0 引言

随着内蒙古电网超高压系统容量的不断增加，电网单相及三相短路电流不断增大。2015年年底包西500 kV变电站及华电内蒙古能源有限公司土默特发电分公司（以下简称华电土右电厂）投产，包头地区电网部分220 kV母线三相短路电流值接近甚至超过220 kV断路器的50 kA额定开断电流值，严重影响电网安全稳定运行^[1]，因此必须采取相应的措施以降低短路电流值。对此提出在220 kV沙尔沁—古城双线（以下简称沁城双线）加装串联电抗器方案，以解决三相短路电流超标问题^{[2, 3, 4]}。本文将计算分析在220 kV沁城双线加装不同电抗值的串联电抗器后对沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流的影响，并最终确定合适的串联电抗器电抗值^[5]。

预计到2015年年底，新建包西500 kV变电站将投产2组1200 MVA主变压器，包新线破口接入包西500 kV变电站，华电土右电厂—威俊500 kV变电站双线投产，电网结构见图 1所示。

图 1

图 1 2015年年底包头地区电网结构

1.2 2015年冬季220 kV母线短路电流水平

2015年冬季包头地区电网220 kV母线单相及三相短路电流值见表 1所示。

表 1

表 1 包头地区电网220 kV母线三相短路电流值 kA

表 1 包头地区电网220 kV母线三相短路电流值

由表 1可以看出，2015年年底220 kV沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流为51.992 kA，超过断路器的额定开断电流值（50 kA）。220 kV古城变电站220 kV母线三相短路电流为49.35 kA，接近断路器额定开断电流值（50 kA）。

220 kV沙尔沁变电站运行1台主变压器，型号为SFPSZ10-180000/220，额定容量为180 MVA，电压组合（220±8×1.25%） kV/121 kV/11 kV，220 kV出线9回，线路参数见表 2所示。

表 2

表 2 沙尔沁、古城变电站220 kV出线参数

表 2 沙尔沁、古城变电站220 kV出线参数

2.2 220 kV古城变电站

220 kV古城变电站运行3台主变压器，型号为SFPSZ7-120000/220，单台额定容量为120 MVA，电压组合（220±8×1.25%） kV/121 kV/11 kV，220 kV出线10回，线路参数见表 2所示。

表 3为当沁城双线无串联电抗器时，沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路各支路对母线短路电流的输送值。从表 3数据可以看出，沁城双线提供母线短路电流最大，因此选择在220 kV沁城双线加装串联电抗器。

表 3

表 3 沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路各支路提供短路电流值（沁城双线无串联电抗器） kA

表 3 沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路各支路提供短路电流值（沁城双线无串联电抗器）

3.2 利用SCCPC短路电流计算程序选择线路串联电抗器3.2.1 计算程序

计算方式为内蒙古电网2015年冬季运行方式，计算程序为中国电力科学研究院SCCPC短路电流计算程序（1.2.1版）。短路电流计算不基于潮流，引入电压系数1.05，即计算220 kV 短路时电压取值230 kV。

在220 kV沁城双线加装不同电抗值的串联电抗器时，计算沙尔沁、古城变电站220 kV母线短路电流值及沁城双线提供短路电流值见表 4所示。

表 4

表 4 沁城双线加装不同电抗值的串联电抗器时沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路电流及沁城双线提供短路电流值 kA

表 4 沁城双线加装不同电抗值的串联电抗器时沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路电流及沁城双线提供短路电流值

沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路电流与沁城双线串联电抗器电抗值的关系曲线见图 2所示。

图 2

图 2 沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路电流与沁城双线串联电抗器电抗值的关系曲线

沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路时，沁城双线提供短路电流与串联电抗器电抗值的关系曲线见图 3所示。

图 3

图 3 沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路时，沁城双线提供短路电流与串联电抗器电抗值的关系曲线

从表 4、图 2、图 3可以看出，随着沁城双线加装串联电抗器电抗值的增大，当沙尔沁、古城变电站220 kV母线发生三相短路时，母线短路电流及沁城双线提供短路电流均随之减小。例如，当串联电抗器电抗值为8 Ω时，沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流将从无串联电抗器时的51.9920 kA降至46.8205 kA，降低5.1715 kA；古城变电站220 kV母线三相短路电流将从无串联电抗器时的49.3501 kA降至41.5978 kA，降低7.7523 kA。随着串联电抗器电抗值进一步增大，三相短路电流降幅变缓并趋于饱和，短路电流极限值为串联电抗器电抗值趋于无穷大时（即沁城双线断开时）的短路电流值。

图 4为计算沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路电流时的等值电路^[3]。

图 4

图中：EA、EB—沙尔沁、古城变电站220 kV母线单相等值电势，132.79 kV；XA0—沙尔沁变电站220 kV母线对地等值电抗，4.19 Ω；XB0—古城变电站220 kV母线对地等值电抗，5.86 Ω；XAB—沙古双线断开时沙尔沁与古城变电站220 kV母线之间等值电抗，9.73 Ω；XL—沙古线单回线路电抗（线路型号LGJ-2×400，长度7 km），2.01 Ω；X—串联电抗器电抗图 4 沙尔沁、古城变电站220 kV母线三相短路电流计算等值电路

根据图 4等值电路，得出沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流计算公式为：

根据公式（1）可以计算出加装不同电抗值串联电抗器时沙尔沁变电站220 kV 母线三相短路电流。同理，可以推导出古城变电站220 kV母线三相短路电流计算公式，进而可以得出加装不同电抗值串联电抗器时的各母线短路电流理论计算结果，见表 5所示。

表 5

表 5 加装不同电抗值串联电抗器时各母线短路电流理论计算结果

表 5 加装不同电抗值串联电抗器时各母线短路电流理论计算结果

4 结语

本文针对2015年年底包头地区电网220 kV沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流超过断路器额定开断电流问题，进行了220 kV线路加装串联电抗器以降低220 kV 母线短路电流的应用研究工作。计算分析了在220 kV沁城双线加装不同电抗值的串联电抗器后对沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流的影响，最终推荐220 kV沁城双线加装8 Ω串联电抗器方案。采用该方案可以将沙尔沁变电站220 kV母线三相短路电流值从51.992 kA降至46.8205 kA，满足电网安全运行的要求。