CN116131236A - 一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法、系统及介质 - Google Patents

一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法、系统及介质 Download PDF

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CN116131236A CN202310070435.2A CN202310070435A CN116131236A CN 116131236 A CN116131236 A CN 116131236A CN 202310070435 A CN202310070435 A CN 202310070435A CN 116131236 A CN116131236 A CN 116131236A
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丁玉杰
宋锐
陈小月
王学斌
艾绍贵
傅国斌
文习山
赵东宁
司俊杰
赵焕蓓
辜诗婷
马勇飞
张�杰
杨凯璇
蔡生亮
孙海斌
赵金朝
闫涵
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Abstract

本发明涉及电力系统，尤其是涉及一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法、系统及介质。包括在三绕组自耦变压器公共绕组不同位置P1、P2……Pn处加装快速开关投切电抗型限流器；在PSASP中修改三绕组自耦变压器模型电抗参数，利用PSASP短路计算模块计算不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时发生三相短路及单相短路的短路电流及各支路电流，分析数据后确定最优安装位置处Pi。本发明提出基于快速开关投切电抗型限流器的几种短路电流限制方案，评估在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装快速开关限流装置的技术经济性，提出最优限流方案，为实际的运行方案提供技术指导。

Description

一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法、系统及 介质
技术领域
本发明涉及电力系统，尤其是涉及一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法、系统及介质。
背景技术
随着电力系统规模的扩大和电网的不断加强，电力系统中短路电流水平逐年加大，目前已成为电力系统规划、运行方面面临的重要问题。青海电网东密西疏，南弱北虚，网架结构极不协调。近年来，为了满足不断增长的电力需求，青海超高压电网的规模不断扩大，电网联系日趋紧密，网内电气等效距离进一步缩短，供电可靠性得到明显提升，但短路电流水平也持续攀升。东部地区电网负荷、装机及网架稠密，且几个相邻的750kV变电站电气距离过近，短路电流超标问题突出。其中，西宁变近区常规电源接入集中，2021年单相短路电流达到53.6kA，超过其断路器断流电流的遮断容量50kA。同时，青海电网风光等电源汇入密集、750kV单台主变容量大及多个双环网构架逐步形成，导致部分区域短路电流、尤其是330kV侧短路电流超标问题严重。2021年青海电网330kV母线短路电流水平超标的厂站有2个。短路电流超标带来的影响就是，发生故障时可能导致断路器不能快速起动或越级跳闸，对继电保护的快速性和可靠性带来不可预测的影响，造成机组脱网和事故范围扩大，严重影响电网的安全和稳定运行。随着青山变、青豫直流及其配套工程的投运，青海东部地区电网短路电流超标的问题会更突出，同时电力市场化的不断推进，对主网架的电力输送能力和可靠性提出了更高的要求。如何在发展电网的同时有效地控制电网短路电流水平，已经成为目前亟待解决的重要问题。
解决短路电流问题有两个方向，一是直接更换开关设备，二是采取限制短路电流的措施。更换开关设备适用于局部短路电流过大的情况，当整个系统短路电流水平提高时，更换开关设备的费用很大，这时应考虑采取限制短路电流的措施。电力系统限制短路电流的方法包括改变系统运行方式、采用高阻抗设备及安装故障电流限制器(Fault CurrentLimiter,FCL)等。故障电流限制器是一种串接在线路中的电气设备，与普通限流电抗器相比，它应在启动、正常运行(包括从故障限流状态返回到正常运行状态)时应对电力系统无任何不利影响，且保护范围内的系统发生短路故障时应能立即自动插入限流阻抗并有效限制短路电流至要求的合理水平。故障电流限制器的研制按限流元件的组成可以分为谐振型限流器(串联谐振型限流器和并联谐振型限流器)、避雷器型限流器(PTC电阻限流器和液态金属电阻限流器)、固态限流器、超导限流器、饱和电抗型限流器和投切电抗型限流器。