特高壓接入對天津500 kV電網(wǎng)短路電流影響及限制措施

羅濤，劉麗霞，王魁，李媛媛

(國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，天津市 300010)

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特高壓接入對天津500 kV電網(wǎng)短路電流影響及限制措施

羅濤，劉麗霞，王魁，李媛媛

(國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，天津市 300010)

采用中國電力科學研究院開發(fā)的PSD-BPA軟件，詳細分析了特高壓接入對天津500 kV電網(wǎng)的影響。天津南特高壓站投產(chǎn)對天津500 kV電網(wǎng)潮流、電壓和暫態(tài)穩(wěn)定水平影響不大，但對短路電流影響較大，提高了天津500 kV變電站的短路水平，使得天津南和靜海500 kV側(cè)短路電流超標。針對短路電流超標問題提出限制短路電流的3種措施，采用PSD-BPA軟件對3種限制措施進行分析，檢驗3種限制措施的效果。最后，從限制短路電流效果和對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響2方面對3種限制措施進行比較分析，論述了3種限制措施的優(yōu)劣性。

特高壓；天津500 kV電網(wǎng)；短路電流；限制措施

0 引 言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和負荷密度的持續(xù)增長，電網(wǎng)的聯(lián)系越來越緊密，電網(wǎng)短路水平日益增高[1-8]。電網(wǎng)短路電流超標問題已成為影響電網(wǎng)發(fā)展的重要問題，在電網(wǎng)規(guī)劃階段應引起高度重視，需要深入研究，并提出解決方案。

天津電網(wǎng)處于京津唐電網(wǎng)的中心，是華北電網(wǎng)的重要組成部分，具有城市受端電網(wǎng)的特點，擔負著向直轄市供電的重要任務[9]。隨著天津市經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，天津地區(qū)用電需求將會快速增長，預計“十三五”期間，天津電網(wǎng)全社會用電量和最大負荷年均增長率將分別達到5.2%和7.0%。為滿足天津電網(wǎng)負荷快速增長的需要，進一步加強京津冀電網(wǎng)主干網(wǎng)架，改善京津冀地區(qū)的空氣質(zhì)量，國家規(guī)劃建設(shè)了錫盟至山東、蒙西至天津南2條1 000 kV特高壓交流輸電通道，而天津南特高壓站正好處于2條輸電通道的交匯點，為實現(xiàn)電力的“西電東送”和“北電南送”發(fā)揮著重要作用。

按照規(guī)劃，天津南特高壓站預計于2017年投產(chǎn)，新建2臺3 000 MVA主變，1 000 kV和500 kV側(cè)均采用一個半接線，1 000 kV出線6回，分別至北京東、北京西和濟南特高壓站，500 kV出線4回，分別通過雙回線路接入板橋與靜海站。特高壓站投產(chǎn)后，將會對天津500 kV電網(wǎng)造成影響，需加以研究。

本文以特高壓投產(chǎn)后的天津500 kV電網(wǎng)為研究對象，采用中國電科院開發(fā)的BPA軟件程序[10-11]，分析研究特高壓接入對天津500 kV電網(wǎng)的影響。潮流計算分析結(jié)果表明，特高壓接入只改變了天津500 kV電網(wǎng)線路的潮流大小和流向，不存在線路過載和電壓越限現(xiàn)象，各條線路仍能滿足“N-1”要求；穩(wěn)定計算分析結(jié)果表明，天津電網(wǎng)各500 kV線路正常運行時的暫態(tài)穩(wěn)定水平較高，任一回500 kV線路發(fā)生三相永久故障時，系統(tǒng)均不需要采取措施便可保持穩(wěn)定運行，故障后系統(tǒng)恢復性能較好。短路電流計算結(jié)果表明，特高壓接入對天津500 kV電網(wǎng)短路電流產(chǎn)生較大影響，因此本文重點分析研究特高壓變電站投產(chǎn)對天津500 kV電網(wǎng)短路電流的影響，并根據(jù)分析結(jié)果提出限制措施，進而對限制措施進行研究，并從限制短路電流的效果和對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響2方面進行比較分析。從而為天津南特高壓站的順利投產(chǎn)提供技術(shù)支持，為電網(wǎng)規(guī)劃提供指導。

