高壓串聯(lián)電抗器在南京220 kV電網中的應用分析

徐　寧，王　瑩，許文超

高壓串聯(lián)電抗器在南京220 kV電網中的應用分析

徐寧1，王瑩2，許文超2

（1.江蘇省電力公司電力經濟技術研究院，江蘇南京210008；2.中能建江蘇省電力設計院有限公司，江蘇南京211102）

高壓串聯(lián)電抗器已成為近年來限制短路電流的重要新興設備之一。以南京220 kV電網為例，針對南京市區(qū)220 kV堯化門變短路電流水平越限的問題，通過計算，選擇在相應位置加裝一定數值的高壓串聯(lián)電抗器，并分析其安裝后的效果，發(fā)現高壓串聯(lián)電抗器可以有效解決南京市區(qū)電網短路電流越限的問題。

高壓串聯(lián)電抗器；堯化門變；路電流

隨著電網規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)短路電流水平逐年增長，部分變電站的高壓開關設備的遮斷容量已接近或超過了額定值。為解決此問題，保證電網安全穩(wěn)定運行，在規(guī)劃階段，控制短路電流水平主要從改變電網結構、調整系統(tǒng)運行方式和改變設備性能參數三方面進行研究。然而面對電網密集程度日益加大，電氣距離和電氣強度日趨緊密的現實情況，電網需采用更多有效控制短路電流的方法，高壓串聯(lián)電抗器則是近年來重要的新興設備之一。電抗器按用途可分為并聯(lián)電抗器、限流電抗器、消弧線圈、中性點接地電抗器等［1］。文中的高壓串聯(lián)電抗器指的是220 kV及以上輸電網電壓等級的限流電抗器，其主要用途是限制電流，尤其是限制故障電流，同時對正常狀態(tài)的工作電流也有限制作用。

1　高壓串聯(lián)電抗器的應用

目前，高壓限流電抗器已廣泛應用在國外超高壓電網中，在華東500 kV電網也有相關應用，可有效降低短路電流水平，避免電網結構大規(guī)模調整，保證電網的可靠運行。

（1）上海泗涇站。上海泗涇、黃渡和南橋500 kV變電站500 kV斷路器遮斷容量為50 kA。至2005年一批大機組相繼投產，在調整優(yōu)化網絡結構的同時，黃渡、南橋短路電流仍逼近開關遮斷容量，有必要對短路電流進行限制。因此在500 kV黃渡—泗涇雙回線路泗涇站出口變電站內安裝了2組500 kV高壓串聯(lián)電抗器。加裝后，可將黃渡短路電流控制在50 kA以下，明顯降低了南橋短路電流，對降低整個上海500 kV電網短路電流水平有一定作用，并對上海電網的運行方式有較強的適應性［2］。

（2）巴西Tucurui水電廠。該水電廠規(guī)劃裝機容量8361 MW，分二期建設：一期12×353 MW；二期11× 375 MW。如果一、二期機組550 kV母線直接相聯(lián)，短路電流將超過斷路器遮斷容量40 kA，因此在一、二期機組串與串之間裝設串聯(lián)電抗器，既實現一、二期機組高壓母線的互聯(lián)，提高系統(tǒng)的可靠性，又將短路電流控制在40 kA以下。該電抗器額定阻抗為20 Ω，額定電流2.6 kA，額定容量為3×135 MV·A，已于2004年4月底完成交接［3，4］。其接線如圖1所示。

圖1　巴西Tucurui水電廠接線

（3）美國345 kV電網。2001年，美國紐約電網的聯(lián)合愛迪生系統(tǒng)由于新機組的接入，345 kV電網短路電流超過了現有斷路器遮斷容量，因此，345 kV系統(tǒng)中的M51/52和M71/72線路上串接了4臺電抗器，以滿足斷路器遮斷容量要求［3］（如圖2所示）。

