抑制电网单相短路电流的方法与流程

本发明涉及输变电技术领域，是一种抑制电网单相短路电流的方法。

背景技术：

随着新疆电网跨越式发展，750kV变电站周围网络结构日益加强，负荷密度持续增大，同时由于750kV和220kV变压器均采用分相自耦变压器，750kV变电站220kV侧的非对称接地故障短路电流超过三相短路电流。出现了220kV系统短路电流接近，甚至超过断路器的额定遮断容量的情况，对系统的安全运行造成隐患。其原因如下：一、随着大型发电厂的不断投入，大型发电厂的多台升压变压器中性点直接接地，使得变电站或附近变电站的零序电抗急剧下降，导致单相短路电流增大。零序电流必须经过大地才能构成通路。零序网络中，中性点接地变压器的零序阻抗均进入零序网络，从故障点看进去，整个系统零序阻抗表现为各支路零序阻抗的并联值，各支路越多，总阻抗值越小，短路电流变大。二、随着电网的不断发展，受端网络的日益增强，受端负荷中心的负荷密度不断增大，增大了单相短路电流大于三相短路电流的可能性。由于自耦变压器制造上的原因，自耦变压器中压侧的电抗值常为零或接近零，导致220kV母线单相短路电流大于三相短路电流。从故障的概率讲，单相接地故障约占75％左右，单相短路电流必须小于三相短路电流。变电设备的动稳定，热稳定校验是以三相短路电流来整定，若设备单相短路电流大于三相短路电流，变电设备将面临击穿。

技术实现要素：

本发明提供了一种抑制电网单相短路电流的方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的电网中存在的变电设备单相短路电流大于三相短路电流，变电设备存在安全隐患的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：750kV/220kV电网包括750kV枢纽变电站和至少一个220kV变电站，所述750kV枢纽变电站的220kV母线通过220kV出线连接到220kV变电站的220kV母线上，形成220kV电网；所述的750kV枢纽变电站的750kV主变压器和各220kV变电站的220kV主变压器均为分相自耦变压器，750kV枢纽变电站750kV分相自耦变压器中性点直接接地改为经电抗器接地，增大750kV枢纽变电站220kV侧母线单相短路时的零序等值阻抗，降低750kV枢纽变电站220kV侧母线单相短路电流。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述电抗器阻值取值范围为5Ω至20Ω。

本发明通过将750kV枢纽变电站750kV分相自耦变压器中性点直接地改为经电抗器接地，增大750kV枢纽变电站220kV侧母线单相短路时的零序等值阻抗，降低750kV枢纽变电站220kV侧母线单相短路电流，对于抑制短路电流的作用比较明显。

附图说明

附图1为本发明中性点经小电抗接地的自耦变压器及其等值电路。

附图2为本发明实施例2的电路图。

附图中的编码分别为：1为电抗器。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2所示，一种抑制电网単相短络的方法，750kV/220kV电网包括750kV枢纽变电站和至少一个220kV变电站，所述750kV枢纽变电站的220kV母线通过220kV出线连接到220kV变电站的220kV母线上，形成220kV电网；当所述的750kV枢纽变电站的750kV主变压器和各220kV变电站的220kV主变压器均为分相自耦变压器时，通过将750kV枢纽变电站750kV分相自耦变压器中性点直接地改为经电抗器1接地，增大750kV枢纽变电站220kV侧母线单相短路时的零序等值阻抗，降低750kV枢纽变电站220kV侧母线单相短路电流。在实际工作时，单相接地短路时，短路电流计算公式为：而三相接地短路，短路电流公式为：式中：Z₁∑，Z₂∑，Z₀∑分别为从短路点向电源侧看进去的等值正、负、零序阻抗，E为发电机正序等值电势。比较单相短路电流和三相短路电流的大小，实际上就是比较Z₁∑和Z₂∑+Z₀∑的大小。在现有电网中，一般短路点都远离电源，比较单相短路电流和三相短路电流值的大小，只需比较Z₀∑和Z₁∑，当零序阻抗小于总的正序阻抗时，单相短路电流大于三相短路电流。只有全绝缘的变压器，才可以用在小接地电流系统中；而在大接地电流系统中，并非所有变压器中心点都接地，而是从系统稳定、继电保护及限制短路电流等方面考虑，确定其接地台数和接地点。从绝缘方面要求，故障点的综合阻抗比值应满足：X∑3：X∑0>1:3，否则在接地故障时变压器中心点电压位移过高，造成绝缘损坏。从限制短路电流出发，一般要求单相短路电流不超过三相短路电流的水平，即要求X∑0>X∑3。(I∑0小于I∑3即单相短路电流小于三相短电流)，从稳定要求来看，X∑0越大越好，即X∑0大，I∑0就小。

可根据实际需要，对上述抑制电网单相短路电流的方法作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，所述电抗器1阻值取值范围为5Ω至20Ω。通过计算分析，在主变中性点加装小电抗，对主变750kV侧母线各种故障类型的短路电流几乎无限制作用，对主变220kV侧母线三相短路电流也无限制作用，但可以大大降低主变220kV侧母线单相以及两相短路电流。当小电抗值为5Ω时，其主变220kV单相短路电流降至约53.62kA，当小电抗值增加为15Ω时，其变220kV单相短路电流降至49.89kA，再继续增加小电抗的阻抗值到20Ω时对降低短路电流的效果已不明显。当其中性点接入不同阻值的电抗器1后，可得等值零序阻抗。