1 天津電網(wǎng)500 kV短路電流分析

1.1 天津500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

“十三五”初期，天津南特高壓站投產(chǎn)，接入靜海至板橋雙回線路，通過靜海和板橋2座500 kV站接入天津500 kV電網(wǎng)，天津500 kV電網(wǎng)形成了天津南—板橋—濱海—蘆臺—盤山—北郊—雙青—吳莊—靜?！旖蚰系碾娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中天津南—板橋、天津南—靜海、靜?！獏乔f、蘆臺—濱海為雙回500 kV結(jié)構(gòu)，其余為單回結(jié)構(gòu)，東麗通過雙回鏈式通道與北郊和濱海站相連，吳莊和板橋通過單回線相連，南蔡通過雙回線與北郊和房山站相連。

1.2 特高壓對天津500 kV電網(wǎng)短路電流的影響分析

“十三五”初期天津南特高壓投產(chǎn)，接入靜海至板橋雙回線路。采用BPA程序，對特高壓站投產(chǎn)和未投產(chǎn)2種情況下天津500 kV電網(wǎng)全合環(huán)運行方式進行仿真計算，來分析天津南特高壓站投產(chǎn)對天津500 kV電網(wǎng)短路電流水平的影響。天津電網(wǎng)主要500 kV節(jié)點短路電流水平如表1所示。

由表1可知，特高壓站投產(chǎn)后天津各500 kV變電站的短路電流水平均有所提高，其中，靜海和吳莊短路電流水平增幅較大。天津南特高壓站投產(chǎn)后，天津南和靜海500 kV側(cè)短路電流均超標，需采取限制措施。

2 常用短路電流限制措施

常見的短路電流水平限制措施都是以改變網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)、調(diào)整系統(tǒng)運行方式或者使用高阻抗型設(shè)備來降低網(wǎng)絡(luò)的緊密程度，從而達到限制短路電流水平的目的，包含以下幾種[12-14]。

表1 全合環(huán)方式下主要500 kV節(jié)點短路電流水平

Table 1 Short-circuit level of 500 kV main node in closed loop

kA

2.1 加裝串聯(lián)電抗器

加裝串聯(lián)電抗器的本質(zhì)是通過增加系統(tǒng)聯(lián)系阻抗，降低電網(wǎng)緊密程度，從而有效地降低系統(tǒng)的短路電流水平。此措施的優(yōu)點是運行方式簡單、安全可靠，但會增加無功損耗，引起系統(tǒng)產(chǎn)生一定的電壓跌落，會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并需對現(xiàn)有線路上的距離保護方案進行修改。

2.2 母線分列運行

母線分裂運行主要用于解決某一電壓等級站點短路電流超標的問題。將現(xiàn)有母線分裂為兩段或兩段以上運行，可以增大系統(tǒng)阻抗，有效降低短路電流水平。此措施的優(yōu)點是費用相對低廉，實施方便，但是削弱了系統(tǒng)的電氣聯(lián)系，損失了部分運行靈活性和可靠性，同時可能造成母線負荷分配不均。

2.3 調(diào)整系統(tǒng)的運行方式

調(diào)整系統(tǒng)的運行方式，優(yōu)化潮流分布，可采取的措施包括停運發(fā)電機或者拉停對短路點短路電流影響大的線路。發(fā)電機是短路電流的重要來源，發(fā)電機提供短路電流的大小取決于發(fā)電機機端電壓及其與短路點間的轉(zhuǎn)移阻抗，因此，停運發(fā)電機，尤其是停運短路點附近的發(fā)電機，可以降低短路電流水平。停運線路可以消除短路時該支路提供的短路電流，從而減小故障點的短路電流。

2.4 使用高阻抗變壓器

使用高阻抗變壓器實質(zhì)是通過增大系統(tǒng)的短路阻抗來降低短路電流。但是使用這類設(shè)備，一方面受設(shè)備參數(shù)選型和制造技術(shù)的條件約束，另一方面還要受系統(tǒng)穩(wěn)定性條件約束，實際應用中500 kV變壓器普遍采用的是阻抗電壓百分數(shù)為18%的高阻抗變壓器。

2.5 大規(guī)模改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

大規(guī)模改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是通過改變網(wǎng)絡(luò)密集的連接狀態(tài)來增大短路阻抗，從而降低電網(wǎng)短路電流的方法?？刹捎梅謱臃謪^(qū)結(jié)構(gòu)，將原電壓等級電網(wǎng)分成若干區(qū)，輻射型接入更高一級電網(wǎng)，原有電壓等級電網(wǎng)的短路電流將隨之降低。

