使得短路电流水平及配合措施也将不同。

（1）在电力系统的发展初级阶段，即开始建设某一级电压电力网时，短路电流水平一般不大，开关设备和变电所设施对电流的开断能力和动、热稳定水平均大大超过该级电压电力网的短路电流水平。

（2）第二阶段，即该级电压电力网全面发展时，大量发电容量接至该级电压电力网，在电力网中的某些点和核心部分短路电流水平将大幅度增加，并逐步接近开关设备的额定断流容量。短路电流水平不配合的间题可能在少数变电所出现，如20世纪70年代或80年代初中国东北220 kw电力网曾处于这种阶段，有些枢纽变电所的断路器由于开断容量满足不了短路电流的要求而陆续加以更换。

（3）第三阶段，更高一级电压的输电线路开始出现至形成高一级电压电力网前。在这一阶段原有电压电力网仍是系统中的主要输电网，但随着高一级电压电力网的发展.将逐步降低其输电网的作用而逐步转变为配电网。大容量发电厂已开始接至高一级电压电力网。但由于藕合自藕变压器的增加并可能形成不少环网和高低压环网，原有电压电力网的短路电流将大幅度增加，出现了严重的不配合间题。限制短路电流增大成为系统中一个紧急的问题，中国一些大区500kV系统中的220kV电力网已面临这个问题。

（4）第四阶段，即高一级电压电力网己全面发展阶段。此时原有一级电压电力网已成为配电网，只接有地区性电厂和个别大容量单元机组，电力网分片解列运行已成为限制短路电流水平的主要手段。许多国家的110 kV电力网和有些国家的220 kV电力网已处于这个阶段。

由以上电力网发展的阶段来看.第三阶段是最关键的，电力网将出现最大短路电流，而到第四阶段短路电流水平不会再增加，还有可能下降。这已被许多国家的电力网发展过程所证实2。

确定短路电流水平配合的原则（1）短路电流水平上限值的选择决定于断路器的开断容量、送变电设备和设施的动、热稳定、对其他线路和管道的干扰及危险影响和接地网的接触和跨步电压等。短路电流水平愈高，所需费用愈大。

（2）电力网结构对短路电流水平有决定性影响。如果发电厂和变电所过于集中、电力网电压过低、环网过多等都可能造成电力网中局部地区的短路电流水平过高。

（3）从保持电力系统稳定运行和坑扰动能力考虑.系统必须维持一定的短路水平，即在系统发生扰动或故障情况下，保持系统电压的稳定性。

（4）为了保证系统继电保护的可靠性和灵敏度。也必需保持适当的短路电流水平。如果系统或发电厂(特别是多机组大容量水电厂)的运行方式和潮流变化很大，则需专门研究措施。

（5）在设计新建变电所(尤其是超高压大容量变电所)时，对设备的选择和设施的设计应根据设备更换的难易、增容改造所需费用及顶期短路水平值综合考虑。对更换和改造难度很大的设备和设施如母线、架构、接地网等要按远期较高的水平来选择和设计。

（6）在规划系统预期的短路电流水平目标值时。必须考虑对已有变电所各项设备和设施的影响。因为对现有变电所某些设备和设施的更换或改造不仅投资很大，而且由于运行条件限制往往是非常困难的，同时对规划而言，也是一个重要问题。

（7）虽然从开关设备来着，制造厂已可提供开断容量高达80-100 kA的高压大容量设备，但价格很高，而且变电所其他设备的费用也将随之增大很多，并将影响现有变电所的设备，因此要加以合理限制。

限制短路电流水平的措施（1）在电力系统结构上采取措施降低短路电流:

①结合电力系统规划及时采用更高一级电压;

②在高一级电压电力网形成后，将低一级电压电力网解列分片运行;

③采用直流联网；

④尽量减少电力网的紧密度和高低玉电网的润合;

⑤电力网解列或多母线运行或母线分段运行;

⑥大容量电厂和机组直接接至最高一级电压电力网。

（2）在设备上采取措施:

①采用高阻抗变压器限制低压侧短路电流；

②采用限流电抗器或其他限流措施;

③对自藕变压器作为系统联络变压器要进行限制或不采用。

（3）限制单相短路电流的措施:

①限制变压器中性点直接接地的数；

②变压器中性点经小电阻或小电抗接地;

③限制或不采用自撰变压器;

④发电机变压器组的升压变压器中性点不接地，但此时需提高变压器中性点绝缘水平;⑤某些国家，如美国、苏联。在条件允许时.将部分大容量Y.y.d接线自耦变三角形侧开口或采用Y.y接线，不带第三个三角形绕组的变压器，但这种方法在其他国家极少采用3。