但现有故障电流限制器大部分均串接在电网中以抑制短路电流，但是串联电抗器在电网未发生故障时也会消耗能量，因此存在都存在制造成本高、运行损耗大等不足等弊端，无法满足电网运行经济性需求，因此在电网中未得到推广应用。而基于快速开关的投切电抗型限流器综合考虑了经济性与快速性需求，将快速开关与限流电抗器相并联，在故障发生时快速开关断开，限流电抗器投入运行，对短路电流起到抑制作用；正常运行时，快速开关闭合，将限流电抗器短接，因此其正常运行时无损耗。同时，基于快速开关的投切电抗型限流器结构简单、制造成本低，成为经济实用型限流设备的首选方案。本项目为降低青海西宁变近区线路断路器无法开断短路电流的风险，提出基于快速开关投切电抗型限流器的几种短路电流限制方案并评估其限流效果，研制基于快速开关投切电抗型限流器样机及测控单元，科学合理的解决短路电流超标问题，保障青海电网安全稳定运行。
西宁变是青海750kV主网架中的重要枢纽变电站，同时还是青海东部地区330kV电网主要电源点(近区共接入6座330kV及以上常规电厂，共19台常规机组，装机容量达867万千瓦，占青海全网常规电源容量的58％。西宁地区与相邻的官亭地区常规电源接入容量占青海全网的95％)。目前变电站共有3组1500MVA主变，9回750kV出线，12回330kV出线。一旦因750kV、330kV母线短路电流超标造成设备故障，极端方式下影响西宁地区电网的正常供电。结合西宁变电站现状，通过本项目主要治理330kV母线短路电流超标风险，同时可适当降低750千伏母线短路电流，保证当前电网安全运行和提高规划网架安全水平。
快速开关电抗投切型故障电流限制装置由快速开关和限流电抗器并联构成，结构简单，设备投资成本低。正常运行时快速开关闭合，限流电抗器不通流；故障发生时快速开关断开，限流电抗器投入运行。这种方式避免了正常运行时引起限流电抗的损耗及压降，减小了固定串抗因长期通流发热、绝缘老化引起的匝间击穿故障率。宁夏贺兰山变电站通过在220kV主变间隔串联快速开关型故障限流器，可将220kV三相和单相短路电流分别由63.92kA、57.33kA限制到53.17kA和48.44kA(以2030年规划网架为基础进行短路电流计算)。采用快速开关型短路电流限制装置在短路电流超标或接近超标的变电站应用后，可显著减少母线短路电流，实现在不更换原有断路器，不改变原有系统运行方式的情况下，确保短路故障的安全开断和隔离。而750kV电压等级多采用自耦变压器，在自耦变不同的位置加装快速开关投切的电抗均可实现对短路电流的限制。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，包括
在三绕组自耦变压器公共绕组不同位置P1、P2……Pn处加装快速开关投切电抗型限流器；
在PSASP中修改三绕组自耦变压器模型电抗参数，利用PSASP短路计算模块计算不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时发生三相短路及单相短路的短路电流及各支路电流，分析数据后确定最优安装位置处Pi。
在上述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，三绕组自耦变压器模型电抗参数用三次短路试验来确定，每次短路试验在两个绕组之间进行，第三绕组开路，包括：
第一次短路试验将绕组2短路，绕组3开路，在绕组1上施加低电压，测得短路阻抗Zs1-2，Zs1-2＝Z123+Z213。
第二次短路试验将绕组3短路，绕组2开路，在绕组1上施加低电压，测得短路阻抗＝Z123+Z312。
第三次短路试验将绕组3短路，绕组1开路，在绕组2上施加低电压，测得短路阻抗Zs2-3＝Z213+Z312。
在上述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，在三绕组自耦变压器公共绕组加装快速开关投切电抗型限流器，可等效为在三绕组自耦变压器公共绕组加装一限流电感L。第一次短路试验将绕组2短路，绕组3开路，在绕组1上施加低电压，到1绕组电流达到额定电流；由等效电路可得
Z′s1-2＝Z1-(ka-1)(Z2+ZL)+ka(ka-1)(Z2+ZL) (1)
ΔZs1-2＝(1-ka)2ZL (2)
在上述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，第二次短路试验将绕组3短路，绕组2开路，在绕组1上施加低电压，由等效电路可得
Z′s1-3＝Z1+Z2+ZL+kb 2Z3 (3)
ΔZs1-3＝ZL (4)
在上述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，第三次短路试验将绕组3短路，绕组1开路，在绕组2上施加低电压，由等效电路可得
Z″s2-3＝ka 2(Z2+ZL+kc 2Z3) (5)
ΔZs2-3＝ka 2ZL (6)
在上述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，
由ΔZs1-2，ΔZs1-3，ΔZs2-3根据式(7)可求得ΔZ123，ΔZ213，ΔZ312分别为
