短路预防

短路预防（共5篇）

短路预防 篇1

1概述

在整个电力网中变压器是核心设备, 发挥着不可替代的作用, 所以变压器的稳定可靠性会直接对整个电网的安全性造成影响。但是由于设备的设计生产, 以及工艺和运行维护等方面具有一定的局限性, 因而还是会在运行过程中发生故障。尤其近年来变压器出口短路故障以及近区故障开始引起人们的重视, 这些都极大的危害了电网运行的整体稳定性。

据不完全统计, 变压器损害事故中超过80%的都是由于出口短路所致, 出口短路会在变压器中产生较大的电流。因此通过有效的维护方式, 减少出口短路现象的发生, 从而保证变压器能够更加稳定安全的运行, 这具有极其重要的意义。

2出口短路具有的危害

出口短路发生后变压器会同时受到机械力和电动力的作用, 因而绕组在形状以及尺寸上会发生形变, 这种形变不可逆, 即绕组变形。绕组形变在变化上包括径向尺寸以及轴向尺寸的变化, 多表现为绕组鼓包和器身位移, 绕组会发生扭曲, 匝间会发生短路, 因而会威胁到整个电力系统。若变压器的绕组出现变形, 那么就会因为结构损害而引发事故。但是很多形变并不明显, 因此变压器仍旧可以运行一段时间, 即损坏程度会直接影响运行时间。但是这种带病运行的状态必然会引发更大的故障。

首先, 绕组机械性能会受到影响而降低, 若是变压器再次遇到短路电路冲击, 那么就无法承受巨大的电力冲击, 而发生损坏。在实际的使用中就有在受到短路冲击后仍旧可以继续投入使用的变压器, 但是在运行的过程中由于再次受到短路电力冲击, 而直接损坏。

其次, 觉远距离受到影响, 绝缘受到损伤继而发生局部放电现象。若是变压器受到过电压作用, 那么绕组就会发生匝间短路或者饼间短路, 因而变压器的绝缘极易被击穿, 从而引发事故。或者运行电压正常, 但是由于受到局部放电的影响, 原本绝缘受到损害的地方进一步发展, 最终变压器绝缘被击穿。实际的应用中这种现象具有一定的隐蔽性, 因此需要予以重视。

根据长期的经验积累可以看出, 运行过程中若是变压器绕组一旦发生形变, 那么就会发生累积效应, 即变压器的使用状况进入一种恶性循环中。例如, 某台正在使用的变压器, 运行了5年, 在此期间其10kv侧多次受到冲击, 在检验过程贺总发现其绕组变形严重, 如果不及时的进行吊罩检验则无法及时的发现这一状况, 很难保证什么时候就会因此而引发事故。所以, 有些变压器即便是绕组产生变形仍旧投入使用, 这些设备并不意味着其绝缘马上会被击穿, 但是依照绕组形变状况的不同, 若是不予以重视, 其再次遭受过电压或者或电流, 甚至有时候受到正常的磁振动影响也会发生事故。因此, 一些突发事故以及雷击事故都有可能出现这种情况, 因而必须予以重视, 避免隐患的存在。

3预防措施

3.1若是变压器的中压测为35kv, 低压侧为10kv, 那么需要考虑其中性点的特性, 由于其属于小电流接地系统, 因此对单相接地需要予以预先的防止, 避免发生谐振过电压。目的在于杜绝引发绝缘击穿所导致的出口短路。

3.2通过将低压侧支柱瓷瓶更换为防污瓷瓶, 提高其爬距, 或者在其上涂刷防污闪涂料, 从而避免由于绝缘击穿现象导致的出口短路故障。另外需要注意的是, 涂刷的涂料必须满足一定的技术标准, 若不满足则不能够被应用。

3.3提高中低压侧开关的开断容量, 从而防止由于该容量不足造成的开关损毁引发的出口短路现象。

3.4氧化锌避雷器是变压器以及线路避雷其和母线都应当据别的避雷设备, 从而提高其过电压水平。

3.5对保护配置予以完善。在变压器的保护上应当采取双重化和微机化的方式, 通过差动保护以及失灵保护对母线进行保护, 从而提高保护装置的可靠性以及保护效率。另外通过显示速断的设置对变压器中低压侧进行保护, 并且保证保护动作反应时间小于0.5s。从而保证能够在故障发生后能够最快的做出反应, 从而减少由于出口短路造成的损害。

