CN112736871A - 精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法及系统 - Google Patents

精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法及系统，适用于220千伏及以下电力系统双母线接线、双母线单分段接线、双母线双分段接线、单母线接线和单母线分段接线等典型接线方式。本发明将限制短路电流由母线额定遮断电流精准到通过切除故障的开关支路的最大短路电流不超过其额定遮断电流，在不影响系统的安全可靠运行的前提下挖掘电网短路电流抑制潜能，计算方法简单且易于实现，提升了电网运行的可靠性。

Description

精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统，尤其涉及一种精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法及系统，主要适用于220kV及以下电力系统中短路电流的精细化校核，将短路电流限制由母线短路电流不超过其额定遮断电流精细化到故障支路流过开关的最大短路电流不超过其额定遮断电流。
背景技术
为了满足负荷水平的快速增长，电力系统规模不断扩大，电网联系日益紧密，进一步提升了局部电网的短路电流水平，尤其部分短路电流接近或者超过额定遮断电流的220kV及以下电力系统，严重威胁了电网安全可靠运行，同时也对寻找经济有效的短路电流限制措施提出了更高的要求。
目前，常用的短路电流限制措施主要有以下几种：
(1)电网分层分区。在电力系统主网联系加强后，低一级电网解环运行，实现分层分区，可以直接有效地限制高一级电网短路电流水平，但对220kV电网系统，其低一级电网已实现分层分区，短路电流限制效果不明显。
(2)母线分列运行。母分开关打开，削弱电力系统电气联系，增大了电力系统阻抗，以降低变电站短路电流水平，但同时可能引起主变负荷分配不均，影响电力系统可靠性。
(3)加装主变中性点小电抗。该方法实施方便且投资成本较小，能有效降低变电站单相短路电流水平，对三相短路电流无抑制效果。
(4)拉停开关及线路。拉停线路或开关，增大了电网的等值阻抗以限制短路电流，该方法实施方便。公开号CN102570431A公开了一种电网短路电流限制方法，该方法针对500千伏变电站常用的3/2接线方式提供了拉停中开关的限制措施，220千伏及以下系统由于接线方式显著不同而不适用。
(5)采用线路串联电抗器。针对短路电流大的支路加装线路串联电抗器，增大系统的等值阻抗，降低短路电流水平，但该方法会影响系统的无功、电压损耗以及稳定性。
(6)限制机组开机。此方法可以有效限制局部短路电流水平，但是限制机组开机可能会带来稳定性问题，且制约了电力交易。
发明内容
本发明的目的是针对目前电网220kV及以下常用接线方式，提供一种精细化校核变电站短路电流的方法及系统，相比现有短路电流限制方法中存在的抑制效果差、成本费用高、影响系统稳定性等方法的问题，本发明操作简单易于实现，以提升电网的稳定运行水平。
为实现以上目的，本发明采用如下的技术方案：一种精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法，其包括步骤：
1)计算母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii，其中，i＝1，2，…，N；
2)查看是否存在空充母线或空充线路，若存在空充母线或线路，最大遮断电流即母线短路电流，则校核结束；
3)计算每条出线的支路短路电流I1i，I1i＝I-Ii，最大值记作I1i max，即为本侧开关先跳时的最大短路电流值；
4)拉停任意出线后，计算此时母线短路电流I2i，最大值记作I2i max，即为对侧开关先跳时的最大短路电流值；
5)对于单相短路电流，考虑任意投重合闸出线单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流I3i，最大值记I3i max；
6)综合以上不同情况校核得三相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max)，单相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max，I3i max)。
进一步地，步骤4)中，所述的任意出线包含主变压器的出线。
进一步地，步骤5)中，所述的任意投重合闸出线不含主变压器的出线。
进一步地，本发明的方法适用于220千伏及以下电力系统双母线接线、双母线单分段接线、双母线双分段接线、单母线接线和单母线分段接线。
本发明还提供以下技术方案：精细化校核220kV及以下变电站短路电流的系统，其包括：
短路电流计算单元，用于计算母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii，其中，i＝1，2，…，N；
空充母线或线路查看单元，用于查看是否存在空充母线或空充线路，若存在空充母线或线路，最大遮断电流即母线短路电流，则校核结束；
支路短路电流计算单元，用于计算每条出线的支路短路电流I1i，I1i＝I-Ii，最大值记作I1i max，即为本侧开关先跳时的最大短路电流值；
第一母线短路电流计算单元，拉停任意出线后，计算此时母线短路电流I2i，最大值记作I2i max，即为对侧开关先跳时的最大短路电流值；
第二母线短路电流计算单元，对于单相短路电流，考虑任意投重合闸出线单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流I3i，最大值记I3i max；
最大短路电流值计算单元，综合以上不同单元校核得三相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max)，单相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max，I3i max)。
进一步地，第一母线短路电流计算单元中，所述的任意出线包含主变压器的出线。
进一步地，第二母线短路电流计算单元中，所述的任意投重合闸出线不含主变压器的出线。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：本发明将限制短路电流由母线额定遮断电流精准到通过切除故障的开关支路的最大短路电流不超过其额定遮断电流，在不影响系统的安全可靠运行的前提下挖掘电网短路电流抑制潜能，计算方法简单且易于实现，进一步提升了电网运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中某220千伏变电站双母双分段接线示意图；
图3为本发明系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法，该方法包括以下步骤：
1)计算母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii，其中，i＝1，2，…，N；