Figure BDA0004064650050000031
在上述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，将快速开关限流装置与三绕组自耦变压器等效为一个整体，当所加装快速开关投切电抗型限流器的电抗值已知时，加装快速开关限流装置前后三绕组自耦变压器等效电路中电抗X1、X2、X3的差值可由式(7)得到，并在PSASP-元件数据-三绕组变压器中对不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时电抗参数X1、X2、X3进行修改。
一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流系统，其特征在于，在在三绕组自耦变压器公共绕组不同位置P1、P2……Pn处加装快速开关投切电抗型限流器，系统包括
第一模块：被配置为用于在PSASP中修改三绕组自耦变压器模型电抗参数，
第二模块：被配置为利用PSASP短路计算模块计算不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时发生三相短路及单相短路的短路电流及各支路电流，分析数据后确定最优安装位置处Pi。
一种计算机介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序能够运行上述任意一项方法步骤。
因此，本发明具有如下优点：提出基于快速开关投切电抗型限流器的几种短路电流限制方案，评估在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装快速开关限流装置的技术经济性，提出最优限流方案，为实际的运行方案提供技术指导。
附图说明
图1是第一次短路试验示意图。
图2是第一次短路试验等效电路图。
图3是第二次短路试验示意图。
图4是第二次短路试验等效电路图。
图5是第三次短路试验示意图。
图6是第三次短路试验等效电路图。
图7是等效电路图。
图8是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例以青西宁变电站为案例进行说明。
三绕组变压器的等效电路参数可以用三次短路试验来确定，每次短路试验在两个绕组之间进行，第三绕组开路。此时试验完全相当于双绕组变压器的短路试验。第一次短路试验将绕组2短路，绕组3开路，在绕组1上施加低电压，测得短路阻抗Zs1-2，Zs1-2＝Z123+Z213。第二次短路试验将绕组3短路，绕组2开路，在绕组1上施加低电压，测得短路阻抗＝Z123+Z312。第三次短路试验将绕组3短路，绕组1开路，在绕组2上施加低电压，测得短路阻抗Zs2-3＝Z213+Z312。
在三绕组自耦变压器公共绕组加装快速开关投切电抗型限流器，可等效为在三绕组自耦变压器公共绕组加装一限流电感L。第一次短路试验如图所示，将绕组2短路，绕组3开路，在绕组1上施加低电压，到1绕组电流达到额定电流。
公共绕组限流电感投入前，根据磁动势平衡，负载时的主磁通近似等于空载时的主磁通，有
F1+F2＝F0 (0-1)
N1I1+N2I2＝(N1+N2)I0 (0-2)
由于励磁电流很小，忽略励磁电流得
N1I1+N2I2＝0 (0-3)
Figure BDA0004064650050000041
可整理出一二次侧电流和绕组电流之间的关系有
Figure BDA0004064650050000051
回路电压之间的关系有
Figure BDA0004064650050000052
根据电流之间的关系，回路电压第一个方程式可改写为
U1a＝-kaE2+I1a[Z1-(ka-1)Z2] (0-7)
回路电压第二个方程式可改写为
Figure BDA0004064650050000053
根据上述方程式，绘制等效电路图如下，
由等效电路图可得
Figure BDA0004064650050000054
在公共绕组投入限流电感后，回路电压之间的关系有
U′1a＝-kaE2+I1a[Z1-(ka-1)(Z2+ZL)] (0-10)
Figure BDA0004064650050000055
由等效电路可得
Z′s1-2＝Z1-(ka-1)(Z2+ZL)+ka(ka-1)(Z2+ZL) (0-12)
ΔZs1-2＝(1-ka)2ZL (0-13)
第二次短路试验如图所示，将绕组3短路，绕组2开路，在绕组1上施加低电压。
公共绕组限流电感投入前，根据磁动势平衡，负载时的主磁通近似等于空载时的主磁通，有
F1+F3＝F0 (0-14)
(N1+N2)I1+N3I3＝(N1+N2)I0 (0-15)
由于励磁电流很小，忽略励磁电流得
(N1+N2)I1+N3I3＝0 (0-16)
Figure BDA0004064650050000061
可得回路电压之间的关系有
Figure BDA0004064650050000062
根据上述方程式，绘制等效电路图如下，
由等效电路图可得
Zs1-3＝Z1+Z2+kb 2Z3 (0-19)
在公共绕组投入限流电感后，回路电压之间的关系有