3.6若是变电站仅限为双电源, 则应当预先采取一定的措施, 目的是防止备用电源会对变压器造成再次损害。

4管理措施

4.1从继电器保护定制以及保护压板的管理上和其年检的管理上进行加强, 保证所有的动作具有正确性, 从而杜绝出现在变压器出现故障时发生保护拒动问题, 以此造成设备损坏。

4.2全面保护, 避免保护死去的出现, 通过保护定值的合理计算, 对变压器中出现的故障电流予以快速切除。例如在设备的后备保护中, 其动作时间应当予以有效缩短, 从而满足保护配合所需要的选择条件, 并且这一反应动作时间越短越好, 其时间长度最长不得超过2秒, 从而避免过电流对设备的损害。中断对于终端变电所, 电源测线路保护定值可延伸到终端变的变压器内部, 以增加保护动作的可靠性。

4.3若是外部短路强度不高的变压器, 或者一些已经收到了出口短路影响而出现了变形的, 那么会出现系统对短路跳闸后的开关自动重合或者将设备强行进行投运, 由此产生了很多不利因素, 针对这一类现象, 必须予以重视。所以, 应当对短路故障进行判断, 看其能够自动消除与否, 并对其自动消除概率予以判断, 对架空线或者电缆线应当取消自动重合闸, 或者延长自动合闸的时间, 从而避免自动合闸过快所带来的危害。

4.4加强周边的巡视, 发现危害电网运行的因素应当及时的予以排除, 防止树木过高使得线路接地, 由此避免出口短路的发生。

4.5对电缆设备结构应当实行封堵措施, 避免开关室中进入小动物, 从而引发单相接地造成出口短路, 预防变压设备的损害发生。

4.6若开关室为全封闭的, 应设置抽湿机或者排风扇, 保持期环境的干燥是以, 避免由于凝露现象或者闪污事故引发的出口短路。

4.7对出口处应当加强运行维护, 通过加装避雷器避免雷击对设备的损害。并确保避雷器性能, 防止避雷器出现故障, 而不能够发挥作用, 当出现过电压时无法发挥作用, 以此导致出口短路。

4.8在管理运行过程中药加强对变电设备的管理, 保证其运行能够满足稳定性要求, 通过相关管理措施对设备运行中发现的缺陷及时的予以排除, 从而使得变压设备能够稳定运行, 发挥其在电网系统中应当发挥的作用。

4.9每年安排2次以上的设备红外线普测, 积极开展避雷器在线监测、绝缘在线监测、高压开关SF6气体在线监测等项目, 及时掌握设备运行状况。

4.10无论是新投运的变压器还是没有做过形变测试的变压器都应当对其测试数据予以保留, 从而保证若是变压器受到短路冲击后, 可以在此基础上对其形变程度进行判断, 从而对其能够继续投入运行进行认定。若是变压器的绕做形变并不明显, 那么对于此类变压器, 再次直接投入使用不但能够节省人力物力, 还能够有效的缩短应用维修周期, 节省了资金投入。

4.11对电网的规划管理进行科学合理的建设, 并有效安排其运行方式, 对短路电流以及出口短路进行限制, 从而降低设备受到的损害的几率。

参考文献

[1]咸日常.电力变压器出口短路事故的危害与防范措施[J].电力设备, 2006 (2) .

[2]康万银.变压器出口短路的危害及预防措施[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2009 (10) .

[3]李云阁, 冯玉昌, 吉炜, 等.大型变压器低压侧出口短路事故探究[J].电网与水力发电进展, 2008 (1) .

变压器出口短路的危害分析及预防 篇2

1 出口短路故障对变压器的危害

变压器是依靠绝缘的高压导线、母线导流排或高压电缆, 通过断路器分别与发电机组、电力系统、配电母线和用户配电线路相连接的。但由于断路器及其他相关装置都具有一定的动作时间, 无法零时间的消除故障点, 所以, 变压器极容易受到短路电流的冲击, 对变压器产生危害。

1.1 电动力对变压器的危害

变压器在运行的过程中, 存在着电流和漏磁场, 将会在变压器的绕组上产生电动力, 该电动力的大小与漏磁场的磁通密度、通过电流的大小成正比。当变压器正常运行时, 在其导线上产生的电动力非常小但一旦出现短路, 就是出现十几倍到几十倍的短路电流, 继而产生几百至上千倍于额定电流时的电动力, 极易造成变压器绕组的失稳变形、绝缘受伤、匝间短路等, 继而使得变压器受损。

