短路电流与分区供电详述

　　比较详细的计算分析过程总结。

　　模型和假定

　　对于“独立分区”电网，可以简单的以下图来模拟。线路XL代表地方电厂至分区500kV变电站的等值线路；S1..S4代表500kV变电站中配置同类型或者不同类型的变压器。

　　对于“互联分区”电网，可以用下图的电网结构来模拟。图中元件的意义与上图相同。

　　假定条件：

　　1）主变变比525kV/242kV/35kV；

　　2）根据目前设备的制造能力，新建变电站远景短路电流水平，500kV母线按照63kA控制，220kV母线按照50kA控制；

　　3）变电站单台变压器的最大容量，并列运行的变压器台数，应使220kV母线短路容量不超过允许值；

　　4）由于主变并列运行时500kV母线和220kV母线的短路电流只受主变高中压短路电压百分比的影响，仅就主变高中压侧短路电压百分比进行分析。

　　5）由于电网中电阻远小于电抗，忽略电网和主变中电阻的影响。

　　6）由于220kV母线两相接地短路电流水平一般相对较低，而单相接地短路电流水平可以通过在主变中性点加装小电抗使其降低到与三相短路电流相近，因此下面仅对变电站母线三相短路进行分析。

　　7）所取500kV主变高中侧短路电压百分比均在国内目前适用的范围内，均不超过20%。变压器的短路电压百分比超过20%会产生两个弊端，首先是无功电压平衡和电压稳定问题，其次是暂态稳定问题。

　　220kV母线短路电流计算模型

　　500kV变电站的220kV母线短路电流主要由两部分组成：500kV系统通过变压器向220kV母线注入的短路电流（简称500kV短路电流分量）和220kV电网注入变电站220kV母线的最大短路电流分量（简称“220kV短路电流分量”）。

　　在分区电网中，在图61所示的元件参数下，500kV系统通过变压器向220kV母线B242注入的短路电流为：

　　由上式可见，500kV系统通过变压器注入220kV系统的短路电流和500kV系统的短路容量、变压器的容量和短路电压百分比有关。

　　220kV短路电流分量主要与220kV地方电厂的容量、接入方式、电网结构等有关。

　　500kV系统提供的短路电流分析

　　假设变电站中的变压器均为同类型，下表给出了不同容量配置的变压器在500kV系统注入短路电流不同时，注入220kV母线的短路电流值（其中容量为750MVA、1000MVA、1500MVA的变压器短路电压百分比分别取为12％、16％、19％）

　　由此可见，变压器容量越大，每100MVA变电容量向220kV母线提供短路电流越小。

　　220kV独立分区电源配置及供电能力

　　以500kV短路电流分量为限制，计算220kV短路电流分量的最大值，从而推导220kV独立分区的电源配置。220kV独立分区的供电能力等于500kV变电站的供电能力与220kV地方电厂供电能力之和。

　　1）地方电厂提供给220kV母线的短路电流

　　在220kV独立分区中，根据图1所示的电厂和升压变参数下，地方电厂提供给分区母线B242的短路电流如下式：

　　不同容量机组接入500kV变电站对其220kV母线的短路电流贡献。（当机组容量为600MW时，Xd”取0.2，其他容量的机组Xd”取0.16，升压变短路电压百分比全部选择为17％，即Xd”+Uk=0.33~0.37，取0.8~0.85，电厂连接500kV变电站220kV母线的等值220kV线路长为50km，导线型号为LGJ-2*630。）

　　（1）电厂对500kV变220kV母线的短路电流贡献约为（0.6~0.7）kA/100MW左右。

　　（2）一台300MVA机组接入系统，可提供2.1kA左右的短路电流分量；一台400MVA机组接入系统，可提供2.5kA左右的短路电流分量；一台600MW机组接入220kV系统，可提供3.8kA左右的短路电流分量。

　　（3）机组容量在300MW及以上，总量为1200MW规模的电厂接入220kV电网，可能给220kV系统提供的短路电流水平为6.9~7.4kA左右，总量为1800MW规模的电厂接入220kV电网，可能提供的短路电流水平约为12.4kA。

　　（4）地方电厂接入500kV变电站的等值距离越远，提供短路电流越小，反之越大。

　　2）地方电厂提供给500kV母线的短路电流

　　在220kV完全分区中，地方电厂提供给500kV母线的短路电流如下：

　　不同容量机组按50km线路接入500kV变电站时对其500kV母线短路电流贡献估算。

　　1）经过计算，220kV电厂接入系统后注入500kV侧的短路电流远小于其注入220kV母线的短路电流，约为（0.18~0.27）kA/100MW左右；

　　2）机组容量总量为1200MW及以上规模的电厂接入220kV系统，提供给500kV母线的短路电流水平为2～3kA之间。相对于500kV电网注入500kV侧的短路电流而言，接入220kV的电厂机组对500kV侧的短路容量影响甚微。

