CN107895940A - 一种限制变电站220kv短路电流的方法 - Google Patents

一种限制变电站220kv短路电流的方法 Download PDF

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Abstract

一种限制变电站220KV短路电流的方法，涉及电力系统，该方法先计算变电站220KV系统中的短路电流情况，选择性的将部分220KV出线在变电站外通过断路器短接，再经流过变电站220KV各断路器的短路电流限制在其额定遮断电流之下，保证故障线路被顺利切除，然后在此基础上断开变电站外用于出线短接的断路器，恢复未发生故障的220KV出线的供电。本设计不仅能够有效地限制变电站220KV线路的短路电流，而且供电可靠性高、实施简便、成本低。

Description

一种限制变电站220KV短路电流的方法
技术领域
本发明涉及电力系统，尤其涉及一种限制变电站220KV短路电流的方法，主要适用于有效地限制变电站220KV线路的短路电流，且供电可靠性高、实施简便、成本低。
背景技术
电网安全稳定运行是保障用户可靠供电的前提条件。为了将故障限制在一定范围，通过断路器对故障进行隔离，可以有效避免大面积停电事故的发生。然而随着电网互联程度的加强，用户负荷水平的迅猛发展以及电网电源点的逐步建设，电网局部区域的短路电流问题日益突出。对于部分220kV出线数量多、所带负荷重的变电站，其220kV母线的短路电流已经接近甚至超过了断路器的额定遮断电流水平，给电网的安全稳定运行带来了巨大的挑战，严重威胁了电网的正常运行。因此，寻找经济有效的电网短路电流限制措施，成为了保障电网安全稳定运行亟需解决的问题之一。目前，限制变电站短路电流的措施主要有以下几种：
(1)提高断路器的额定遮断电流水平。该方法主要通过更换变电站断路器开关，提升其额定遮断电流水平，使得断路器在大短路电流情况下能够有效开断，进而实现对故障的隔离。不过该方法需要对变电站内的断路器进行改造，实现的成本高且工程量大。
(2)电网分层分区运行。在电力系统的主网联系加强后，将次级电网解环运行，实现电网分层分区运行，实现电磁环网解耦。但是对于变电站220kV系统而言，其更低压电网已实现了分层分区运行，采用该方法来限制220kV系统短路电流的作用效果不明显。
(3)变电站采用母线分列运行。打开母线分段开关，将母线分列运行，可以增大系统阻抗，有效降低系统的短路电流水平。但是该方法降低了系统的电气联系，降低了电网的安全可靠性以及运行灵活性。
(4)拉停开关、线路。在不严重影响系统可靠性的前提下，拉停某些开关与线路，可以增大电网的等值阻抗，是抑制短路电流较为便捷的手段。中国专利，申请公布号为CN102570431A，申请公布日为2012年7月11日的发明公开了一种电网短路电流限制方法，该发明针对变电站500kV短路电流提出了拉停开关和线路的选择方法以及实施方案。不过变电站220kV电气主接线方式和500kV电气主接线方式存在明显的差异，变电站500kV系统采用3/2接线方式，具有拉停开关的条件，而220kV主要采用双母线带旁路或者双母线分段接线方式，拉停开关会中断负荷用电。针对500kV主接线方式的开关拉停方案并不适合220kV短路电流限制。
(5)加装线路串联电抗器。通过对提供分支短路电流过大的线路加装串联电抗器，可以增大系统的等值阻抗。但是该方法降低了系统的电气联系，对系统的无功、电压损耗会造成一定的影响甚至会降低系统的稳定性。
(6)采用高阻抗变压器或者变压器中性点加装小电抗。对于未建设的变电站采用高阻抗变压器有利于降低变电站短路电流，但是对已建成的变电站进行改造，存在工程量大且改造成本高的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的限制变电站220KV线路短路电流效果差，且供电可靠性低、实施繁琐、成本高的缺陷与问题，提供一种能够有效地限制变电站220KV线路的短路电流，且供电可靠性高、实施简便、成本低的限制变电站220KV短路电流的方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种限制变电站220KV短路电流的方法，该方法包括以下步骤：
a、对于一个具有N条220KV出线的变电站，每条220KV出线靠近变电站侧的断路器为M1i，远离变电站侧的断路器为M2i，其中，i＝1，2，…，N；
b、计算得到电网全开机情况下，220KV母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii；
c、选择性地增加断路器Ma短接变电站220KV出线
c1、计算各220KV出线的支路短路电流Idi
Idi＝I-Ii
其中，i＝1，2，…，N；
c2、判断各220KV出线的支路短路电流Idi是否超过了其上断路器M1i的额定遮断电流；
c3、选择支路短路电流Idi超过断路器M1i额定遮断电流的出线k，将出线k与其邻近且分支短路电流最大的出线h通过增加断路器Ma进行短接；