本实施例中选取某220kV变电站，如图2所示，该变电站为双母双分段接线方式，具有10条出线，按上述步骤在全开机方式下计算得到该220kV变电站的母线及分支短路电流，见表1。
表1某220kV变电站母线及分支短路电流计算结果表(单位：千安)
线路名称 符号 短路电流值(三相/单相)
母线 I 49.5/46.2
出线1 I<sub>1</sub> 5.0/4.5
出线2 I<sub>2</sub> 2.9/2.7
出线3 I<sub>3</sub> 3.1/3.2
出线4 I<sub>4</sub> 5.5/5.7
出线5(主变) I<sub>5</sub> 8.4/7.1
出线6 I<sub>6</sub> 4.9/4.5
出线7 I<sub>7</sub> 2.9/2.7
出线8 I<sub>8</sub> 3.1/3.2
出线9 I<sub>9</sub> 5.3/5.5
出线10(主变) I<sub>10</sub> 8.4/7.1
2)查看是否存在空充母线或空充线路，若存在空充母线或线路，最大遮断电流即母线短路电流，则校核结束；
3)计算每条出线的支路短路电流I1i，I1i＝I-Ii，最大值记作I1i max，即为本侧开关先跳时的最大短路电流值；
本实施例中选取的220kV变电站无空充母线或空充线路，故校核继续。计算得每条出线的支路短路电流I1i如表2所示，由此可知本侧开关先跳时的三相最大短路电流值为46.6千安，单相最大短路电流值为43.5千安。
表2某220kV变电站本侧开关先跳时短路电流计算结果表(单位：千安)
动作开关所在支路 符号 短路电流值(三相/单相)
出线1 I<sub>11</sub> 44.5/41.7
出线2 I<sub>12</sub> 46.6/43.5
出线3 I<sub>13</sub> 46.4/43.0
出线4 I<sub>14</sub> 44.0/40.5
出线5(主变) I<sub>15</sub> 41.1/39.1
出线6 I<sub>16</sub> 44.6/41.7
出线7 I<sub>17</sub> 46.6/43.5
出线8 I<sub>18</sub> 46.4/43.0
出线9 I<sub>19</sub> 44.2/40.7
出线10(主变) I<sub>110</sub> 41.1/39.1
4)拉停任意出线(含主变)后，计算此时母线短路电流I2i，最大值记作I2i max，即为对侧开关先跳时的最大短路电流值；
本实施例中，依次拉开该220kV变电站出线(含主变)，计算相应母线短路电流，结果如表3所示，由此可得对侧开关先动作时的流过开关的三相短路电流最大值为49.1千安，单相短路电流最大值为45.6千安。
表3某220kV变电站对侧开关先跳时短路电流计算结果表(单位：千安)
动作开关所在支路 符号 短路电流值(三相/单相)
出线1 I<sub>21</sub> 48.3/44.8
出线2 I<sub>22</sub> 49.1/45.6
出线3 I<sub>23</sub> 48.4/44.9
出线4 I<sub>24</sub> 48.8/45.0
出线5(主变) I<sub>25</sub> 43.4/40.8
出线6 I<sub>26</sub> 48.3/44.8
出线7 I<sub>27</sub> 49.1/45.6
出线8 I<sub>28</sub> 48.4/44.9
出线9 I<sub>29</sub> 48.9/45.0
出线10(主变) I<sub>210</sub> 43.4/40.8
5)对于单相短路电流，考虑任意投重合闸出线(不含主变)单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流I3i，最大值记I3i max；
同理，本实施例中考虑任意投重合闸出线(不含主变)单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流值如表4所示，可得到非全相运行阶段单相短路电流最大值为45.5千安。
表4某220kV变电站非全相运行单相短路电流计算结果表(单位：千安)
动作开关所在支路 符号 短路电流值(单相)
出线1 I<sub>21</sub> 45.0
出线2 I<sub>22</sub> 45.5
出线3 I<sub>23</sub> 44.8
出线4 I<sub>24</sub> 45.0
出线6 I<sub>26</sub> 44.9
出线7 I<sub>27</sub> 45.4
出线8 I<sub>28</sub> 45.2
出线9 I<sub>29</sub> 45.1
6)综合以上不同情况校核可得三相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max)，单相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max，I3i max)。
综合以上不同情况下的校核结果，采用本发明提出的一种精细化校核220kV及以下短路电流的方法后，校核得到三相最大短路电流为49.1千安，单相最大短路电流为45.6千安。算例中该220kV变电站母线三相短路电流从49.5千安的超标状态，精细化校核至流过开关的最大三相短路电流值为49.1千安，短路电流值不超标。由此可以恢复拉停线路或陪停机组等原短路电流抑制措施，提升了电网稳定运行水平，保障电网经济性及可靠性。
实施例2
本实施例提供一种精细化校核220kV及以下变电站短路电流的系统，其包括：
短路电流计算单元，用于计算母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii，其中，i＝1，2，…，N；
空充母线或线路查看单元，用于查看是否存在空充母线或空充线路，若存在空充母线或线路，最大遮断电流即母线短路电流，则校核结束；
支路短路电流计算单元，用于计算每条出线的支路短路电流I1i，I1i＝I-Ii，最大值记作I1i max，即为本侧开关先跳时的最大短路电流值；
第一母线短路电流计算单元，拉停任意出线后，计算此时母线短路电流I2i，最大值记作I2i max，即为对侧开关先跳时的最大短路电流值；
第二母线短路电流计算单元，对于单相短路电流，考虑任意投重合闸出线单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流I3i，最大值记I3i max；
最大短路电流值计算单元，综合以上不同单元校核得三相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max)，单相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max，I3i max)。
第一母线短路电流计算单元中，所述的任意出线包含主变压器的出线。
第二母线短路电流计算单元中，所述的任意投重合闸出线不含主变压器的出线。
本系统适用于220千伏及以下电力系统双母线接线、双母线单分段接线、双母线双分段接线、单母线接线和单母线分段接线。