电动力对变压器的破坏往往表现在绕组的压紧件变形损坏、上夹间的钢支板被顶弯、压钉支板脱落、压钉弯曲位移、端部压包环崩裂、引线木支架断裂损坏等, 同时还可能存在内部绕组被局部压弯、外侧绕组被松动或拉断、绕组线饼沿轴向发生变形。

(1) 轴向力产生的原因分析。

轴向力的产生可以分为两个部分:一是由于线圈端部漏磁弯曲部分的辐向分量与载流导体作用二产生的, 这种作用力可以对内外线圈都产生压力, 原因是线圈端部的磁场最大, 因为受到的压力也最大, 但中部却非常小, 以致线圈的另一端力的方向发生改变。二是由于内外安匝不平衡所产生的辐向漏磁与载流导体作用二产生的, 安匝越不平衡产生轴向力也就越大, 此时内线圈受到压力、外线圈受到拉力。由于内外线圈的压缩二产生的机械力极有可能造成圈匝间的绝缘损伤, 甚至是线圈的绝缘变形或者是导线的断裂。

(2) 常见的变形分析。

(1) 对于高压线圈来说, 由于处于外层, 轴向拉伸应力和辐向应力的作用下, 往往会造成端部压钉松动、垫块飞出, 夹件、拉板、紧固钢带等发生变形。 (2) 对于中低压线圈来说, 由于处于内柱或者中间, 在轴向和辐向压缩力的作用下往往会发生压钉松动、垫块位移, 匝间垫块位移、线饼扭曲等。 (3) 对于分接区、纽接区来说, 一般这个区域的安匝平衡度差, 易产生漏磁场, 所以受到的电动力也相对来说大的多, 很容易产生变形和损坏, 形成波浪状。 (4) 对于线圈引线来说, 电动力往往会破坏线圈引线的绝缘距离, 如果引线距离箱壁太近则会形成放电, 若果引线之间距离太近, 则容易是绝缘受损, 形成潜伏性故障。

1.2 绝缘过热对变压器的危害

当变压器发生短路时, 其线圈中的电流可能同时增大到额定电流的几倍或几十倍, 产生大量的热量, 致使变压器严重发热, 是的变压器的绝缘材料受到严重的损坏, 继而发生变压器的击穿或者损坏事故。

变压器的出口短路主要有三相短路、两相短路、单相接地短路、两项接地短路等四种类型。其中单相接地短路故障率最高, 约为短路故障的65%左右, 两项接地短路和两项短路基本都在10%～20%之间, 三相短路故障率一般较低, 仅占5%左右, 但三相短路时的电流却最大。

2 预防措施

变压器出口短路的原因很多, 很复杂, 因此, 应该从整体上进行预防。

第一, 在技术层面上:在保证变压器性能指标和温升限值的前提下, 从短路过程的动态过程出发, 对技术参数进行合理的选择、对受力的状况进行合理的分析;对于绝缘部分, 各个方向都应有牢固的支撑, 保证线圈承受的压力可以均匀的传递到铁芯柱上;在铁芯方面应该采用无间隙配合和互锁结构, 使其成为一个坚固的整体。

第二, 对于企业来说, 应该加强对变压器设备的选型、监造、验收和维护, 明确专责人员进行跟踪。

第三, 优化运行的条件及方式。比如, 重视电缆的安装及检修, 对于重要的中低压母线, 可以考虑全封闭, 配备高质量的开关, 防止发生拒分等现象, 采取装备用电源自投装置减少短路时的电流和简化保护装置等。

第四, 加强变压器的运行管理。如严格执行变压器的交接试验规程, 在运行中加强变压器油色谱分析、实施在线监测技术。

本文主要讨论了出口短路后, 电动力、绝缘过热等对变压器的危害。并在其预防措施进行探讨。

摘要：变压器作为输变电系统的心脏, 对电网的安全运行具有重要的意义。随着电容量的不断增加, 出口短路现象不断突出。本文对出口短路的原理, 对变电器造成的危害进行了系统的分析, 并在此基础上对如何有效预防出口漏电提出了几点建议。