圖2　Sprain Brook和Dunwoodie變電站接入串抗

2　高壓串聯(lián)電抗器在南京220 kV電網的應用

2.1南京市區(qū)電網短路電流問題

南京市區(qū)220 kV電網呈雙環(huán)網結構，保證了市區(qū)的供電可靠性，但是電網結構的緊密帶來了短路電流水平較高的問題。根據規(guī)劃，為了控制短路電流，2016年500 kV秦淮變投運，將目前的“O型”環(huán)網結構改成“C型”結構運行。2016年南京市區(qū)220 kV電網結構如圖3所示。

圖3　2016年南京市區(qū)220 kV電網結構

在正常運行方式下，南京市區(qū)220 kV三相短路電流最高點為220 kV堯化門變的220 kV母線，達到51.077 kA，已超過其斷路器50 kA的遮斷能力。堯化門變的三相短路電流較高的原因主要是它位于南京市區(qū)“C型”電網結構的中點附近，且與500 kV龍王山變和華能金陵燃機電廠電氣距離較近。

2.2南京市區(qū)電網限制短路電流措施

220 kV堯化門變三相短路電流水平超過其斷路器遮斷容量，可采用如下措施降低其短路電流，包括調整電網結構（方案一）；更換附近變電站的斷路器及相關設備（方案二）；安裝高壓串聯(lián)電抗器（方案三）。其經濟技術比較詳見表1。

表1　各種措施綜合比較表

綜合表1的結果，可以看出三類措施均可解決短路電流越限的問題。方案一，根據電網的情況，調整電網結構可選擇開斷堯化門—經港線路，堯化門變短路電流將大大降低，但是斷線運行會造成潮流問題，因為堯化門變周邊為500 kV龍王山變向西送電的主要通道，若斷線運行，部分線路發(fā)生N-1或N-2故障時，將存在線路潮流過載的問題，影響電網的供電可靠性。方案二，采用更換周邊變電站的斷路器及相關設備，造價高，經濟性差，且停電時間長、范圍廣，影響較大。方案三，安裝高壓串聯(lián)電抗器體積較大，需占用場地資源，但投資較少；同時，若串聯(lián)電抗器的數值過大，可能增大所在線路的電壓損耗，造成電壓降不符合相關規(guī)定；雖華東地區(qū)暫無220 kV串抗運行管理經驗，但可借鑒500 kV串抗運行管理經驗。

綜上所述加裝高壓串聯(lián)電抗器最利于降低南京堯化門變短路電流，且影響最小。

2.3高壓串聯(lián)電抗器裝設地點選擇

計算堯化門變各支路提供的短路電流及潮流（見表2）。根據表2的結果，堯化門—經港支路提供的短路電流最大，且潮流較小，為了同時滿足短路電流的控制效果以及對潮流的影響最小，選擇在堯化門—經港線路（下稱堯經線）加裝高壓串聯(lián)電抗器。

表2　堯化門變各支路三相短路電流及支路潮流結果

2.4高壓串聯(lián)電抗器容量選擇

2.4.1對短路電流的影響

在220 kV堯經線加裝高壓串聯(lián)電抗器，限制220 kV堯化門變的短路電流，計算不同電抗值對堯化門變及相關變電站短路電流的影響，計算結果見表3。由表3可以看出，堯經線加裝高壓串聯(lián)電抗器，對南京市區(qū)220 kV電網整體短路水平存在一定程度的降低作用，離安裝高壓串聯(lián)電抗器的電氣距離越近，短路電流降低效果越明顯，因此，在堯經線加裝高壓串聯(lián)電抗器，對堯化門變及經港變220 kV短路電流降低效果最好。但隨著高壓串聯(lián)電抗器數值的增大，對短路電流限制效果在降低。