U′1a＝-kbE3+I1(Z1+Z2+ZL) (0-20)
U′3＝E3-I3Z3 (0-21)
由等效电路可得
Z′s1-3＝Z1+Z2+ZL+kb 2Z3 (0-22)
ΔZs1-3＝ZL (0-23)
第三次短路试验如图所示，将绕组3短路，绕组1开路，在绕组2上施加低电压。
公共绕组限流电感投入前，根据磁动势平衡，负载时的主磁通近似等于空载时的主磁通，有
F2+F3＝F0 (0-24)
N2I2+N3I3＝N2I0 (0-25)
由于励磁电流很小，忽略励磁电流得
N2I2+N3I3＝0 (0-26)
Figure BDA0004064650050000063
可得回路电压之间的关系有
Figure BDA0004064650050000064
根据上述方程式，绘制等效电路图如下，
由等效电路图可得
Zs2-3＝Z2+kc 2Z3 (0-29)
因为Zs2-3＝Z2+kc 2Z3是仅折算到第2绕组的阻抗值，现将之折算到第1绕组，该自耦变压器S1N＝S2N，有
Z′s2-3＝ka 2(Z2+kc 2Z3) (0-30)
在公共绕组投入限流电感后，回路电压之间的关系有
U′2a＝-kcE3+I2(Z2+ZL) (0-31)
U′3＝E3-I3Z3 (0-32)
由等效电路可得
Z′s2-3＝ka 2(Z2+ZL+kc 2Z3) (0-33)
ΔZs2-3＝ka 2ZL (0-34)
由ΔZs1-2，ΔZs1-3，ΔZs2-3根据式(3-35)可求得ΔZ123，ΔZ213，ΔZ312分别为
Figure BDA0004064650050000071
得到等效电路如下，
由上述公式可知，将快速开关限流装置与三绕组自耦变压器等效为一个整体，当所加装快速开关投切电抗型限流器的电抗值已知时，加装快速开关限流装置前后三绕组自耦变压器等效电路中电抗X1、X2、X3的差值可由式(3-35)得到，并在PSASP-元件数据-三绕组变压器中对青西宁变电站#1主变、青西宁变电站#2主变、青西宁变电站#3主变的电抗参数X1、X2、X3进行修改。短路电流限制方案技术经济性评估
本项目为降低青海东部地区短路电流超标风险，提出基于快速开关投切电抗型限流器的三种短路电流限制方案。方案1为在高压侧加装快速开关投切电抗型限流器，方案2为在中压侧加装快速开关投切电抗型限流器，方案3为在公共绕组中性点侧加装快速开关投切电抗型限流器。
基于青海电网现有的网架结构，在PSASP中修改三绕组自耦变压器模型电抗参数，以DL-2潮流方式为例，利用PSASP短路计算模块计算在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装快速开关投切电抗型限流器后在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生三相短路(故障类型为ABC)及单相短路(故障类型为A，G)的短路电流及各支路电流，分析各短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量，评估各短路电流限制方案技术经济性，提出最优限流方案。
1、相同限流深度各短路电流限制方案技术经济性对比
在三绕组自耦变压器中压侧加装电抗值为5Ω的快速开关投切电抗型限流器，高压侧及公共绕组中性点侧分别加装与之限流深度相同的快速开关投切电抗型限流器，快速开关投切电抗型限流器加装在不同位置时的电抗值、等值参数以及对应青西宁变电站#3主变、青西宁变电站#2主变、青西宁变电站#1主变电抗参数X1、X2、X3的修改值如表1所示。
表1相同限流深度各短路电流限制方案相关参数设置
Figure BDA0004064650050000081
1.1、330kV母线三相短路。
在PSASP中选用DL-2潮流方式，基于青海电网现有的网架结构，利用PSASP短路计算模块计算各短路电流限制方案在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生三相短路(故障类型为ABC)的短路电流。快速开关投切电抗型限流器加装在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧的短路电流限制方案下各支路电流分别如表2、表3及表4所示，三种短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量比较如表5所示。
表2高压侧加装26Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000082
Figure BDA0004064650050000091
表3中压侧加装5Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000092
表4公共绕组中性点侧加装15Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000101
表5相同限流深度各短路电流限制方案三相短路结果比较
Figure BDA0004064650050000102