关键词：变压器,出口短路,危害文献,预防措施

参考文献

[1]变压器出口短路的危害[OL].百度文库:http://wenku.baidu.com/view/f3af79fd941ea76e58fa045e.html

变压器出口短路的危害及预防措施 篇3

关键词：预防,变压器,出口短路

1 变压器出口短路的危害

电力变压器在发生出口短路时的电动力和机械力的作用下,绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化,产生绕组变形。绕组变形包括轴向和径向尺寸的变化,器身位移,绕组扭曲、鼓包和匝间短路等,是电力系统安全运行的一大隐患。变压器统组变形后;有的会立即发生损坏事故,更多的是仍能继续运行一段时间,运行时间的长短取决于变形的严重程度和部部位。显然,这种变压器是带“病”运行,具有故障隐患。这是因为:

(1)绕组机械性能下降,当再次遭受到短路电流冲击时,将承受不住巨大的冲击电动力的作用而发生损坏事故。例如,某台40MVA、110k V的电力变压器,低压侧遭受短路冲击后,常规试验没有发现异常现象;投入运行后1年,在一次短路事故中损坏。

(2)绝缘距离发生变化,或固体绝缘受到损伤,导致局部放电发生。当遇到过电压作用时,绕组便有可能发生饼间或匝间短路导致变压器绝缘击穿事故。或者在正常运行电压下,因局部放电的长期作用,绝缘损伤部位逐渐扩大,最终导致变压器发生绝缘击穿事故。

(3)累积效应,运行经验表明,运行变压器一旦发生绕组变形,将导致累积效应,出现恶性循环。

例如,某台31.5MVA、110k V的电力变压器,在运行的5年中,10k V侧曾遭受多次冲击,经吊罩检查发现其内部绕组已存在严重变形现象。若不是及时发现绕组变形;很难说在什么时候这台电力变压器就会发生事故。再如,某变电站的一台40MVA、110k V电力变压器发生短路后速断保护跳开三侧断路器,经预防性试验合格再投运1个月后,油中特征气体增长。一停运检修发现35k V绕组已整体变形,包括10k V绕组多处有露铜,导线有烧融现象。因此,对于绕组已有变形但仍在运行的电力变压器来说,虽然并不意味着会立即发生绝缘击穿事故,但根据变形情况不同;当再次遭受并不大的过电流或过电压,甚至在正常运行的铁磁振动作用下;也可能导致绝缘击穿事故。所以,在有的所谓“雷击”或“突发”事故中,很可能隐藏着绕组变形故障因素。

2 防止变压器出口短路的技术措施

2.1 变压器的中低压侧加装绝缘热缩套。

对变压器的中、低压侧电压等级是35KV及以下的,只要其出线采用的是硬母线,可以从变压器出口接线桩头一直到开关柜的母线,包括开关室内高压开关柜底部母排,全部加装绝缘热缩套。如果采用的是软母线,可在变压器出口接线桩头和穿墙套管附近加装绝缘热缩套。这样可有效防止小动物等造成的变压器出口短路。

2.2 对变压器的中、低压侧为35KV或10KV电压等级的变压

器,由于其属于中性点,属于小电流接地系统,所以要采取有效措施防止单相接地时发生谐振过电压,从而引起绝缘击穿,造成变压器的出口短路。防止单相接地时发生谐振过电压的措施:

电压互感器的二次开口三角加装消谐器,如微电脑控制的电子消谐器。

2.3 对变压器中低压侧的支柱瓷瓶,包括高压开关柜可更换爬

距较大的防污瓷瓶,或者涂刷常温固化硅橡胶防污闪涂料(RTV),防止绝缘击穿造成的变压器出口短路。常温固化硅橡胶防污闪涂料应满足DL/T627-1997标准。

2.4 将变压器中低压侧的开关更换为开断容量更大的开关,防止因开断容量不足引起开关爆炸造成的变压器出口短路。

2.5 对变压器、母线及线路避雷器要全部更换为性能良好的氧化锌避雷器,提高设备的过电压水平。

2.6 不断完善变压器的保护配置。

变压器的继电保护尽量采取微机化,双重化,尽可能安装母线差动保护,失灵保护,提高保护动作的可靠性,灵敏性和速动性。变压器的中低压侧应配置限时速断保护,动作时间应<0.5秒。确保在变压器发生出口短路时,可靠、快速切除故障,减小出口短路对变压器的冲击和损害。