d、短路情况下进行故障隔离
d1、当监测到出线k或者出线h上发生了短路故障，跳开断路器M1k和M1h，实现故障与其近端变电站母线之间的隔离；
d2、监测短路电流流经断路器Ma的情况；
d3、跳开断路器M2k和M2h，实现故障与其远端变电站母线之间的隔离；
e、恢复非故障出线支路的正常供电
e1、根据短路电流流经断路器Ma的情况，判断短路故障发生点；若流经断路器Ma的短路电流方向为出线k到出线h方向，则判定故障发生在出线h上，否则判定故障发生在出线k上；
e2、跳开断路器Ma，实现出线k与出线h之间的隔离；
e3、根据步骤e1的判定结果，恢复非故障出线支路的正常供电；
当故障发生在出线h上，合闸断路器M1k和M2k，实现出线k的正常供电；
当故障发生在出线k上，合闸断路器M1h和M2h，实现出线h的正常供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种限制变电站220KV短路电流的方法中先计算变电站220KV系统中的短路电流情况，再选择性地将部分220KV出线在变电站外通过断路器短接，然后将流过变电站220KV各断路器的短路电流限制在其额定遮断电流之下，保证了故障线路被顺利切除，最后，在此基础上断开变电站外用于出线短接的断路器，恢复未发生故障的220KV出线的供电；这样的设计不仅能够有效地限制变电站220KV短路电流，而且不影响电网的正常运行，供电可靠性高，同时，不需要对变电站进行全面的升级改造，实现工程量小、实施方便，所需投资低，具有良好的经济性。因此，本发明不仅能够有效地限制变电站220KV线路的短路电流，而且供电可靠性高、实施简便、成本低。
附图说明
图1是本发明限制变电站220KV短路电流的流程图。
图2是本发明的实施例中某变电站220KV接线方式示意图。
图3是本发明的实施例中采用断路器选择性短接出线后的接线方式示意图。
图4是本发明的实施例中故障后跳开变电站近端断路器后的接线方式示意图。
图5是本发明的实施例中故障后跳开变电站远端断路器后的接线方式示意图。
图6是本发明的实施例中跳开短接用断路器后的接线方式示意图。
图7是本发明的实施例中恢复非故障出线后的接线方式示意图。
图中，实心矩形块表示合闸后的断路器，空心矩形块表示跳开后的断路器。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种限制变电站220KV短路电流的方法，该方法包括以下步骤：
a、对于一个具有N条220KV出线的变电站，每条220KV出线靠近变电站侧的断路器为M1i，远离变电站侧的断路器为M2i，其中，i＝1，2，…，N；
b、计算得到电网全开机情况下，220KV母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii；
c、选择性地增加断路器Ma短接变电站220KV出线
c1、计算各220KV出线的支路短路电流Idi
Idi＝I-Ii
其中，i＝1，2，…，N；
c2、判断各220KV出线的支路短路电流Idi是否超过了其上断路器M1i的额定遮断电流；
c3、选择支路短路电流Idi超过断路器M1i额定遮断电流的出线k，将出线k与其邻近且分支短路电流最大的出线h通过增加断路器Ma进行短接；
d、短路情况下进行故障隔离
d1、当监测到出线k或者出线h上发生了短路故障，跳开断路器M1k和M1h，实现故障与其近端变电站母线之间的隔离；
d2、监测短路电流流经断路器Ma的情况；
d3、跳开断路器M2k和M2h，实现故障与其远端变电站母线之间的隔离；
e、恢复非故障出线支路的正常供电
e1、根据短路电流流经断路器Ma的情况，判断短路故障发生点；若流经断路器Ma的短路电流方向为出线k到出线h方向，则判定故障发生在出线h上，否则判定故障发生在出线k上；
e2、跳开断路器Ma，实现出线k与出线h之间的隔离；
e3、根据步骤e1的判定结果，恢复非故障出线支路的正常供电；
当故障发生在出线h上，合闸断路器M1k和M2k，实现出线k的正常供电；
当故障发生在出线k上，合闸断路器M1h和M2h，实现出线h的正常供电。
本发明的原理说明如下：
本设计提供一种限制变电站220kV短路电流的方法，涉及电力系统。该方法首先计算变电站220kV系统中的短路电流情况，选择性的将部分220kV出线在变电站外通过断路器短接，进而将流过变电站220kV各断路器的短路电流限制在其额定遮断电流之下，保证了故障线路被顺利切除，最后，在此基础上断开变电站外用于出线短接的断路器，恢复未发生故障的220kV出线的供电。该方法具有如下优点：
(1)通过在变电站外对相邻出线的短接，能够有效的限制变电站220kV线路的短路电流，且不需要拉停用户供电，具有良好的供电可靠性，这样既可以保障变电站断路器对短路故障的切除，且对电网的安全可靠性影响较小，具有很强的实用性；
(2)相对于变电站220kV系统全面升级改造，本设计所提供的方法不需要对变电站进行全面的升级改造，实现工程量小、实现难度小、实施方便，所需投资低，具有良好的经济性。