　　3）同样，地方电厂接入500kV变电站的等值距离越远，其提供的短路电流越小，反之越大；而若电厂的规模越大，其提供的短路电流越大，反之越小。

　　2）供电能力分析

　　220kV独立分区供电能力的大小取决于分区内500kV变电站主变的运行情况（并列运行或分列运行）、500kV变电站500kV母线的短路电流水平、分区内的电厂容量和分区电网的网络接线。

　　采用750MVA主变时：

　　一般来说，变电站的变压器考虑1.3倍的过载能力，变电站只考虑配置同类型的变压器，且系统具备在变压器允许过载时间内使方式调整至变压器不过载。

　　当分区电网的500kV变压器选择单台容量为750MVA，短路电压百分比为12％，主变台数为2~4台时，此分区供电能力约为4400～4700MW左右，且分区负荷转移能力随着变压器台数的增加呈正比增加。

　　采用1000MVA主变时：

　　因此，当分区500kV变选择短路电压百分比为16％，单台容量1000MVA的主变时：

　　（1）当变电站主变台数为2~4台时，分区供电能力约为5000～5400MW左右，且分区负荷转移能力随着变压器台数的增加呈正比增加。

　　（2）从运行角度出发，分区电源容量不宜超过4000MW，否则会因机组提供的短路电流过大，导致分区在只有两台500kV主变的情况下，500kV变电站220kV被迫分母运行，降低了供电可靠性和运行灵活性。

　　采用1500MVA主变时：

　　变压器容量为1500MVA，短路电压百分比取19％，主变配置台数不同时分区内供电能力变化较大，在5000～6400MW之间，分区内每增加一台主变将增加500～800MW的供电能力；分区负荷转移能力随着变压器台数的增加呈正比增加。可见1500MVA的主变适用于分区负荷较大，地方电厂较小的分区。

　　结论：

　　（1）对于无源分区：

　　对负荷预测值为4000MW以下的分区，可优先考虑用750MVA的变压器，短路电压百分比为12％及以上；

　　对负荷预测值为4000～5000MW的分区，可优先考虑用1000MVA的变压器，短路电压百分比取16％及以上；

　　（2）对于有源分区：

　　变压器的容量不宜选得很大，否则，分区的供电能力将不升反降；

　　对负荷预测值为4000MW以下的分区，可优先考虑用750MVA的变压器，短路电压百分比为12％及以上；

　　对负荷预测值为4000MW以上的分区，可优先考虑用1000MVA的变压器，短路电压百分比取16％及以上，尽量控制分区内的电源规模。

　　220kV互联分区电源配置及供电能力

　　为便分析，设分区内500kV变电站配置完全相同，站间距离为100km；750MVA变压器短路电压百分比取12％，1000MVA变压器短路电压百分比取16％，1500MVA变压器短路电压百分比取19％；地方电厂均以50km距离接入互联系统。

　　1）短路电流分析

　　互联距离为100km时，500kV变电站主变不同配置下，分区间相互提供给220kV母线的短路电流值大都在7kA左右，而短路电流值将随着互联分区间的距离的减少而增加。分区间相互提供给变电站500kV侧母线的短路电流还与主变的短路电压百分比相关，短路电流值相对较小，电磁环网运行对500kV侧的短路容量影响甚微。

　　打开分区间的联络线，可以降低互联系统变电站220kV母线的短路电流，而变压器运行方式由并列运行调整为分列运行时也可以降低短路电流。互联分区间的联络线路解环运行亦或主变分列运行对降低220kV母线短路电流与互联分区间的电气距离有关。

　　经过计算得出，4台变压器并列运行（容量为750~1500MVA），当互联距离为31~38km时，提供的短路电流值与500kV变电站并列运行调整为分列运行减少的短路电流值相等。

　　2）地方电厂接入能力分析

　　随着500kV系统注入短路电流的增加，可接入电厂的机组容量逐渐减少；随着互联系统主变容量的增加，可接入电厂的机组容量逐渐减少。

　　由前面的理论知识可知，允许接入电网的最大机组还与变压器短路电压百分比以及互联分区间距离等因素有关，可以得出以下结论：在500kV系统注入电流恒定时，随着变压器短路电压百分比的增加，可接入的地方电厂容量逐渐增加；变压器短路电压百分比保持不变时，可接入电厂的机组容量随着互联分区间距离的增大而增加。

　　可见：500kV系统注入短路电流为55kA时，分区互联后，可接入地方电厂机组容量减少约1000MW左右。

　　3）供电能力分析

　　主要考虑形式为“2台-2台”方式运行时的供电能力研究。

　　互联分区适用于无源区域或者地方电厂容量较小的区域，将两个500kＶ供区互联运行可以提高各自的供电可靠性，同时限制了接入地方电厂的能力，但是由于互联运行后500kV主变负载率的提高，综合来看，由表614可知，当500kV系统注入短路电流小于55kA时，互联分区电网的供电能力将大于相应两个独立分区电网的供电能力之和，而大于55kA时则比其小。

　　电网分区规模和分区数量的估算

　　负荷值和500kV变电站个数对220kV分区划分的影响是存在联系并共同起作用的。