Figure BDA0004064650050000111
由PSASP三相短路计算结果可知，在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装不同电抗值的快速开关限流装置以达到相同的限流深度时，方案1加装在自耦变高压侧流过快速开关的短路电流最小，对开断能力的要求较低，但是所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最大，且电抗器两端承受的电压最高，对于装置的绝缘要求较高，经济性较差；方案2加装在自耦变中压侧所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最小，且电抗器两端承受的电压最低，对于装置绝缘的要求较低，但是短路时流过快速开关的短路电流最大，对开断能力的要求较高；而方案3在公共绕组中性点侧加装快速开关投切电抗器时在短路时流过快速开关的电流较小，正常运行电压较低，且所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值与方案1相比也较小，在各个参数上都具有较好的经济性，因此是最优的开关投切电抗型限流器安装方式。
1.2、330kV母线单相短路。
在PSASP中选用DL-2潮流方式，基于青海电网现有的网架结构，利用PSASP短路计算模块计算各短路电流限制方案在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生单相短路(故障类型为A,G)的短路电流。快速开关投切电抗型限流器加装在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧的短路电流限制方案下各支路电流分别如表6、表7及表8所示，三种短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量比较如表9所示。
表6高压侧加装26Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000112
Figure BDA0004064650050000121
表7中压侧加装5Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000122
表8公共绕组中性点侧加装15Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000123
Figure BDA0004064650050000131
表9相同限流深度各短路电流限制方案单相短路结果比较
Figure BDA0004064650050000132
由PSASP单相短路计算结果可知，对于所加装快速开关投切电抗型限流器电抗值相同的同一短路电流限制方案，在单相短路时短路电流比三相短路的短路电流更大。而由于单相短路时由西宁变主变提供的短路电流占比较小，短路电流贡献率比三相短路时更低，所以在西宁变主变加装快速开关投切电抗型限流器对于单相短路的限流深度将比对于三相短路的限流深度更浅。
与三相短路的比较结果相近，在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装不同电抗值的快速开关限流装置以达到相同的单相短路限流深度时，方案1加装在自耦变高压侧流过快速开关的短路电流最小，对开断能力的要求较低，但是所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最大，且电抗器两端承受的电压最高，对于装置的绝缘要求较高，经济性较差；方案2加装在自耦变中压侧所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最小，且电抗器两端承受的电压最低，对于装置绝缘的要求较低，但是短路时流过快速开关的短路电流最大，对开断能力的要求较高；而方案3在公共绕组中性点侧加装快速开关投切电抗器时在短路时流过快速开关的电流较小，正常运行电压较低，且所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值与方案1相比也较小，在各个参数上都具有较好的经济性，因此是最优的开关投切电抗型限流器安装方式。
2.10％限流深度各短路电流限制方案技术经济性对比。
在三绕组自耦变压器高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装电抗值为36、7、20Ω的快速开关投切电抗型限流器，使三相短路及单相短路的限流深度都达到10％，快速开关投切电抗型限流器加装在不同位置时的电抗值、等值参数以及对应青西宁变电站#3主变、青西宁变电站#2主变、青西宁变电站#1主变电抗参数X1、X2、X3的修改值如表10所示。
表10 10％限流深度各短路电流限制方案相关参数设置
Figure BDA0004064650050000141
2.1、330kV母线三相短路。