实施例：
参见图1，一种限制变电站220KV短路电流的方法，该方法包括以下步骤：
a、对于一个具有N条220KV出线的变电站，每条220KV出线靠近变电站侧的断路器为M1i，远离变电站侧的断路器为M2i，其中，i＝1，2，…，N；
本实施例所提供的一种限制变电站220KV短路电流的方法，在我国某省的某个变电站中得到了验证，该变电站220KV系统采用双母线、双分段的接线方式，具有12条出线(需要补充说明的是，本发明涉及的方法对各种220KV接线方式均适用，包括双母线带旁路、双母线分段带旁路等)，具体的接线形式如图2所示；
b、计算得到电网全开机情况下，220KV母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii；
对步骤a中变电站进行短路计算，得到变电站220KV母线短路电流以及各分支短路电流情况，如表1所示；
表1变电站220kV短路电流及分支短路电流分布情况表
母线短路电流(kA) 53.2 出线7分支短路电流(kA) 3.8
出线1分支短路电流(kA) 4.6 出线8分支短路电流(kA) 5.2
出线2分支短路电流(kA) 4.8 出线9分支短路电流(kA) 4.5
出线3分支短路电流(kA) 5.3 出线10分支短路电流(kA) 5.9
出线4分支短路电流(kA) 4.1 出线11分支短路电流(kA) 4.3
出线5分支短路电流(kA) 2.9 出线12分支短路电流(kA) 4.2
出线6分支短路电流(kA) 3.6
c、选择性地增加断路器Ma短接变电站220KV出线
c1、计算各220KV出线的支路短路电流Idi
Idi＝I-Ii
其中，i＝1，2，…，N；
c2、判断各220KV出线的支路短路电流Idi是否超过了其上断路器M1i的额定遮断电流；
c3、选择支路短路电流Idi超过断路器M1i额定遮断电流的出线k，将出线k与其邻近且分支短路电流最大的出线h通过增加断路器Ma进行短接；
根据表1所示短路电流数据，得到变电站220KV各支路短路电流情况，如表2所示，由表2数据可知，出线5处的支路短路电流超过了断路器M15的额定遮断电流50KA，因此，选择将出线4和出线5通过断路器Ma进行站外短接，形成如图3所示的接线方式，采用该接线方式后，在出线4或者出线5处发生三相短路故障后，流经断路器M14和M15的短路电流均将会降低到46.2KA，远远低于断路器的额定遮断短路电流，能够保障断路器顺利开断并实现对故障隔离；
表2变电站220kV各支路短路电流分布情况表
出线1支路短路电流(kA) 48.6 出线7支路短路电流(kA) 49.4
出线2支路短路电流(kA) 48.4 出线8支路短路电流(kA) 48.0
出线3支路短路电流(kA) 47.9 出线9支路短路电流(kA) 48.7
出线4支路短路电流(kA) 49.1 出线10支路短路电流(kA) 47.3
出线5支路短路电流(kA) 50.3 出线11支路短路电流(kA) 48.9
出线6支路短路电流(kA) 49.6 出线12支路短路电流(kA) 49.0
d、短路情况下进行故障隔离
d1、当监测到出线k或者出线h上发生了短路故障，跳开断路器M1k和M1h，实现故障与其近端变电站母线之间的隔离；
d2、监测短路电流流经断路器Ma的情况；
d3、跳开断路器M2k和M2h，实现故障与其远端变电站母线之间的隔离；
在出线4近变电站侧处发生故障时，首先跳开断路器M14和M15，实现故障与近端变电站母线之间的隔离，此时，变电站的220KV接线方式如图4所示，同时检测到流经断路器Ma的电流方向是出线5到出线4方向，表明故障发生在出线4处，此后，随着远端断路器感应到故障的发生，断路器M24和M25也跳开，实现故障与远端变电站母线之间的隔离，形成如图6所示的电气接线方式；
e、恢复非故障出线支路的正常供电
e1、根据短路电流流经断路器Ma的情况，判断短路故障发生点；若流经断路器Ma的短路电流方向为出线k到出线h方向，则判定故障发生在出线h上，否则判定故障发生在出线k上；
e2、跳开断路器Ma，实现出线k与出线h之间的隔离；
e3、根据步骤e1的判定结果，恢复非故障出线支路的正常供电；
当故障发生在出线h上，合闸断路器M1k和M2k，实现出线k的正常供电；
当故障发生在出线k上，合闸断路器M1h和M2h，实现出线h的正常供电；
实现故障隔离之后，根据步骤e来恢复非故障出线的正常供电；首先是跳开断路器Ma，实现故障出线与非故障出线之间的隔离，此时变电站的220KV接线方式如图6所示，随后，通过闭合断路器M15和M25，以实现对非故障的线路5恢复正常供电，形成如图7所示的电气接线方式。
由此可见，本发明通过增加断路器选择性的对变电站220KV出线短接，可以有效限制220KV变电站出线近端短路电流超标的问题，进而保障了断路器对故障的顺利隔离，同时通过断开用于变电站出线短接的断路器，可以恢复非故障线路的有效供电，保障了变电站运行的可靠性。

