应用串联电抗器限制广东500kV主网短路电流适应性分析_免费论文全文下载

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【摘要】随着广东电网规模不断扩大，系统短路电流问题日益突出，采取现用的控制措施已难以合理兼顾系统可靠性与安全性。在500kV线路加装串联电抗器可以有效控制系统短路电流水平，对提高广东电网可靠性和运行灵活性具有重要意义。本文论述了广东主网加装串联电抗器的必要性、分析了串联电抗器并网后系统的适应性，从分析结果可知，应用串联电抗器可有效限制短路电流对系统的影响，对提高供电可靠性、电网安全性具有重要意义。

【关键词】广东电网;串联电抗器;短路电流;系统适应性
1.广东电网短路电流控制现状
广东电网作为南方电网最大的受端系统，近几年来发展迅速，大量新建电厂及基建设备的投产，满足了系统负荷增长需要，保障了社会经济需求。但新电源的投产、电网互联程度的加强及负荷的增长，导致了电网短路电流较以往有大幅度的提高，短路电流超标问题成为制约广东电网发展的瓶颈，需采取调整电网结构、改变运行方式、更换大容量断路器设备等措施来限制短路电流。
2.串联电抗器项目建设必要性
2014年，广东电网新建500kV纵江站等输变电工程，虽然提高了东莞地区系统供电能力、解决了安莞线长期单线的电网结构，但深莞地区短路电流较2013年大幅上升。该地区在采取2013年控制方式下（荆鹏甲线、鹏深乙线热备用），500kV深圳站、鹏城站、紫荆站短路电流超过系统控制值。为控制系统短路电流，经计算对比，需采取500kV鹏深乙线、荆鹏甲线、纵宝一回、安鹏一回停备的方式，深莞地区共4个500kV通道为单线结构。该方式下，存在如下风险：
（1）系统存在限电的情况：受限于沙荆甲乙线双回故障导致安鹏单回过载、“鹏深甲线+安鹏单回”单回故障，另一回过载的问题，紫荆-鹏城片区需采取事前限电的措施，存在约1500MW的电力缺口[1-3]。
（2）主网多个断面受限，部分断面不满足“N-1”控制要求，稳控措施难以适应系统要求：沙荆甲乙线、福东甲乙线等7个500kV通道双回故障，安鹏单回重载或过载;岭鲲甲乙线、祯宝甲乙线、水莞甲乙线双回故障、安鹏单回故障导鹏深甲线均存在过载的风险，系统控制压力大，运行风险高。
从上述风险可知，2014年若无其他主网短路电流控制措施，深莞地区电网存在大量系统错峰，主网多个断面受限，系统运行难以为继，电网安全性和可靠性不能得以保障。
为控制系统短路电流，保障广东电网安全可靠运行，提高调度运行灵活性，广东电网公司计划在500kV宝安站、纵江站、鹏深站、深圳站等短路电流问题突出的变电站相关出线上装设两组串联电抗器（简称纵宝串抗、鹏深串抗，下同），以控制系统短路电流水平，满足广东电网发展需求。
3.串联电抗器技术简介
随着广东电网系统规模的增大，主网短路水平不断增加，部分枢纽站点短路电流水平逐步逼近和超过断路器遮断容量。在更换大容量断路器、采取运行控制措施后，系统短路电流依然呈现上升趋势，为避免短路电流成为制约广东电网发展的主要因素，广东电网公司采取在500kV线路加装串抗电抗器的方式以控制系统短路电流水平。
串联电抗器接入系统示意图见图1。
图1 串联电抗器接入系统电气接线示意图
从串联电抗器的功能看，主要分为二类：不可控串联电抗器和可控串联电抗器。前者将一个固定阻值的电抗器串联入电网，是一种传统的串联电抗器技术;后者引入电力电子、FACTS等技术，在系统正常运行时电抗器呈现零阻抗，系统发生短路故障时电抗器呈现较大的阻抗从而限制短路电流。前者运行方式简单、安全可靠，但影响潮流分布且增加了无功损耗，对系统稳定性也有一定的影响;后者对潮流和稳定基本无影响，但受控制器件等技术约束目前尚未在500kV电网获得应用。
4.串联电抗器投产后系统适应性分析
4.1 串联电抗器对系统短路电流控制效果
根据纵宝串抗、鹏深串抗的批复情况，二者计划以不低于21Ω电抗值于2014年度夏前投产，串抗按计划投产后，在深莞地区500kV主网全接线的方式下，各站点500kV侧短路电流情况如表1所示：
表1 串抗均投产后，各站点短路电流情况    单位：kA
控制措施 站点 短路电流
单相 三相
全接线 沙角电厂 47.9 46.3
纵江 32.4 35.9
深圳 43.6 42.0
鹏城 60.8 54.6
鲲鹏 42.0 42.8
宝安 58.4 52.9
紫荆 53.2 51.3
从表1可知，若2014年度夏前纵宝、鹏深串抗顺利投产，深莞地区500kV网架全接线方式下相关站点500kV侧短路电流均可满足控制要求。与2013年控制方案相比，荆鹏甲乙线、鹏深甲乙线可恢复双回运行，该方式提高了深圳500kV主网的供电可靠性和安全性，有利于系统电力释放，优化了系统运行方式安排。
4.2 串联电抗器对系统潮流的影响
a.纵宝串抗并网后对系统潮流的影响
深莞地区主网在维持2013年分区方式下，纵宝串抗并网前后，正常方式下，主要500kV线路潮流变化如表2所示：
表2 纵宝串抗投产后，主要500kV线路潮流变化情况   单位：MW
串抗并网前 串抗并网后 潮流变化
纵宝甲乙线 514 386 -128
纵莞甲乙线 111 239 128
水莞甲乙线 3237 3366 129
安鹏甲乙线 1980 2084 104
祯宝甲乙线 2423 2398 -25
纵宝串抗投产后，纵宝甲乙线潮流明显降低，变化约25%。由于“纵宝甲乙线+纵莞/水莞甲乙线”作为负荷性封闭断面，纵宝甲乙线潮流降低导致水莞甲乙线、纵莞甲乙线潮流加重。由于2014年纵江站下供220kV变电站仅有大朗站（原接至500kV莞城站），最大网供负荷约620MW，故串抗的投退不会导致纵莞甲乙线、水莞甲乙线过载潮流发生较大的变化，但加剧了水莞甲乙线重载的问题。在海丰电厂并网发电前，该问题会一直存在，因此纵宝串抗投产后的运行方式安排应注意串抗的投运与退出造成的周边500kV线路潮流的变化情况，特别是水莞甲乙线潮流，保证莞城片区、纵江片区安全受电。

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