2.7 对进线为双电源备用电源自投的110KV变电站,要采取措施防止备用电源自投对故障变压器的再次冲击。

3 防止变压器出口短路的管理措施

3.1 加强变压器保护的年检以及继电保护的定值、保护压板的

管理工作,确保其动作的正确性,杜绝故障时因保护拒动对变压器造成的损害。

3.2 科学合理的计算保护定值,消除保护“死区”,快速切除流过变压器的故障电流。

3.3 对抗外部短路强度较差的变压器或者受过出口短路冲击发

生变形的变压器,对于系统短路跳闸后的自动重合或强行投运,应看到其不利的因素。

3.4 加强对线路的巡视,发现长高的树木等及时砍伐,防止线路接地造成的变压器出口短路或者引起的过电压。

3.5 加强电缆构封堵,严防小动物进入开关室,避免小动物引起

的单相接地造成变压器的出口短路,也避免其引起的过电压对变压器的损害。

3.6 对于全封闭的开关室,加装排气扇通风,或者安装抽湿机,

始终保持开关室的干燥,防止设备凝露及污闪事故造成的变压器出口短路。

3.7 加强对变压器出口处避雷器的预试和运行维护,确保其对

因雷击等产生的过电压的吸收,防止避雷器损坏造成的变压器出口短路。

3.8 加强变电设备的运行管理,及时发现设备缺陷,保证变压器的正常运行。

3.9 加强技术监督工作,严禁设备超周期运行,对室内母线及瓷瓶定期清扫,及时进行耐压试验,确保设备绝缘良好。

3.1 0 每年安排2次以上的设备红外线普测,积极开展避雷器在

线监测、绝缘在线监测、高压开关SF6气体在线监测等项目,及时掌握设备运行状况。

3.1 1 对新投运的变压器和未做过变形测试的变压器全部做一

次变形测试,保留测试数据,这样,在变压器遭受出口短路冲击后,可以此作为基础数据判断变压器变形程度,认定变压器能否继续运行。对未发生明显绕组变形的变压器,及时投入运行,不仅节省了大量的人力、物力和财力,还大大缩短了检修周期。

变电站近区短路故障的危害及预防 篇4

目前比较多的变电站建在城区或负荷密集的工业区, 有的线下、线边还有房屋等建 (构) 筑物, 一旦发生断线、倒塔等事故时, 除威胁电网安全运行、中断对用户的供电外, 短路故障还有可能会波及到线下 (边) 房屋等建 (构) 筑物, 造成人身伤亡和群众的财产受损, 引发民事纠纷。

变电站出口段线路一般较为密集, 发生断线、倒塔等事故时, 严重影响周边交跨线路。当同一个耐张段内与多回线路交跨时, 存在同时故障风险。当变电站近区发生多条线路短路时, 变压器、断路器等设备多次承受大电流冲击, 甚至会超过设备抗短路能力, 引发严重设备故障, 使电网结构遭受较大破坏。

2变电站近区短路故障的预防

(1) 做好电力设施保护工作, 力争变电站近区内不发生外力损坏电力设施事故。①宣传防施工、树障、异物、垂钓等外力隐患, 在全社会营造有利于电网安全运行的良好环境;②通过宣传活动, 提高政府有关部门和企事业单位对电力设施保护的认识, 引导政府部门进一步关心关注电力设施保护工作, 不断提高电力设施保护工作水平;③努力控减外力破坏电力设施案件;④开展专题宣传, 使电力设施保护范围内的规划项目、施工作业及一般作业的许可制度得到进一步落实;⑤做好隐患排查治理及严控施工外力破坏工作。

(2) 在项目规划、设计和建设时, 对于变电站近区出线, 应合理规划路径, 避免多重交叉跨越。对于无法避免的交跨, 可以考虑采用电缆穿越方式, 或尽量将交跨点位置外移, 避免在一个耐张段内与多回线路交跨。

(3) 在电缆线路高度集中、路径选择难度较大或市政规划要求极高的区域宜采用电缆隧道敷设方式。电缆隧道敷设的优点:维护、检修及更换电缆方便, 能可靠地防止外力破坏, 敷设时受外界条件影响小, 能容纳大规模、多电压等级的电缆, 寻找故障点、修复、恢复送电快;缺点:建设隧道工作量大、工程难度大、投资大、工期长、附属设施多。

(4) 必要时采取差异化设计, 提高变电站近区出线的设计标准和安全裕度, 提高线路防风、防雷及防倒塔能力。

(5) 对不满足新标准设计要求的各类老旧铁塔进行加固。特别是两侧导线型号不同、存在不平衡张力的各类塔型要进行强度校核, 对于安全裕度不足的铁塔, 通过增加斜材支撑强度等方式进行补强。