在PSASP中选用DL-2潮流方式，基于青海电网现有的网架结构，利用PSASP短路计算模块计算各短路电流限制方案在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生三相短路(故障类型为ABC)的短路电流。快速开关投切电抗型限流器加装在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧的短路电流限制方案下各支路电流分别如表11、表12及表13所示，三种短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量比较如表14所示。
表11高压侧加装36Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000151
表12中压侧加装7Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000152
Figure BDA0004064650050000161
表13公共绕组中性点侧加装20Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000162
表14 10％限流深度各短路电流限制方案三相短路结果比较
Figure BDA0004064650050000171
由PSASP三相短路计算结果可知，在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装不同电抗值的快速开关限流装置使三相短路及单相短路的限流深度都达到10％时，方案1加装在自耦变高压侧流过快速开关的短路电流最小，对开断能力的要求较低，但是所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最大，为36Ω，且电抗器两端承受的电压最高，对于装置的绝缘要求较高，经济性较差；方案2加装在自耦变中压侧所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最小，为7Ω，且电抗器两端承受的电压最低，对于装置绝缘的要求较低，但是短路时流过快速开关的短路电流最大，对开断能力的要求较高；而方案3在公共绕组中性点侧加装快速开关投切电抗器时在短路时流过快速开关的电流较小，正常运行电压较低，且所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值与方案1相比也较小，为20Ω，在各个参数上都具有较好的经济性，因此为达到10％的限流深度，方案3开关投切电抗型限流器加装在公共绕组中性点侧是最优的开关投切电抗型限流器安装方式。
2.2、330kV母线单相短路。
在PSASP中选用DL-2潮流方式，基于青海电网现有的网架结构，利用PSASP短路计算模块计算各短路电流限制方案在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生单相短路(故障类型为A,G)的短路电流。快速开关投切电抗型限流器加装在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧的短路电流限制方案下各支路电流分别如表15、表16及表17所示，三种短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量比较如表18所示。
表15高压侧加装36Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000181
表16中压侧加装7Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000182
Figure BDA0004064650050000191
表17公共绕组中性点侧加装20Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000192
表1810％限流深度各短路电流限制方案单相短路结果比较
Figure BDA0004064650050000201
由PSASP单相短路计算结果可知，为使三相短路及单相短路的限流深度都达到10％，三相短路时的限流深度明显大于10％，对于所加装快速开关投切电抗型限流器电抗值相同的同一短路电流限制方案，在单相短路时短路电流比三相短路的短路电流更大。而由于单相短路时由西宁变主变提供的短路电流占比较小，短路电流贡献率比三相短路时更低，所以在西宁变主变加装快速开关投切电抗型限流器对于单相短路的限流深度将比对于三相短路的限流深度更浅。
