智能电网基础（八）电网短路电流

       所谓短路电流，是电力系统设计里的一个重要参数值，指的是电力系统在规定的运行方式下，关注点发生短路时的电流。它其实是一个矛盾值，它既反映了电力系统互相联系的紧密程度和稳定性（短路时，与关注点任一联络线都会为这点贡献短路电流），也反映了该点发生短路时，短路电流的大小。短路容量小，系统不稳定，联络不强；短路容量大，短路电流超标，设备代价昂贵，控制措施复杂。

　　目前在电网联络越来越紧密的今天，短路电流超标是一个非常大的问题，是电力系统分析计算，方案设计的重要约束条件。（短路电流是电网设备选型基本条件：主要是断路器遮断电流，220kV目前主流为50kA，500kV主流为63kA，短路电流超出遮断容量意味着安全隐患，故电网短路电流数据的提高意味着不满足要求的设备要予以更换，不仅造成电网投资的重大浪费，而且危及电网的安全运行）

　　一、短路电流的影响因素

　　发电机对短路电流的影响

　　根据相关计算和研究，300MW、600MW机组接入220kV系统，对附近母线提供的短路电流分别为2kA、4kA；600MW机组接入500kV系统对附近母线提供的短路电流为2kA。下图为某1000MW机组接入某500kV系统后对短路电流的影响。

　　降压变对短路电流的影响

　　1）不同短路阻抗的500kV降压变对220kV侧短路电流的影响

　　若将2台短路阻抗均为12%的变压器换成短路阻抗为15%的并列运行，则其对220kV母线提供的短路电流将降低3~5kA；若换成短路阻抗为20%的并列运行，则可降低7~11kA。新建或扩建的500kV变电站选择高阻抗变压器可有效降低220kV短路电流。（高阻抗坏处在于网损大，运行效率滴）

　　2）不同主变配置（短路阻抗为15%）对220kV侧短路电流的影响

　　当500kV侧短路电流为60kA时，3台750MVA、3台1000MVA、3台1200MVA主变并列运行时向其220kV侧提供的短路电流分别达到29kA、35.8kA、40.7KA；四台可分别达到36.7kA、45kA、50.6kA。所以在一座500kV变电站有3~4台主变后一般考虑分母降低其220kV侧短路电流。（下表为实际工程中计算分析得出）

　　二、降低短路电流的措施

　　500kV层面短路电流解决措施

　　1）变电站母线分段运行。不同变电站出线连接于不同母线上，减少线路之间的电气联络，目前实际生产过程中经常采用此种措施限制短路电流，效果较好，但分母运行带来的是供电可靠性的降低，需权衡考虑。以下即为荆门特高压500kV侧分母运行方案，效果很好，但由于影响可靠性，且特高压安全非常敏感，所以一直不能实施。

　　2）线路加装串联电抗器。举例说明：8Ω的串联电抗器阻抗标幺值为0.0032，相当于50km导线型号为4×LGJ-500的线路，拉长电气联络，降低短路电流。这个措施目前在上海的500kV黄渡-泗泾线路已经实施，三峡近区的一些重要线路也将实施此类工程，其中有项可研为本人负责，也去500kV泗泾变考察过，感觉这个措施属于治根不治本，可以满足阶段性要求，但存在很多问题，比如会增加网损，还会降低系统的稳定性，而且无功的需求也会增加，特别是考虑N-1的时候。

　　3）500kV网络结构优化，这类措施不太好深入探讨，依赖于实际情况和分析计算。

　　220kV层面短路电流解决措施

　　1）分区分片运行。分片分区是降低短路电流最直接、最有效的措施。以北京电网为例：主要以2~3个500kV变电站的一段220kV母线为中心，将220kV电网划分为几个区，形成以相邻的500kV变电站的220kV母线为供电中心的双环网结构，各分区电网之间在正常方式下相对独立，各分区220kV电力可互相支援，满足500kV主变和220kV线路稳态N-1、N-2的要求。上海电网思路与此不同。

　　2）其他措施。比如高阻抗设备，线路调整，220kV分母运行等，也是有效手段，但是不如分区分片运行，来的根本，所以电网220kV层面分区分片运行及相关网络分析优化，是限制短路电流的根本措施，也是目前各个省公司重点开展的工程依据。

　   三、国外限制短路电流的措施

　　三相短路电流：短路电流水平较高的国家如德国、法国等都采取了在发生故障时快速解列，将母线分段来限制短路电流值。母线解列措施虽然简单易行而且效果显著，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。国内比较注重安全，所以用的不多，其实也就是一个思路的问题，个人觉得是比较不错的措施。

　　单相短路电流：单相接地短路电流的大小，主要和系统中性点接地方式及回路的零序阻抗有关。法国采用变压器中性点经小电抗接地的方式，德国不采用自耦变压器作为系统联络用来限制单相短路。有些国家110kV及以上电压电网中的变压器中性点全部直接接地，造成系统的单相接地短路电流大于其三相短路电流，如英国、俄罗斯都是。还有一些国家如美国在有些电力系统中将系统内一部分大容量的Y/Y/△（500/230/35kV）自耦变压器的△侧开口运行以增加变压器的零序阻抗。但不少国家则认为这样作对运行不利。葛洲坝大江电站的发电机变压器组主变压器500kV侧中性点设计安装了经小电抗接地，既解决了单相接地短路电流过大的问题也解决了水电厂机组多，运行方式变化大，系统接地短路电流变化过大，使接地保护整定困难的问题。

　　四、短路电流与分区供电详述

　　比较详细的计算分析过程总结。

　　模型和假定

　　对于“独立分区”电网，可以简单的以下图来模拟。线路XL代表地方电厂至分区500kV变电站的等值线路；S1..S4代表500kV变电站中配置同类型或者不同类型的变压器。

　　对于“互联分区”电网，可以用下图的电网结构来模拟。图中元件的意义与上图相同。