3 天津電網(wǎng)500 kV短路電流限制措施

天津南特高壓站投產(chǎn)后，天津南和靜海500 kV側(cè)短路電流均超標，由于靜海500 kV主變已采用阻抗電壓百分數(shù)為18%的高阻抗變壓器，未達到將短路電流限制在遮斷能力內(nèi)的效果。目前，特高壓網(wǎng)架還不夠堅強，通過大規(guī)模改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將天津500 kV電網(wǎng)分區(qū)運行還不可行。綜合考慮天津500 kV電網(wǎng)現(xiàn)狀和國內(nèi)外常用限制短路電流的措施，針對天津南特高壓站投產(chǎn)致使天津500 kV電網(wǎng)短路電流超標問題，提出以下3種限制措施：(1)在天津南至靜海雙回線中加裝串聯(lián)電抗器；(2)天津南特高壓站分列運行；(3)斷開靜海至黃驊雙回線。下面針對3種限制措施進行研究。

3.1 在天津南至靜海雙回線中加裝串聯(lián)電抗器

在天津南至靜海雙回線中加裝串聯(lián)電抗器，會增大天津南至靜海雙回線的線路電抗，減小兩站相互間提供的短路電流，從而降低天津南和靜海500 kV側(cè)的短路電流水平。在天津南至靜海雙回線中每回串聯(lián)10 Ω電抗，通過BPA軟件計算分析，500 kV主要節(jié)點短路電流水平如表2所示。

表2 串聯(lián)電抗器后主要500 kV節(jié)點短路電流水平

Table 2 Short-circuit level of 500 kV main node after using series reactor

kA

由表2可知，在天津南至靜海雙回線中每回串聯(lián)10 Ω電抗后，天津電網(wǎng)各主要500 kV節(jié)點短路電流均有不同程度的減少，其中，天津南和靜海短路電流分別減少10.38 kA和8.04 kA，降幅較大。采取措施后，天津南和靜海短路電流被控制在額定遮斷能力以內(nèi)，天津500 kV電網(wǎng)短路電流均不超標。

3.2 天津南特高壓站分列運行

天津南500 kV側(cè)分列運行，會增大天津500 kV電網(wǎng)的阻抗，降低天津南和靜海站500 kV側(cè)的短路電流水平。運用BPA軟件，對此方式下短路電流進行計算分析，天津電網(wǎng)500 kV主要節(jié)點短路電流水平如表3所示。

表3 天津南分列運行下主要500 kV節(jié)點短路電流水平

Table 3 Short-circuit level of 500 kV main node after Tianjin South running respectively

kA

天津南特高壓站分列運行后，天津500 kV電網(wǎng)在天津南特高壓站500 kV側(cè)被打開，不再保持環(huán)網(wǎng)運行，各主要500 kV節(jié)點短路電流均有所下降，其中，天津南和靜海站500 kV側(cè)短路電流下降的幅度較大。采取措施后，天津南和靜海短路電流被控制在額定遮斷能力以內(nèi)，天津500 kV電網(wǎng)短路電流均不超標。

3.3 斷開靜海至黃驊雙回

斷開靜海至黃驊雙回，天津南和靜海站500 kV側(cè)短路時，通過靜海至黃驊雙回線注入的短路電流為0，消除了該通道提供的短路電流，降低天津南和靜海站500 kV側(cè)的短路電流水平。運用BPA軟件，對此方式下短路電流進行計算分析，天津電網(wǎng)500 kV主要節(jié)點短路電池水平如表4所示。

由表4可知，斷開靜海至黃驊雙回線，天津電網(wǎng)主要500 kV節(jié)點短路電流均有所下降，其中，天津南和靜海500 kV側(cè)短路電流下降幅度較大，短路水平被控制在額定遮斷能力以內(nèi)，天津500 kV電網(wǎng)短路

表4 斷開靜海至黃驊雙回后主要500 kV節(jié)點短路電流水平電流均不超標。

Table 4 Short-circuit level of 500 kV main node after disconnecting double circuit between Jinghai and Huanghua

kA

4 限制措施的對比分析

針對上述3種限制措施，從限制短路電流效果和對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響方面進行對比分析。

4.1 限制短路電流的效果

從采取措施后天津電網(wǎng)主要500 kV節(jié)點短路電流水平進行分析。采取措施(1)后，即在天津南至靜海雙回線中每回串聯(lián)10 Ω電抗，吳莊和濱海短路電流減少較小，仍大于60 kA，裕度較小，若增大串聯(lián)電抗器的電抗，限制效果會有所提升；采取措施(2)后，吳莊站短路電流仍大于60 kA，同樣裕度很??；采取措施(3)后，天津電網(wǎng)各500 kV主要節(jié)點短路電流均被控制在60 kA以下，裕度較大，故措施(3)在限制短路電流的效果上是3種限制措施中最好的。