2.4.2對潮流的影響

在堯經線安裝一定數值的串聯(lián)電抗器后，將影響該支路及周邊支路的潮流情況，部分支路潮流結果詳見表4。堯經線是龍王山向西環(huán)網送電的重要通道之一，根據潮流計算的結果，在堯經線路加裝串聯(lián)電抗器僅對堯化門—經港/堯化門—鐵北存在潮流的影響，基本不影響龍王山的降壓以及龍王山向西環(huán)網送電的功率。另外，由于堯化門變短路電流越限程度不大，所需的高壓串聯(lián)電抗器數值不大，經計算，加裝6 Ω高壓串聯(lián)電抗器后，堯化門—經港線路電壓降增加0.16 kV，由此可見，加裝高壓串聯(lián)電抗器不足以對線路的電壓降產生根本性的影響。

綜合算例中短路電流、潮流計算結果，在220 kV堯化門—經港線路加裝高壓串聯(lián)電抗器，可以有效控制220 kV堯化門變的短路電流，且對潮流影響較小。為了預留一定的裕度，將堯化門變的短路電流控制在48 kA左右，串聯(lián)電抗值可選擇6 Ω。

表3　加裝不同數值的高壓串聯(lián)電抗器時相關母線短路電流計算結果

表4　加裝不同數值的高壓串聯(lián)電抗器后部分支路潮流結果MW

3　結束語

華東地區(qū)500 kV電網加裝高壓串聯(lián)電抗器的成功實踐，使該設備的運用越發(fā)趨于普及化。針對南京市區(qū)220 kV電網的問題，進行算例的計算分析，可以看出，在220 kV電網加裝高壓串聯(lián)電抗器限制短路電流的效果明顯，可以解決堯化門變短路電流超標的問題，可以避免采用常規(guī)手段對電網可靠性產生的不良影響。但是，高壓串聯(lián)電抗器體積較大，需占用一定的用地資源，且運行期間噪聲較大，一般220 kV變電站距離居民區(qū)較近，工程實施需采取相應的消除噪聲手段。另外，加裝高壓串聯(lián)電抗器后，還可能引起暫態(tài)恢復電壓的問題，需詳細論證，合理選擇串聯(lián)電抗器相應的對地電容數值。

［1］茅嘉毅，蔣平，胡偉.采用粒子群算法優(yōu)化配置限流電抗器的研究及應用［J］.江蘇電機工程，2010，29（5）：21-25.

［2］尹天明，謝天喜，周志成.500 kV線路安裝串聯(lián)電抗器后斷路器TRV分析［J］.江蘇電機工程，2014，33（6）：45-47.

［3］殷可，高凱.應用串聯(lián)電抗器限制500 kV短路電流分析［J］.華東電力，2004，32（9）：7-10.

［4］莊侃沁，陶榮明，尹凡.采用串聯(lián)電抗器限制500 kV短路電流在華東電網的應用［J］.華東電力，2009，37（3）：440-443.

Analysis of the Performance of High Voltage Series Reactor in Nanjing 220 kV-power-grid

XU Ning1，WANG Ying2，XU Wenchao2
（1.Jiangsu Electric Power Company Power System Planning Research Center，Nanjing 210008，China；2.China Energy Engineering Group Jiangsu Power Design Institute Co.Ltd.，Nanjing 211102，China）

High voltage series reactor has become an important equipment for current-limiting in recent years.This paper takes Nanjing 220 kV-power-grid as an example.The short-circuit current level of Yaohuamen is out-of-limit.This paper selects the appropriate location and number for high voltage series reactor.Then analyzes the effects after its installation.It is found that high voltage series reactor effectively reduces the short-circuit current in Nanjing 220 kV-power-grid.

high voltage series reactor；Yaohuamen transformer substation；short-circuit current

TM713

A

1009-0665（2015）05-0034-03

徐寧（1972），男，浙江杭州人，高級工程師，從事電網規(guī)劃及輸配電工程研究；

王瑩（1986），女，江蘇常州人，工程師，從事電力規(guī)劃研究；

許文超（1979），女，江蘇鹽城人，高級工程師，從事電力規(guī)劃研究。

2015-04-16；

2015-06-10