輸配電系統(tǒng)短路保護(hù)問(wèn)題與解決方案

【摘 要】電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)和擴(kuò)大使得電網(wǎng)短路電流問(wèn)題日益突出，許多輸變電站采取了一些列的短路電流限制并且設(shè)置了保護(hù)裝置，但想要進(jìn)一步提高輸配電系統(tǒng)短路保護(hù)效率，維護(hù)電網(wǎng)供電可靠性，還應(yīng)該對(duì)短路保護(hù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)；短路電流；保護(hù)；評(píng)價(jià)；

隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們用電負(fù)荷增長(zhǎng)幅度日趨變大，為了滿足用電市場(chǎng)需求，我國(guó)550KV、220KV變電站輸配電網(wǎng)數(shù)量不斷膨脹增長(zhǎng)，電網(wǎng)聯(lián)系也變得更加緊密，環(huán)網(wǎng)也不斷增多，整體電網(wǎng)十分密集。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)和擴(kuò)大使得電網(wǎng)短路電流問(wèn)題日益突出，許多變電站母線短路電流均已超過(guò)了限制值。許多輸變電站采取了一些列的短路電流限制并且設(shè)置了保護(hù)裝置，但隨著電網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，其限制保護(hù)作用將進(jìn)一步減弱。

一、輸配電系統(tǒng)短路電流限制保護(hù)措施

目前在各220kv輸配電網(wǎng)采用的限制短路電流的保護(hù)措施可以分為改變輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、采用高阻抗變壓器、調(diào)整輸變電運(yùn)行方式、串聯(lián)電抗器。對(duì)于220kv的電網(wǎng)短路電流的限制值按50kA考慮。

（一）改變輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對(duì)于輸配電系統(tǒng)而言，改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)在于合理規(guī)劃電網(wǎng)電源接入系統(tǒng)的方式，由于電源接入點(diǎn)的選擇會(huì)直接影響到系統(tǒng)短路電流的水平，因此，在規(guī)劃電源接入點(diǎn)的過(guò)程中，應(yīng)該注意給電網(wǎng)系統(tǒng)的短路電流留有一定的增長(zhǎng)空間，發(fā)電廠以單元式方式接入輸配電系統(tǒng)為最佳，均衡的將電源接入220kv和500kv的各級(jí)電網(wǎng)中，尤其的在環(huán)網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃中，要將大電廠的電源摒除在外，最好不要有直接聯(lián)絡(luò)線。改變輸配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還可以通過(guò)發(fā)展更高一級(jí)的電壓電網(wǎng)，一方面，發(fā)展更高一級(jí)的電壓電網(wǎng)可以提高電網(wǎng)的輸電容量和系統(tǒng)的穩(wěn)定想，另一方面，當(dāng)更高一級(jí)的電壓電網(wǎng)發(fā)展到一定程度時(shí)，低級(jí)電網(wǎng)可以進(jìn)行分層運(yùn)行，從而能夠起到降低短路電流水平。除此之外，發(fā)展直流輸電也可以從根本上改變輸配電電網(wǎng)系統(tǒng)，直流輸電不輸送無(wú)功功率，而短路電流大多是無(wú)功功率，因此，這種方法可以起到限制短路電流、增加電網(wǎng)容量的作用。

（二）采用高阻抗變壓器

目前許多輸變電站采用高阻尼抗變壓器控制措施，主要通過(guò)提高電廠升壓變的短路阻抗和提高電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)變高中壓阻抗兩種方式。

適當(dāng)提高新建電廠升壓變的短路阻抗，可從源頭上控制注入電網(wǎng)的短路電流。雖然目前運(yùn)行的現(xiàn)有主要電廠升壓變壓器阻抗大多按標(biāo)準(zhǔn)配置，但隨著電網(wǎng)新一輪的規(guī)劃工作的設(shè)計(jì)改變，許多新建電廠已經(jīng)初步開(kāi)始嘗試使用使用高阻抗升壓變壓器，但是出于對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮，發(fā)電廠的升壓變壓器的阻抗不宜過(guò)高。

（三）調(diào)整輸變電運(yùn)行方式

為了進(jìn)一步限制220kv的短路電流，還可以采取調(diào)整輸變電電網(wǎng)運(yùn)行方式來(lái)控制。220kv電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流的最大短路點(diǎn)就在500kv變電站的220kv母線上，系統(tǒng)通過(guò)500kv主變提供的短路電流占了大部分，基于這種情況，可以采取母線分列運(yùn)行，增大阻抗，從而起到短路電流限制的目的。還可以采用電網(wǎng)分區(qū)分層運(yùn)行，也就是將區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)系統(tǒng)按照電壓等級(jí)分為若干結(jié)構(gòu)層次，在不同層次上根據(jù)區(qū)域內(nèi)的電力負(fù)荷來(lái)進(jìn)行電力供應(yīng)，保證電網(wǎng)的供需平衡，形成分區(qū)供電，同時(shí)又降低了短路電流水平。

