專利名稱：一種電網短路電流限制方法
技術領域：
本發明涉及一種電網短路電流限制方法，屬于輸變電技術領域。
背景技術：
隨著我國電カ需求的快速增長，電カ系統的規模日益擴大，電源和電網更加密集， 局部電網短路電流水平也隨之上升，部分廠站短路電流已經接近或超過開關額定遮斷電流，給電カ系統安全運行造成威脅。因此，尋找經濟有效的短路電流限制措施，是電網發展面臨的重大挑戰之一。目前常用的電網短路電流限制方法主要有以下五種
方法之一是提高開關的遮斷容量。該方法是將廠站現有開關更換為額定遮斷電流更大的開關，例如將500kV電壓等級的原有額定遮斷電流為50kA的開關更換為額定遮斷電流為 63kA的開關，該方法顯然是ー種直接有效的解決方法，但由于短路電流越限的變電站一般為樞紐變電站，需要更換的開關數量很多，因此所需的投資大、エ期長，一方面購買新開關需要大量資金，另ー方面工程實施時只能是逐步更換，使電網樞紐變電站長期處于非正常運行狀態，而只要有一個開關未更換完畢，則短路電流越限造成的危險就一直存在。方法之ニ是調整電網結構，提升電壓等級。下ー級電網分層分區運行將原電壓等級的網絡分成若干區，輻射形接入更高ー級的電網，大容量電廠直接接入更高ー級的電網中，原有電壓等級電網的短路電流將隨之降低。在高一級電壓等級電網發展的基礎上，低電壓等級電網分層分區運行是限制短路電流最直接有效的方法，但同樣存在經濟性差和エ期長等方面的問題。方法之三是變電所采用母線分段運行打開母線分段開關。該方法實施方便，使母線分列運行，可以增大系統阻抗，有效降低短路電流水平，但將削弱系統的電氣聯系，降低系統安全裕度和運行靈活性，同時有可能引起母線負荷分配不均衡。方法之四是加裝變壓器中性點小電抗。在變壓器中性點加裝小電抗，該方法施工便利，投資較小，但僅對降低電網局部區域単相短路電流的作用較大，對于減輕三相短路故障的短路電流無效，而且還要考慮到系統及變壓器中性點的過電壓與絕緣配合，對系統的繼電保護整定也有一定的影響。方法之五是采用串聯電抗器。但該方法使系統阻抗増加，對系統無功、電壓、損耗和穩定性會造成影響，雖然目前研究開發了可控串聯電抗器，使其正常運行時阻抗為零，僅在故障電流超過其設定閥值時串入限流阻抗以限制短路電流，但目前所需費用較高、運行經驗不足，有待實踐檢驗和推廣。

發明內容
本發明的目的是針對變電站常用的3/2接線方式提供一種電網短路電流限制方法，相對已有的電網短路電流限制方法，該方法費用低廉且易于工程實施。本發明的目的是這樣實現的一種電網短路電流限制方法，所述包括A、計算廠站母線短路電流及相連支路的分支電流；
B、確定分支電流最小的支路及其所在的串；
C、比較確定母線短路電流和支路出口短路電流是否越限，若母線短路電流越限，則斷開至少ー個中開關；若支路出口短路電流越限，則斷開線路所在串的位于對側母線側的至少ー個邊開關；若母線短路電流和支路出口短路電流同時越限，則同時斷開ー個中開關和線路所在串的位于對側母線側的ー個邊開關或交錯斷開位于不同串和不同母線側的兩個邊開關。所述斷開中開關限制母線短路電流時，優先選擇提供短路電流最大的串的中開關。所述斷開邊開關限制線路出口短路電流時，優先選擇提供短路電流最小的線路所在串的位于對側母線側的邊開關。所述斷開中開關和邊開關的方式為固定斷開或通過繼電保護實現選擇性順序跳閘斷開。與現有技術相比，本發明ー種電網短路電流限制方法的優點是針對當前500kV 廠站常用的3/2接線方式，既不更換開關也不降低短路點的短路電流，而是將短路電流越限問題具體到廠站內的開關，正常運行時斷開廠站內的至少ー個開關或者是多個開關，使廠站處于非全接線方式運行，不需要増加一次設備，就可以隔離部分支路短路電流，從而減小故障隔離過程中流過開關的短路電流，達到降低開關需要開斷的短路電流的目的，直至低于開關的額定遮斷電流，保證開關成功跳閘隔離故障。本發明提供的電網短路電流限制方法所需投資非常低、經濟效益好，實施方便、エ期短。


圖1是固定斷開或選擇性順序跳開中開關示意圖； 圖2是固定斷開或選擇性順序跳開邊開關示意圖3是固定斷開或選擇性順序跳開中開關和邊開關示意圖； 圖4是固定交錯斷開或選擇性順序交錯跳開邊開關示意圖。圖中，實心矩形塊標示為閉合的開關，空心矩形塊標示為斷開的開關；K12、K22、 K32、K42、K52 標示為中開關；Kll、K21、K31、K41、K51 和 K13、K23、K33、K43、K53 標示為邊開關；13X、33X、43X、53X和21X、31X、41X、51X分別標示為13支線、33支線、43支線、53支線和21支線、31支線、41支線、51支線；MXl和MX2分別標示為一號母線和二號母線；ZBl和 ZB2分別標示為一號主變壓器支線和二號主變壓器支線。