Claims (8)

1.精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法，其特征在于，包括步骤：
1)计算母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii，其中，i＝1，2，…，N；
2)查看是否存在空充母线或空充线路，若存在空充母线或线路，最大遮断电流即母线短路电流，则校核结束；
3)计算每条出线的支路短路电流I1i，I1i＝I-Ii，最大值记作I1i max，即为本侧开关先跳时的最大短路电流值；
4)拉停任意出线后，计算此时母线短路电流I2i，最大值记作I2i max，即为对侧开关先跳时的最大短路电流值；
5)对于单相短路电流，考虑任意投重合闸出线单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流I3i，最大值记I3i max；
6)综合以上不同情况校核得三相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max)，单相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max，I3i max)。
2.根据权利要求1所述的精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法，其特征在于，步骤4)中，所述的任意出线包含主变压器的出线。
3.根据权利要求1所述的精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法，其特征在于，步骤5)中，所述的任意投重合闸出线不含主变压器的出线。
4.根据权利要求1所述的精细化校核220kV及以下变电站短路电流的方法，其特征在于，适用于220千伏及以下电力系统双母线接线、双母线单分段接线、双母线双分段接线、单母线接线和单母线分段接线。
5.精细化校核220kV及以下变电站短路电流的系统，其特征在于，包括：
短路电流计算单元，用于计算母线短路电流I以及第i条出线的分支短路电流Ii，其中，i＝1，2，…，N；
空充母线或线路查看单元，用于查看是否存在空充母线或空充线路，若存在空充母线或线路，最大遮断电流即母线短路电流，则校核结束；
支路短路电流计算单元，用于计算每条出线的支路短路电流I1i，I1i＝I-Ii，最大值记作I1i max，即为本侧开关先跳时的最大短路电流值；
第一母线短路电流计算单元，拉停任意出线后，计算此时母线短路电流I2i，最大值记作I2i max，即为对侧开关先跳时的最大短路电流值；
第二母线短路电流计算单元，对于单相短路电流，考虑任意投重合闸出线单相跳闸阶段非全相运行，计算此时母线短路电流I3i，最大值记I3i max；
最大短路电流值计算单元，综合以上不同单元校核得三相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max)，单相最大短路电流值为max(I1i max，I2i max，I3i max)。
6.根据权利要求5所述的精细化校核220kV及以下变电站短路电流的系统，其特征在于，第一母线短路电流计算单元中，所述的任意出线包含主变压器的出线。
7.根据权利要求5所述的精细化校核220kV及以下变电站短路电流的系统，其特征在于，第二母线短路电流计算单元中，所述的任意投重合闸出线不含主变压器的出线。
8.根据权利要求5所述的精细化校核220kV及以下变电站短路电流的系统，其特征在于，适用于220千伏及以下电力系统双母线接线、双母线单分段接线、双母线双分段接线、单母线接线和单母线分段接线。
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