從采取措施后短路電流減少的幅值上進行對比分析。采取3種措施后，天津電網(wǎng)各500 kV變電站短路電流減少的平均值分別為1.35 kA、3.17 kA和3.62 kA，故措施(3)在限制短路電流上的效果最好。

4.2 對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響

采取措施(1)后，即在天津南至靜海雙回線中串聯(lián)10 Ω電抗器，天津500 kV電網(wǎng)潮流發(fā)生變化，部分500 kV節(jié)點電壓下降，但天津500 kV電網(wǎng)未出現(xiàn)線路過載或電壓越限現(xiàn)象。加裝串聯(lián)電抗器會增加系統(tǒng)聯(lián)系阻抗，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加裝串聯(lián)電抗器電抗越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性越低，措施(1)在限制短路電流效果和提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性上存在矛盾。另外，在線路中串聯(lián)電抗器，無疑會增加線路發(fā)生故障的概率。若電抗器發(fā)生故障，天津南至靜海雙回將被跳開，天津500 kV環(huán)網(wǎng)將開環(huán)運行，潮流發(fā)生大規(guī)模轉(zhuǎn)移，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行性能下降。

采取措施(2)后，即天津南特高壓站分列運行，天津500 kV環(huán)網(wǎng)在天津南500 kV側(cè)斷開，保持開環(huán)運行，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行能力下降。

采取措施(3)后，斷開靜海至黃驊雙回線，天津電網(wǎng)將失去一個對外聯(lián)絡(luò)通道，但500 kV電網(wǎng)仍保持環(huán)網(wǎng)運行，仍具有較高的安全穩(wěn)定運行能力。因此采取措施(3)對天津電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響較小。

5 結(jié) 語

本文采用PSD-BPA軟件，對特高壓站投產(chǎn)和未投產(chǎn)2種情況下天津500 kV電網(wǎng)進行仿真計算，分析特高壓投產(chǎn)對天津500 kV電網(wǎng)的影響，特高壓站投產(chǎn)對天津500 kV電網(wǎng)潮流、電壓和暫態(tài)穩(wěn)定水平影響不大，但對短路電流影響較大，提高了天津各500 kV變電站的短路電流水平，使天津南和靜海500 kV側(cè)短路電流超標，需采取限制措施。綜合考慮天津500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和國內(nèi)外限制短路電流的措施，提出3種短路電流限制措施，既能有效解決天津南和靜海500 kV側(cè)短路電流超標問題，又能不同程度降低天津500 kV電網(wǎng)的短路電流水平，使天津500 kV電網(wǎng)短路電流均不超標，有較好的短路電流限制效果。最后，從限制短路電流效果和對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響2方面對3種限制措施進行比較分析，論述了3種限制措施的優(yōu)劣性。

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(編輯：張小飛)

Influence of UHV Grid on Short-Circuit Current of Tianjin 500 kV Grid and Its Restrictive Measures

LUO Tao, LIU Lixia, WANG Kui, LI Yuanyuan

(State Grid Tianjin Economic Research Institute, Tianjin 300010, China)

With using the PSD-BPA software developed by China Electric Power Research Institute, this paper studied the influence of UHV grid on Tianjin 500 kV Grid in detail.The operation of UHV substation in Tianjin South has little influence on the current, voltage and transient stability level of Tianjin 500 kV Grid, but has large influence on the short-circuit current, which enhances the short-circuit level of Tianjin 500 kV substation, so as to the short-circuit current of Tianjin South and Jinghai substation exceeding the standard.According to the over-limitation problem of short-circuit current, this paper proposed three measures to limit the short-circuit current, analyzed three restrictive measures with using PSD-BPA software and verified those limiting effect.Finally, this paper compared these three measures from two aspects of the limiting effect for short-circuit current and the impact on the security and stability operation of power grid, and discussed the advantages and disadvantages of these three restrictive measures.

UHV; Tianjin 500 kV Grid; short-circuit current; restrictive measures

TM 726

A

1000-7229(2015)08-0079-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.08.013

2015-04-27

2015-07-10

羅濤(1986)，男，碩士，工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)分析計算方面的工作；

劉麗霞(1981)，女，碩士，高級工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算方面的工作；

王魁(1988)，男，碩士，主要從事輸電網(wǎng)規(guī)劃及分析計算方面的工作；

李媛媛(1988)，女，碩士，主要從事輸電網(wǎng)規(guī)劃及電力系統(tǒng)分析計算方面的工作。