具體實施例方式本實施例以具有五個完整串的變電站為例。為了便于本領域一般技術人員理解和實現本發明，現結合附圖描述本發明的實施例。為了實現本發明，所述包括以下步驟
步驟A 根據所研究的目標廠站及邊界條件，計算廠站母線短路電流及相連支路的分支電流。步驟B 根據步驟A的計算結果，對各分支電流按照由小到大進行比較和排序，確定分支電流最小的支路及其所在的串。步驟C 比較確定母線短路電流和支路出ロ短路電流是否越限。該步驟具體分三種情況進行比較及限制。第一種情況母線短路電流越限的比較及限制。若母線短路電流超過開關額定遮斷電流，則斷開至少ー個中開關。將母線短路電流計算值和所有邊開關的額定遮斷電流進行比較，當母線短路電流小于邊開關額定遮斷電流時，母線短路電流不越限，不需要采取限流措施。否則，母線短路電流越限，需要采取限流措施。若需要留一定的安全裕度，則當母線短路電流與安全裕度之和小于邊開關額定遮斷電流時，母線短路電流是安全的，不需要采取限流措施。否則，母線短路電流不安全，需要采取限流措施。當邊開關的額定遮斷電流大小不一致吋，例如有的是50kA，有的是60kA，取最小額定遮斷電流進行比較。限制母線短路電流的非全接線運行方式限流方法可以有多種，根據短路電流越限量的大小，非全接線的方式不同，需要斷開的開關數目也不同。具體分為以下三步
第一歩斷開至少ー個中開關，一般情況下斷開ー個或者是ニ個中開關，本實施例選擇斷開ー個中開關。斷開中開關限制母線短路電流時，從短路電流限制效果角度考慮，優先選擇提供短路電流最大的串的中開關，可以最大限度地降低母線短路時開關需開斷的最大短路電流，但不適合選擇斷開連接有主變壓器所在串的中開關，也可以結合故障后系統潮流分布和穩定運行情況，進行綜合考慮和選擇。第二步分析斷開中開關后發生母線短路故障時開關需要開斷的最大短路電流。 參見圖1，若斷開中開關K42，那么當一號母線MXl短路吋，保護動作跳開與一號母線MXl相連的各個邊開關Kl 1、K21、K31、K41和K51，有且僅有兩種情況一是K41不是最后斷開，則 KlU K21、K31和K51中最后斷開的那個開關需要開斷的短路電流最大，其值是41支線從該廠站脫出后的母線短路電流，由于少了一回線，母線短路電流必定比全接線時降低；二是 K41是最后斷開，則Kll、K21、K31和K51中倒數第二個斷開的開關需要開斷的最大短路電流最大，其值是一號母線MXl短路電流減去41支線提供的短路電流。措施的風險是41支線陪停，可以通過故障母線切除后至恢復前這段時間內合上K42來恢復41支線運行。二號母線MX2短路吋，限流情況與此相同。第三步比較確定開關需開斷的最大短路電流是否小于其額定遮斷電流，如果是， 則斷開該中開關的非全接線運行方式即是限制母線短路電流的方法。若短路電流越限量較大，一般這種廠站的相連支路較多，需要斷開ー個以上中開關，可重復第一歩至第三歩，直至開關需開斷的最大短路電流小于其額定遮斷電流。第二種情況支路出ロ短路電流越限的比較及限制。當支路出ロ短路電流越限吋， 則斷開線路所在串的位于對側母線側的至少ー個邊開關。針對與母線相連的各條支路，包括線路和變壓器等，分別用母線短路電流減去分支電流，如果該差值小于與該支路相連的中開關和邊開關的額定遮斷電流，則該支路出口短路電流不越限，不需要采取限流措施，如果該差值大于與該支路相連的中開關或邊開關的額定遮斷電流，則該支路出口短路電流越限，需要采取限流措施。若需要留一定的安全裕度，則當該差值與安全裕度之和小于與該支路相連的中開關和邊開關的額定遮斷電流吋，該支路出口短路電流是安全的，不需要采取限流措施，否則，該支路出口短路電流不安全，需要采取限流措施。當與支線相連的中開關和邊開關的額定遮斷電流大小不一致吋，例如有的是50kA，有的是60kA，則取最小額定遮斷電流進行比較。限制支路出ロ短路電流的非全接線運行方式限流方法可以有多種，根據支路出ロ 短路電流越限量的大小，非全接線的方式不同，需要斷開的開關數目也不同。具體分ニ步