Claims (1)

1.一种限制变电站220KV短路电流的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、对于一个具有N条220KV出线的变电站，每条220KV出线靠近变电站侧的断路器为M1i，远离变电站侧的断路器为M2i，其中，i＝1，2，…，N；
b、计算得到电网全开机情况下，220KV母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii；
c、选择性地增加断路器Ma短接变电站220KV出线
c1、计算各220KV出线的支路短路电流Idi
Idi＝I-Ii
其中，i＝1，2，…，N；
c2、判断各220KV出线的支路短路电流Idi是否超过了其上断路器M1i的额定遮断电流；
c3、选择支路短路电流Idi超过断路器M1i额定遮断电流的出线k，将出线k与其邻近且分支短路电流最大的出线h通过增加断路器Ma进行短接；
d、短路情况下进行故障隔离
d1、当监测到出线k或者出线h上发生了短路故障，跳开断路器M1k和M1h，实现故障与其近端变电站母线之间的隔离；
d2、监测短路电流流经断路器Ma的情况；
d3、跳开断路器M2k和M2h，实现故障与其远端变电站母线之间的隔离；
e、恢复非故障出线支路的正常供电
e1、根据短路电流流经断路器Ma的情况，判断短路故障发生点；若流经断路器Ma的短路电流方向为出线k到出线h方向，则判定故障发生在出线h上，否则判定故障发生在出线k上；
e2、跳开断路器Ma，实现出线k与出线h之间的隔离；
e3、根据步骤e1的判定结果，恢复非故障出线支路的正常供电；
当故障发生在出线h上，合闸断路器M1k和M2k，实现出线k的正常供电；
当故障发生在出线k上，合闸断路器M1h和M2h，实现出线h的正常供电。
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