(6) 提高变压器抗短路能力。①经受多次冲击的老旧变压器, 要缩短检修周期, 及时进行变压器短路电流核算工作;发生变压器中、低压出口短路和出线短路故障后, 应进行油色谱分析和绕组变形等相关试验;②要求制造厂商进行抗短路能力校核, 并提供计算报告;③对于大电流冲击耐受性差的主变压器, 应进行更换, 暂时无法更换的, 可采用停用线路重合闸或加大重合闸延时等措施, 防止近区永久故障对主变压器造成损害。

(7) 对变电站近区出线ADSS光缆加挂情况开展专项排查。①新建线路加挂ADSS光缆严格按最新版规范设计;②老旧线路, 当杆塔上加挂ADSS光缆时, 应开展杆塔强度校核, 对不符合新标准的应及时清理或采取补强措施。

短路预防 篇5

目前国内外对于风电机组等值模型的研究还没有形成一个统一的观点和方法。一般的处理方法是在电力系统故障分析中将风电场作为一个负荷考虑,认为风电场不提供短路电流。但实际上风力发电机组在系统中是功率源,向系统输出功率,而随着风力发电场容量的增加,就必须考虑在短路瞬间风电机组向短路点输出的短路电流。因此就要考虑现有的设备容量能否承受风电机组并网后新增加的短路容量,并对风电机组和线路的保护系统进行调整。

1短路容量法的短路电流分析

目前复杂电力系统的短路电流的计算就是通过建立电路网络线性代数方程组,通常建立网络的节点方程组,这种方法计算量较大在实时性方面受到限制。本文运用了Yuen M.H于1975年提出的短路容量法,其基本思想是电路阻抗合并的基本理论[1]。文献[2,3]中进一步提出了将复数短路容量法的概念应用到电力潮流和短路故障的计算分析中,这使短路容量法的应用空间进一步扩大。该方法的优点在于只需要计算单个元件的短路容量并进行常规的串并联计算,而不需要对风电场建立精确的数学模型。

电力系统中任意一点的三相短路电流Isc定义为该点的短路容量Ssc除以该点额定电压的值:

${\rm I}{}_{sc}=\frac{S{}_{sc}}{\sqrt{3}U}(1)$

由式(1)可知,计算短路电流的关键是要确定短路容量。电力系统中的各种元件如:同步发电机、三相异步电动机、变压器、输电线路、电力电缆等都能用自身的短路容量来表示,电力系统中的相关设备对短路容量都有影响。

单个元件(如线路、发电机、变压器等)的短路容量Ssc定义为将其与无穷大电力系统相连短接所计算的短路容量,如图1所示。

1.1风力发电机短路容量

$S{}_{sc}=\frac{S}{x^{″}{}_d}\times 10{}^{-3}=\frac{\sqrt{3}U{}_n{\rm I}{}_n}{x^{″}{}_d}\times 10{}^{-3}(2)$

式(2)中S(kVA)是风力发电机组的等效容量,Un(kV)为风力发电机的额定电压,In(A)为风力发电机额定电流。

1.2变压器短路容量

$S{}_{sc}=\frac{S{}_{{\rm N}}}{U{}_k\%}\times 10{}^{-3}(3)$

式(3)中Uk%是变压器的短路阻抗百分数,SN(kVA)是变压器的额定容量。

1.3输电线路、电力电缆的短路容量

$S{}_{sc}=\frac{U{}_{{\rm N}}^2}{{\rm Z}{}_L}\times 10{}^{-3}(4)$

式(4)中UN(kV)为短路点额定电压,ZL(Ω)为线路阻抗的模值。

设S1和S2分别为两个独立元件的短路容量,S12表示总的短路容量,可得:

当两个独立元件串联时:$S{}_{12}=\frac{S{}_1\times S{}_2}{S{}_1+S{}_2}$;当元件并联时:S12=S1+S2。

通过以上公式的计算化简后便可得到故障点的短路容量。因此可知运用短路容量法计算短路电流的方法为:

(1)绘制电力系统的等值图,并将故障点标示在图中。

(2)分别计算所有独立元件的短路容量。

(3)对于故障点的短路容量进行化简计算,得到故障点的短路容量Ssc。

(4)根据式(1)就可以计算出故障点的短路电流。

2风电场并网对并网点电压的影响

我国的风电场大多建设在西北偏远地区,这些地区经济发展相对落后,造成了当地电网及相关电力配套设施的建设相对滞后,给大量风电场并网带来了很多问题。其中并网点短路容量是电力系统强度的一个重要参数,短路容量越大,表示系统抵御冲击的能力就越强,风电并网对系统的冲击也越小。当风电场并网时并网点的短路容量会产生变化,从而导致并网点的电压波动。风电场的短路容量比K定义为并网点的短路容量Ssc除以风电场并网容量SW的值[4]:

${\rm K}=\frac{S{}_{sc}}{S{}_W}(5)$

K值大小说明系统承受风电扰动能力的强弱。K值是确定风电场总装机容量的一个主要指标,各个国家提出的标准并不相同,如丹麦规定K值不大于5%,德国规定K值不大于3.33%,日本则规定K值不大于10%。这一指标可以表示风电场接入系统总容量规模的大小。由此,由风电场并网引起的一些问题如风电场最大注入容量和并网点的电压波动等可用风电场的短路容量比K来表示。

电力系统中如果把风电场当作一个可变的负荷,Us代表并网点的电压,ZL表示风力发电场到并网点的阻抗,U0表示风力发电场端口母线的电压, I为风力发电场的输入电流,则可得到风力发电场并网后的等效电路图如图2所示:

由图2可得:

Us=U0+ZLI=U0+(R+jX)I (6)

一般输电线路两端电压的相位差δ相差很小,可以近似处理,将Us的垂直分量忽略,用水平分量来替代表示Us,发电机组的功率因数角用φ表示,可得:

|Us|=|U0|+|ΔU|=|U0|+|I|Rcosφ+|I|Xsinφ (7)

又因为风场注入的功率为:

S=P+jQ=|U0||I|cosφ+j|U0||I|sinφ (8)

可得:

$|U{}_s|=|U{}_0|+|\text{Δ}U|=|U{}_0|+\frac{{\rm P}R+QX}{|U{}_0|}(9)$

由于风电场的注入功率是一个随时间变化的变量,当其变化时会在线路电流上产生一个ΔI的增量:

$\Delta {\rm I}=\frac{\Delta S{}_{{\rm N}}}{U}=\Delta {\rm I}{}_p+\text{j}\text{Δ}{\rm I}{}_q(10)$

则在风场井网点的电压偏差值ΔU为:

由式(11)可以看出并网点的电压波动与功率因数,电网的阻抗角φ和风电场的短路容量比有关系,其中电网阻抗角

tanφ=X/R (12)

然而由于大容量风电场的并网使并网点的短路容量有所增加,从而使电网抵御冲击的能力加强,对电压的波动有抑制作用。以下将风电场并网点作为研究对象,利用下面的电压波动公式,分析风电场并网对并网点电压波动的抑制作用。

ΔU1≈ΔQ/Ssc (13)

式(13)中ΔQ为并网负荷的无功功率增量,考虑风电场并网后并网点短路容量变为SB,其对应的原来负荷无功增量下的电压波动表示为:

ΔU1≈ΔQ/SB (14)

则风电场并网对于并网点电压波动的抑制作用可表达为:

$\text{Δ}\sigma \%\approx \frac{\text{Δ}U{}_1-\text{Δ}U{}_2}{S{}_B}\times 100\%\approx \frac{S{}_B-S{}_{sc}}{S{}_B}\times 100\%(15)$

3算例分析

以某地风电场为例,进行风电场的短路电流计算及风场容量对并网点电压变化影响的计算分析。具体参数如下:有220 kV变电所一座,110 kV变电所6座,35 kV变电所11座;风电场经35 kV线路接入110 kV变电所。根据该风电场接入系统设计,风电场内配备有一座35 kV的升压变电站,注入到风电场汇流母线(35 kV)处的短路电流是1.33 kA。

风电场主要元件及参数:风电场装设有18台750 kW风力发电机,总装机容量为13.5 MW,单机额定电压为690 V,额定电流76 A,额定转速1 520 r/min,次暂态电抗为0.153 8;配备型号为BS800/10的变压器18台,额定容量800 kVA,变比10±2×2.5%/0.69 kV,阻抗电压百分数UK=4.5%;型号为SZ-10-16 000/35的主变一台,额定容量16 000 kVA,变比38.5±4×2.5%/10.5 kV,阻抗电压百分数UK=8%;电力电缆线路分为两种规格,第一种参数:YJV22-3×70,6 km,0.395 Ω/km;第二种参数:YJV22-3×150,5.5 km,0.168 Ω/km。