第一歩斷開支路出口短路電流越限的支路對側的至少ー個邊開關，一般情況下斷開 ー個或者是ニ個邊開關，參見圖2。第二步分析斷開對側邊開關后發生支路出ロ短路故障時開關需要開斷的最大短路電流。參見圖2，斷開連接一號主變壓器的支路對側的邊開關K13后，當連接一號主變壓器的支路出ロ短路吋，保護動作跳開Kll和K12，有且僅有兩種情況一是K12先于Kll斷開，則K12只需斷開13支線提供的短路電流，此后Kll需要開斷的短路電流是13 支線從廠站脫出后的母線短路電流減去此時一號主變壓器ZBl提供的短路電流，13支線的脫出降低了 Kll開關需要開斷的最大短路電流；ニ是Kll先于K12斷開，則Kll需要開斷的短路電流是母線短路電流減去連接一號主變壓器ZBl的線路提供的短路電流和13支線提供的短路電流，K12開關只需開斷13支線提供的短路電流。措施的風險是13支線陪停，可以通過故障支路切除后至恢復前這段時間內合上K13來恢復13支線運行。其它支路出ロ短路電流越限吋，限流方法與此相同。第三種情況母線短路電流和支路出口短路電流同時越限的限制。當母線短路電流的和支路出口短路電流同時越限吋，可同時斷開至少ー個中開關和至少ー個邊開關或交錯斷開位于不同串和不同母線側的兩個邊開關。此種情況也就是組合應用第一種情況和第 ニ種情況中的方法。圖3是斷開中開關和斷開邊開關的組合，通過斷開中開關K42限制母線短路時開關需開斷的最大短路電流，通過斷開邊開關K13限制支路出口短路時開關需開斷的最大短路電流，同時斷開中開關K42和邊開關K13后，母線和支路出口短路時開關需開斷的最大短路電流均被降低。此外，斷開邊開關還可同時起到限制對側母線短路時開關需開斷的最大短路電流的作用。例如斷開K13后，當一號母線MXl發生短路故障吋，若Kll不是最后斷開，則一號母線MXl側最后斷開的邊開關需要開斷的短路電流最大，其值是第1串從廠站出串后的母線短路電流；若Kll是最后斷開，則一號母線MXl側倒數第二個斷開的開關開斷的短路電流最大，其值為一號母線MXl短路電流減去13支線和一號主變壓器ZBl支線提供的短路電流。Kll只需開斷兩種情況下13支線和一號主變壓器ZBl支線提供的短路電流。若兩條母線側各有一個位于不同串上的邊開關被斷開，例如交錯斷開一號母線 MXl的邊開關K51和二號母線MX2的邊開關K13，則可以限制兩條支路出口短路時開關需開斷的最大短路電流，同時兩條母線短路時開關需開斷的最大短路電流也被降低，從而達到同時限制母線和支路出口短路電流的目的。圖4即是這種交錯斷開邊開關方法的示例。由此類推可得知，斷開同一串的兩個邊開關使得該串從變電站脫出(出串)是斷開邊開關限流方法的特殊組合情況。本發明方法在華中電網500kV孝感變電站進行試驗，該變電站的主接線圖如圖1 所示。試驗按以下步驟進行
步驟A 根據運行方式數據計算得出的孝感變電站500kV母線三相短路電流為 51. 81kA，并同時可得各分支電流，如下表所示
權利要求
1.一種電網短路電流限制方法，其特征在于包括如下步驟A、計算廠站母線短路電流及相連支路的分支電流；B、確定分支電流最小的支路及其所在的串；C、比較確定母線短路電流和支路出口短路電流是否越限，若母線短路電流越限，則斷開至少ー個中開關；若支路出口短路電流越限，則斷開支路所在串的位于對側母線側的至少ー個邊開關；若母線短路電流和支路出口短路電流同時越限，則同時斷開ー個中開關和支路所在串的位于對側母線側的ー個邊開關或交錯斷開位于不同串和不同母線側的兩個邊開關。
2.根據權利要求1所說的ー種電網短路電流限制方法，其特征在于所述斷開中開關限制母線短路電流時，可優先選擇提供短路電流最大的串的中開關。
3.根據權利要求1所說的ー種電網短路電流限制方法，其特征在于所述斷開邊開關限制支路出口短路電流時，可優先選擇提供短路電流最小的支路所在串的位于對側母線側的邊開關。
4.根據權利要求1、2或3所說的ー種電網短路電流限制方法，其特征在于所述斷開中開關或邊開關的方式為固定斷開或通過繼電保護實現選擇性順序跳閘斷開。
全文摘要
本發明公開了一種電網短路電流限制方法，該方法針對變電站常用的3/2接線方式，將限制短路電流定位到限制通過切除故障的開關的最大短路電流不超過其額定遮斷電流，在短路電流水平越限的情況下，通過正常運行時固定斷開或故障后通過繼電保護選擇性順序跳開廠站內的某一個或多個開關，隔離某些支路故障電流從而減小切除故障的開關需要開斷的最大短路電流，直至低于其額定遮斷電流，從而保證開關成功跳閘隔離故障。本發明方法既能限制短路電流又不影響正常運行時的電網輸電，成本低廉且易于工程實施。
文檔編號H02H7/30GK102570431SQ20121000574
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者徐敬友, 李繼升, 熊秀文, 胡婷, 許漢平 申請人:華中電力科學研究院