与三相短路的比较结果相近，在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装不同电抗值的快速开关限流装置使三相短路及单相短路的限流深度都达到10％时，方案1加装在自耦变高压侧流过快速开关的短路电流最小，对开断能力的要求较低，但是所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最大，为36Ω，且电抗器两端承受的电压最高，对于装置的绝缘要求较高，经济性较差；方案2加装在自耦变中压侧所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值最小，为7Ω，且电抗器两端承受的电压最低，对于装置绝缘的要求较低，但是短路时流过快速开关的短路电流最大，对开断能力的要求较高；而方案3在公共绕组中性点侧加装快速开关投切电抗器时在短路时流过快速开关的电流较小，正常运行电压较低，且所需快速开关投切电抗型限流器的电抗值与方案1相比也较小，为20Ω，在各个参数上都具有较好的经济性，因此为达到10％的限流深度，方案3开关投切电抗型限流器加装在公共绕组中性点侧是最优的开关投切电抗型限流器安装方式。
3、同端电压限制各短路电流限制方案技术经济性对比。
在三绕组自耦变压器高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧分别加装电抗值为28、16、22Ω的快速开关投切电抗型限流器，在电抗型限流器两端电压都不超过100kV的限制下使三相短路及单相短路的限流深度都达到最大，快速开关投切电抗型限流器加装在不同位置时的电抗值、等值参数以及对应青西宁变电站#3主变、青西宁变电站#2主变、青西宁变电站#1主变电抗参数X1、X2、X3的修改值如表19所示。
表1910％限流深度各短路电流限制方案相关参数设置
Figure BDA0004064650050000211
3.1、330kV母线三相短路。
在PSASP中选用DL-2潮流方式，基于青海电网现有的网架结构，利用PSASP短路计算模块计算各短路电流限制方案在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生三相短路(故障类型为ABC)的短路电流。快速开关投切电抗型限流器加装在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧的短路电流限制方案下各支路电流分别如表20、表21及表22所示，三种短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量比较如表23所示。
表20高压侧加装28Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000212
Figure BDA0004064650050000221
表21中压侧加装16Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000222
表22公共绕组中性点侧加装22Ω电抗型限流器三相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000231
表23100kV端电压限制各短路电流限制方案三相短路结果比较
Figure BDA0004064650050000232
Figure BDA0004064650050000241
由PSASP三相短路计算结果可知，在电抗型限流器两端电压都不超过100kV，即绝缘强度相同的限制下使三相短路及单相短路的限流深度都达到最大时，方案1加装在自耦变高压侧流过快速开关所能达到的限流深度最小，限流效果最差；方案2加装在自耦变中压侧时快速开关投切电抗型限流器的限流深度最大，限流效果最好，但是短路时流过快速开关的短路电流最大，对开断能力的要求较高；而方案3在公共绕组中性点侧加装快速开关投切电抗器的限流深度高于方案1，且在短路时流过快速开关的电流较小，对开断能力的要求较低，在各个参数上都具有较好的经济性，因此在相同绝缘强度限制下为使三相短路及单相短路的限流深度都达到最大，方案3开关投切电抗型限流器加装在公共绕组中性点侧是最优的开关投切电抗型限流器安装方式。
3.2、330kV母线单相短路。
在PSASP中选用DL-2潮流方式，基于青海电网现有的网架结构，利用PSASP短路计算模块计算各短路电流限制方案在330kV母线处(故障节点为青西宁31)发生单相短路(故障类型为A,G)的短路电流。快速开关投切电抗型限流器加装在自耦变高压侧、中压侧以及公共绕组中性点侧的短路电流限制方案下各支路电流分别如表24、表25及表26所示，三种短路电流限制方案的限流效果及流过限流器电流、限流器投入前流过限流器开关触头电流、电抗型限流器两端电压及电抗型限流器容量比较如表27所示。
表24高压侧加装28Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000242
Figure BDA0004064650050000251
表25中压侧加装16Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000252
表26公共绕组中性点侧加装22Ω电抗型限流器单相短路各支路电流
Figure BDA0004064650050000253
Figure BDA0004064650050000261
表27 100kV端电压限制各短路电流限制方案单相短路结果比较
Figure BDA0004064650050000262