根据上述的短路容量法,首先计算出风电场内所有对短路电流有影响的独立元件的短路容量,并绘制成相应的短路容量图,计算程序如下,式中短路容量的单位为MVA。

35 kV架空线路的短路容量:

$S{}_{sc}=U{}_{{\rm N}}^2/{\rm Z}{}_L=\frac{35{}^2}{29\times 0.410}=130;$

主变压器的短路容量:

$S{}_{sc}=S{}_{{\rm N}}/U{}_{{\rm K}}\%=\frac{16000}{8\%}\times 10{}^{-3}=200;$

箱式变压器的短路容量:

$S{}_{sc}=S{}_{{\rm N}}/U{}_{{\rm K}}\%\times 10{}^{-3}=\frac{800}{4\%}\times 10{}^{-3}=20;$

10 kV电缆的短路容量:

$S{}_{sc}=U{}_{{\rm N}}^2/{\rm Z}{}_L=\frac{10{}^2}{5.5\times 0.168}=110;$

风机的短路容量:

根据计算得到的风电场各个独立元件的短路容量,运用上述短路容量法将风力发电场电气等值图绘制成相应的短路容量图,横线上面的数字是从上到下计算得到的故障时由系统输出的短路容量,横线下面的数字为风电机组提供的短路容量,其中短路容量的单位统一为kVA,如图3所示。

由图3和式(1)便可计算得到风电场任意点的短路电流,本文取风电场5个有代表性的短路点进行短路电流的计算分析,图中d1点取汇流母线(35 kV);d2点取主变压器的高压侧;d3点取变压器端母线(10 kV);d4点取发电机变压器高压侧;d5取发电机端口。将计算结果汇总如表1所示。

通常在电力系统故障分析计算时如果只计算风场并网点的短路电流则将风力发电场等效看成一个等容量的发电机组,并不考虑其内部参数的影响。本文应用短路容量法将对比计算的结果列入表1,其中D1表示风电场并网点的短路电流大小;D1′表示风电场供出的短路电流大小。对以上计算数值对比分析可以得出以下结论:

(1)常规的分析方法将风电场等效为负荷或者等容量机组,这样处理不能反映出风电场内部的结构参数对系统的影响,也不能够计算风电场内部位置处的短路电流;相对于常规的分析方法短路容量法在计算时的精度比前者更高,而且可以计算风电场内部点的短路电流。

但是不足之处是短路容量法没有考虑风力发电机的运行方式,同时为了避免复数运算使得计算方便,计算时采用阻抗模值。

(2)常规方法分析风力发电场向短路点提供的短路电流时计算得到的短路电流数值偏大,所以在设备选型时可以以此数据为依据,这样选择的设备有一定的冗余,对系统的安全稳定运行有利。

(3)短路故障时风力发电场提供到变压器高压侧的短路电流数值较小,主要原因是发电机在系统的低压侧,经过归算后影响减弱;而在发电机端口处短路时,系统会提供大量的短路电流,因此在变压器选择时要考虑这一点。

(4)电力发电机的接入实际上使电力系统的短路容量增大,当线路上发生故障时,风力发电机会提供短路电流,因此需要校验继电保护装置,防止产生误动。

以功率因数0.98,网络阻抗角30°为例,由式(5)、式(11)、式(15)可得:

由以上计算结果可知:(1)风电场并网后引起并网点电压的偏移(11%)。(2)风电场的短路容量比不是唯一影响并网点电压波动的因素,还包括风电场的功率因数和线路的参数等。

4结论

本文针对以往常规分析风电场短路电流方法中的不足,结合短路容量计算方法给出了一种风力发电场短路电流的实用计算方法,阐明了风电场短路电流与短路容量之间的关系,进一步说明了短路容量比、电压波动以及风电场对电压波动的抑制作用,并通过实际算例进行了分析计算。

参考文献

[1] Yuen M H.Short circuit ABC.San Francisco:Gas Industries Associa-tion,1975

[2] Chen T H.Complex short circuit MVA method for power system stud-ies.IEE Proceedings on Generation Transmission and Distribution,1984;141:81—84

[3] Chen T H,Chuang H J.Applications of the complex short-circuitMVA method to power flow studies.Electric Power Systems Researeh,1996:135—143