二、輸配電系統(tǒng)短路保護(hù)方案

（一）架空網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方案

架空網(wǎng)絡(luò)短路保護(hù)方案一般采取三級(jí)式保護(hù)方案，第一層級(jí)主變電站出口采用斷路器保護(hù)，第二層級(jí)主干線配電變壓器保護(hù)，第三層級(jí)則主要是分支線配電變壓器保護(hù)。三級(jí)式保護(hù)方案的原理在于，當(dāng)分支線上或者配電變壓器上出現(xiàn)短路電流時(shí)，分別由相應(yīng)的保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作切除故障，減少因故障引起的停電范圍。在實(shí)際保護(hù)過(guò)程中，三級(jí)保護(hù)要做到分級(jí)的保護(hù)動(dòng)作，必須依靠電流定值之間有效的配合，但一般情況下，配電線路較短，各級(jí)短路電流定值差別不大，因此大多數(shù)短路保護(hù)是依靠時(shí)間級(jí)差進(jìn)行配合的。

近幾年出現(xiàn)的一種俗稱(chēng)為“看門(mén)狗”的自動(dòng)分界開(kāi)關(guān)能夠較好的解決這一問(wèn)題，在許多220kv配電網(wǎng)用戶分支線上獲得了較為廣泛的應(yīng)用。這種分接開(kāi)關(guān)主要是能夠在檢測(cè)到短路電流沖擊后自動(dòng)分閘，能夠迅速的與下游短路隔離，避免全線停電。

（二）電纜網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方案

電纜網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方案一般采取開(kāi)環(huán)運(yùn)行方式、環(huán)網(wǎng)結(jié)果，并且不采用重合閘。電纜網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)一般采用小電阻接地方式，為了保證其運(yùn)行安全，還需要配備單相接地短路保護(hù)。由于單相接地短路的電流相對(duì)較小，對(duì)主變壓器的危害較小，因此不會(huì)引起電壓的驟降，能夠允許出口電流保護(hù)的延時(shí)，使得上下級(jí)環(huán)網(wǎng)能夠配合保護(hù)。

三、輸配電系統(tǒng)短路保護(hù)方案評(píng)價(jià)

配電網(wǎng)保護(hù)是避免或者減少故障對(duì)用戶供電質(zhì)量影響的關(guān)鍵措施。因此，有必要分析保護(hù)方案對(duì)供電質(zhì)量的影響，并采用量化指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，這也是能夠更好的保障配電網(wǎng)保護(hù)效率的解決方法之一。

（一）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)配電網(wǎng)保護(hù)的主要目的及其作用，配電網(wǎng)保護(hù)方案的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需要抓住供電質(zhì)量、電網(wǎng)運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面。供電質(zhì)量是配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平的根本指標(biāo)之一，也是衡量配電網(wǎng)保護(hù)方案是否有效的指標(biāo)之一，配電網(wǎng)保護(hù)方案效果可靠，那么電網(wǎng)的供電可靠性以及電壓合格率質(zhì)量則會(huì)相應(yīng)提高。安全性標(biāo)準(zhǔn)，是目前許多配電網(wǎng)保護(hù)方案十分重視的部分，安全性標(biāo)標(biāo)主要指的是保護(hù)系統(tǒng)保證短路電流不會(huì)燒毀電網(wǎng)部件。經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)則；是指實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，盡可能降低短路保護(hù)方案成本。

（二）保護(hù)方案對(duì)供電可靠性影響的評(píng)價(jià)

配電網(wǎng)進(jìn)行短路保護(hù)方案的最終目的是為了提高整體電網(wǎng)的供電可靠性，因此，評(píng)價(jià)保護(hù)方案是否有效，可以直接依據(jù)方案對(duì)電網(wǎng)供電可靠性影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。供電可靠性的量化指標(biāo)可以分為用戶平均停電時(shí)間、停電次數(shù)、短時(shí)停電次數(shù)這三項(xiàng)。針對(duì)各種輸配電保護(hù)方案，需要對(duì)以上3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并比較。

配電系統(tǒng)短路問(wèn)題會(huì)給整個(gè)電網(wǎng)帶來(lái)運(yùn)行故障，繼而會(huì)影響到用戶用電質(zhì)量，利用短路電流限制手段能夠有效降低電網(wǎng)的短路電流水平，從源頭上降低電網(wǎng)短路概率，采取配電系統(tǒng)短路保護(hù)配置，則是一種輔助配置，進(jìn)一步降低由短路沖擊所帶來(lái)的停電損失。對(duì)配電系統(tǒng)短路保護(hù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，則是進(jìn)一步加強(qiáng)了保護(hù)方案的可靠性，對(duì)于保護(hù)方案的選擇具有很大的參考價(jià)值。只有將這幾個(gè)方面相互結(jié)合，才能進(jìn)一步的提高輸配電系統(tǒng)運(yùn)行水平，提高電網(wǎng)供電可靠性，給變電站帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸建忠，張嘯虎.加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，限制短路電流[J].華東電力， 2005，

作者簡(jiǎn)介 ：

吳波（1970.12 ）、男、漢族，籍貫（四川省、簡(jiǎn)陽(yáng)市）、現(xiàn)供職單位：國(guó)網(wǎng)四川簡(jiǎn)陽(yáng)市供電有限責(zé)任公司，助理工程師、輸配電及用電工程專(zhuān)業(yè)。