实施例2：如图2所示，一种上述抑制电网单相短路电流的方法，根据750KV五彩湾变电站主变主要参数，额定容量：500/500/150MVA(单相)，其中Uk_高—中＝24.54％；Uk_高—低＝54.01％；Uk_中—低＝24.51％，以高压额定容量为基准，计算得到220kV母线侧各绕组等值电抗值：X1＝26.15；X2＝-2.4；X3＝26.11。

750KV五彩湾变电站一台主变中性点直接接地时(若将高压侧三相短路接地，中压侧加10kV)，各绕组的等值电抗：

Us1％＝27.02％(Ω)

Us2％＝-2.48％(Ω)

Us3％＝26.99％(Ω)

折算到220kV侧的各绕组等值电抗为：

X2＝-2.4(Ω)

X3＝26.11(Ω)

在第III绕组接成三角形，中性点直接接地时，

220kV侧的零序电流为

I_II(0)＝10000/{26.15＊26.11/[(26.15+26.11)－2.4]}＝938(A)

I_I(0)’＝938*26.11/(26.15+26.11)＝468(A)

I_III(0)＝I_II(0)－I_I(0)’＝470(A)

750kV侧零序电流的实际值为

468*220/750＝137.28(A)

绕组中III零序电流的实际值为：

1/1.732*470*220/63＝947(A)

中性点接地电流为3*(938-137.28)＝2400.72(A)

在第III绕组接成三角形，中性点经过电抗接地时(电抗值为4.5Ω)

x‘_I＝x_I+3x_n(1-k₁₂)k²₂₁＝26.15+3*4.5[(1-750/220)(220/750)²]＝23

x‘_II＝x_II+3x_n k₁₂(-1+k₁₂)k²₂₁＝-2.4+3*4.5(750/220)[(-1+750/220)(220/750)²]＝7.08

x‘_III＝x_III+3x_n k₁₂k²₂₁＝26.11+3*4.5*750/220*(220/750)²＝29.11

220kV侧的零序电流为：

I_II(0)＝10000/[23＊29.11/(23+29.11)+7.08]＝501.76(A)

I_I(0)’＝501.76*29.11/(23+29.11)＝280.29(A)

I_I(0)＝I_I(0)’k₂₁＝280.29*220/750＝82.21(A)

I’_III(0)＝I_II(0)*x‘_I/(x‘_I+x‘_III)＝331.03(A)

绕组中III零序电流的实际值为：

1/1.732*331.03*220/63＝667.42(A)

中性点接地电流为3*(501.76-82.21)＝1258.62(A)

Vn＝1258.62*4.5＝5.6kV

在第III绕组接成三角形，中性点经过电抗接地时(电抗值为14.5Ω)

x‘_I＝x_I+3x_n(1-k₁₂)k²₂₁＝26.15+3*14.5[(1-750/220)(220/750)²]＝17.13(Ω)

x‘_II＝x_II+3x_n k₁₂(-1+k₁₂)k²₂₁

＝-2.4+3*14.5(750/220)[(-1+750/220)(220/750)²]＝28.14(Ω)

x‘_III＝x_III+3x_n k₁₂k²₂₁＝26.11+3*14.5*750/220*(220/750)²＝38.87(Ω)

I_II(0)＝10000/[17.13＊38.87/(17.13+38.87)+28.14]＝249.82(A)

I_I(0)’＝249.82*38.87/(17.13+38.87)＝173.39(A)

I_I(0)＝I_I(0)’k₂₁＝173.39*220/750＝50.86(A)

I’_III(0)＝I_II(0)*x‘_I/(x‘_I+x‘_III)＝249.82＊17.13/(17.13+38.87)＝76.42(A)

绕组中III零序电流的实际值为：

1/1.732*76.42*220/63＝154.28(A)

中性点接地电流为3*(249.82-50.86)＝596.88(A)

(1)Vn＝596.88*14.5＝8.6kV当中性点加接小电抗接地(电抗值为4.5Ω)，其各绕组等值电抗值(折算到220kV侧)

x‘_I＝23(Ω)；

x‘_II＝7.08(Ω)

x‘_III＝29.11(Ω)(含有与中性点接地电抗有关的附加项)

(2)当中性点加接小电抗接地(电抗值为12)，其各绕组等值电抗值(折算到220kV侧)

x‘_I＝17.13(Ω)

x‘_II＝28.14(Ω)

x‘_III＝38.87(Ω)(含有与中性点接地电抗有关的附加项)

(3)在中性点直接接地系统系统中，五彩湾地区短路电流，计算结果如表1所示。

(4)在五彩湾两台主变中性点加装12Ω的电抗器1后，单相短路电流计算如表2所示。

通过计算分析，在主变中性点加装小电抗，对主变750kV侧母线各种故障类型的短路电流几乎无限制作用，对主变220kV侧母线三相短路电流也无限制作用，但可以大大降低主变220kV侧母线单相短路电流。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

表1五彩湾地区短路电流计算结果

表2在五彩湾两台主变中性点加装12Ω的电抗器后，单相短路电流计算结果