由PSASP单相短路计算结果可知，在电抗型限流器两端电压都不超过100kV，即绝缘强度相同的限制下使三相短路及单相短路的限流深度都达到最大时，方案1在自耦变高压侧加装28Ω电抗型限流器时流过快速开关所能达到的限流深度最小，限流效果最差；方案2在自耦变中压侧加装16Ω电抗型限流器时快速开关投切电抗型限流器的限流深度最大，限流效果最好，但是短路时流过快速开关的短路电流最大，对开断能力的要求较高；而方案3在公共绕组中性点侧加装22Ω快速开关投切电抗器的限流深度高于方案1，且在短路时流过快速开关的电流较小，对开断能力的要求较低，在各个参数上都具有较好的经济性，因此在相同绝缘强度限制下为使三相短路及单相短路的限流深度都达到最大，方案3开关投切电抗型限流器加装在公共绕组中性点侧是最优的开关投切电抗型限流器安装方式。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，包括
在三绕组自耦变压器公共绕组不同位置P1、P2……Pn处加装快速开关投切电抗型限流器；
在PSASP中修改三绕组自耦变压器模型电抗参数，利用PSASP短路计算模块计算不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时发生三相短路及单相短路的短路电流及各支路电流，分析数据后确定最优安装位置处Pi。
2.根据权利要求1所述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，三绕组自耦变压器模型电抗参数用三次短路试验来确定，每次短路试验在两个绕组之间进行，第三绕组开路，包括：
第一次短路试验将绕组2短路，绕组3开路，在绕组1上施加低电压，测得短路阻抗Zs1-2，Zs1-2＝Z123+Z213；
第二次短路试验将绕组3短路，绕组2开路，在绕组1上施加低电压，测得短路阻抗＝Z123+Z312；
第三次短路试验将绕组3短路，绕组1开路，在绕组2上施加低电压，测得短路阻抗Zs2-3＝Z213+Z312。
3.根据权利要求2所述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，在三绕组自耦变压器公共绕组加装快速开关投切电抗型限流器，等效为在三绕组自耦变压器公共绕组加装一限流电感L；第一次短路试验将绕组2短路，绕组3开路，在绕组1上施加低电压，到1绕组电流达到额定电流；由等效电路可得
Z′s1-2＝Z1-(ka-1)(Z2+ZL)+ka(ka-1)(Z2+ZL) (1)
ΔZs1-2＝(1-ka)2ZL (2)。
4.根据权利要求3所述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，第二次短路试验将绕组3短路，绕组2开路，在绕组1上施加低电压，由等效电路可得
Z′s1-3＝Z1+Z2+ZL+kb 2Z3 (3)
ΔZs1-3＝ZL (4)。
5.根据权利要求4所述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，第三次短路试验将绕组3短路，绕组1开路，在绕组2上施加低电压，由等效电路可得
Z″s2-3＝ka 2(Z2+ZL+kc 2Z3) (5)
ΔZs2-3＝ka 2ZL (6)。
6.根据权利要求5所述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，
由ΔZs1-2，ΔZs1-3，ΔZs2-3根据式(7)可求得ΔZ123，ΔZ213，ΔZ312分别为
Figure FDA0004064650020000021
7.根据权利要求6所述的一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流方法，其特征在于，将快速开关限流装置与三绕组自耦变压器等效为一个整体，当所加装快速开关投切电抗型限流器的电抗值已知时，加装快速开关限流装置前后三绕组自耦变压器等效电路中电抗X1、X2、X3的差值由式(7)得到，并在PSASP-元件数据-三绕组变压器中对不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时电抗参数X1、X2、X3进行修改。
8.一种自耦变公共绕组加装故障限流器的限流系统，其特征在于，在在三绕组自耦变压器公共绕组不同位置P1、P2……Pn处加装快速开关投切电抗型限流器，系统包括
第一模块：被配置为用于在PSASP中修改三绕组自耦变压器模型电抗参数，
第二模块：被配置为利用PSASP短路计算模块计算不同位置P1、P2……Pn加装快速开关投切电抗型限流器时发生三相短路及单相短路的短路电流及各支路电流，分析数据后确定最优安装位置处Pi。
9.一种计算机介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序能够运行权利要求1-7所述任意一项方法步骤。
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