理论教育 传统技术与措施:故障限流问题分析

传统技术与措施:故障限流问题分析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:限制电力系统短路电流的传统技术与措施,可从调整电网结构、改变系统运行方式和加装限流设备等三方面予以考虑,具体方法包括:1)提升电网电压等级,下一级电网分层、分区运行。不过,中性点小电抗仅对降低220kV电网局部区域单相短路电流的作用较大。鉴于上述情况,人们与此同时开始转而探索其他形式的故障限流理论与创新技术。其中,故障限流器能较好地克服传统限流技术的不足,愈加受到国内外的关注。

传统技术与措施:故障限流问题分析

限制电力系统短路电流的传统技术与措施,可从调整电网结构、改变系统运行方式和加装限流设备等三方面予以考虑,具体方法包括:

1)提升电网电压等级,下一级电网分层、分区运行。将下一级网络分成若干区,以辐射状接入更高一级电网,大容量电厂也直接接入更高一级电网中,这样,原电压等级电网的短路电流将随之降低。例如,在发展500 kV电网的基础上,对220 kV电网实施分层、分区运行,是限制短路电流最直接有效的方法。

2)变电站内采用母线分段运行方式。打开母线分段开关,使母线分列运行,可以增大系统阻抗,从而有效降低短路电流水平。该措施实施方便,但将削弱系统的电气联系,降低系统安全裕度和运行灵活性,也可能引起母线负荷分配不均衡。

3)加装变压器中性点小电抗。中性点小电抗对于减轻三相短路电流无效,但对于限制不对称短路电流的零序分量具有明显效果。在变压器中性点加装小电抗,施工便利且投资较小,故在单相短路电流过大而三相短路电流相对较小的场合应用很有效。不过,中性点小电抗仅对降低220kV电网局部区域单相短路电流的作用较大。

4)采用高阻抗变压器和发电机。采用高阻抗发电机会增大正常情况下发电机自身的相角差,对系统静态稳定不利;再者,漏磁增加,故障初期的过渡阻抗增大,因转动惯量减小将进一步使系统动态稳定性下降。采用高阻抗变压器也同样存在类似问题。因此,是否采用高阻抗变压器和发电机,需要综合考虑系统的短路电流水平和稳定问题。

5)限流熔断器。利用熔断器的快速性可将短路电流在到达第一个峰值前强行限制。由于限流熔断器分断能力有限,只能用于35kV以下电压等级,在输电系统还没有应用的可能。而且,熔断器熔断时会产生操作过电压,需配合氧化锌电阻、负荷开关共同使用。

6)采用串联电抗器。加装串联电抗器可有效限制短路电流,但会造成正常情况下的无功功率消耗,必须另加无功功率补偿设备。利用晶闸管技术,可实现正常运行时串联电抗器的零阻抗,但目前受单个半导体器件的容量所限,必须采用串并联方案,有关技术和经济可行性问题尚待进一步研究。

7)采用直流背靠背技术。交流系统的短路电流含有无功分量,而直流系统只输送有功功率。通过直流系统将已有的交流系统适当分区,即在同一地点装设整流、逆变装置而不需架设直流输电线路,将电网分成相对独立的几个交流系统,避免系统间相互的短路电流,可以很好地限制短路电流水平。(www.daowen.com)

8)更换断路器。提高断路器的遮断容量,选择开断电流水平高的断路器,也不失为一种解决办法,但开关设备造价昂贵,同时需要对相关输变电设备进行改造,总投资较大。

由表1-1可知,传统限流技术尽管可在某种程度上解决电网短路电流的抑制问题,但无一例外地将对电网运行的灵活性与经济性带来不同程度的负面影响。鉴于上述情况,人们与此同时开始转而探索其他形式的故障限流理论与创新技术。其中,故障限流器能较好地克服传统限流技术的不足,愈加受到国内外的关注。作为一种较理想的技术措施,故障限流器可有效限制电网的短路容量,从而极大地减轻断路器等各种高压电气设备的动、热稳定负担,提高其动作可靠性和使用寿命,保证电网的安全与稳定运行。另一方面,由于限制了短路容量,有可能显著降低对电网中各种电气设备(如变压器、断路器、互感器等)以及电网结构的设计容量要求,大大节省投资。因此,研究性能优良、经济合理的新型故障限流器是大势所趋,对我国电网建设具有重要的现实意义和应用价值。

表1-1 传统限流技术比较

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(续)

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