输配电系统短路保护问题与解决方案

1、    输配电系统短路保护问题与解决方案    【摘 要】电网结构的增强和扩大使得电网短路电流问题日益突出，许多输变电站采取了一些列的短路电流限制并且设置了保护装置，但想要进一步提高输配电系统短路保护效率，维护电网供电可靠性，还应该对短路保护方案进行评价。【关键词】电网；短路电流；保护；评价；随着经济水平的提高，人们用电负荷增长幅度日趋变大，为了满足用电市场需求，我国550kv、220kv变电站输配电网数量不断膨胀增长，电网联系也变得更加紧密，环网也不断增多，整体电网十分密集。电网结构的增强和扩大使得电网短路电流问题日益突出，许多变电站母线短路电流均已超

2、过了限制值。许多输变电站采取了一些列的短路电流限制并且设置了保护装置，但随着电网的进一步扩大，其限制保护作用将进一步减弱。一、输配电系统短路电流限制保护措施目前在各220kv输配电网采用的限制短路电流的保护措施可以分为改变输配电系统结构、采用高阻抗变压器、调整输变电运行方式、串联电抗器。对于220kv的电网短路电流的限制值按50ka考虑。（一）改變输配电系统结构对于输配电系统而言，改变系统结构的出发点在于合理规划电网电源接入系统的方式，由于电源接入点的选择会直接影响到系统短路电流的水平，因此，在规划电源接入点的过程中，应该注意给电网系统的短路电流留有一定的增长空间，发电厂以单元式方式接入输配电

3、系统为最佳，均衡的将电源接入220kv和500kv的各级电网中，尤其的在环网运行规划中，要将大电厂的电源摒除在外，最好不要有直接联络线。改变输配电系统结构还可以通过发展更高一级的电压电网，一方面，发展更高一级的电压电网可以提高电网的输电容量和系统的稳定想，另一方面，当更高一级的电压电网发展到一定程度时，低级电网可以进行分层运行，从而能够起到降低短路电流水平。除此之外，发展直流输电也可以从根本上改变输配电电网系统，直流输电不输送无功功率，而短路电流大多是无功功率，因此，这种方法可以起到限制短路电流、增加电网容量的作用。（二）采用高阻抗变压器目前许多输变电站采用高阻尼抗变压器控制措施，主要通过提高

4、电厂升压变的短路阻抗和提高电网联络变高中压阻抗两种方式。适当提高新建电厂升压变的短路阻抗，可从源头上控制注入电网的短路电流。虽然目前运行的现有主要电厂升压变压器阻抗大多按标准配置，但随着电网新一轮的规划工作的设计改变，许多新建电厂已经初步开始尝试使用使用高阻抗升压变压器，但是出于对整个电网系统稳定性考虑，发电厂的升压变压器的阻抗不宜过高。（三）调整输变电运行方式为了进一步限制220kv的短路电流，还可以采取调整输变电电网运行方式来控制。220kv电网系统短路电流的最大短路点就在500kv变电站的220kv母线上，系统通过500kv主变提供的短路电流占了大部分，基于这种情况，可以采取母线分列运行

5、，增大阻抗，从而起到短路电流限制的目的。还可以采用电网分区分层运行，也就是将区域内的电网系统按照电压等级分为若干结构层次，在不同层次上根据区域内的电力负荷来进行电力供应，保证电网的供需平衡，形成分区供电，同时又降低了短路电流水平。二、输配电系统短路保护方案（一）架空网络保护方案架空网络短路保护方案一般采取三级式保护方案，第一层级主变电站出口采用断路器保护，第二层级主干线配电变压器保护，第三层级则主要是分支线配电变压器保护。三级式保护方案的原理在于，当分支线上或者配电变压器上出现短路电流时，分别由相应的保护装置进行保护动作切除故障，减少因故障引起的停电范围。在实际保护过程中，三级保护要做到分级的

6、保护动作，必须依靠电流定值之间有效的配合，但一般情况下，配电线路较短，各级短路电流定值差别不大，因此大多数短路保护是依靠时间级差进行配合的。近几年出现的一种俗称为“看门狗”的自动分界开关能够较好的解决这一问题，在许多220kv配电网用户分支线上获得了较为广泛的应用。这种分接开关主要是能够在检测到短路电流冲击后自动分闸，能够迅速的与下游短路隔离，避免全线停电。（二）电缆网络保护方案电缆网络保护方案一般采取开环运行方式、环网结果，并且不采用重合闸。电缆网络的中性点一般采用小电阻接地方式，为了保证其运行安全，还需要配备单相接地短路保护。由于单相接地短路的电流相对较小，对主变压器的危害较小，因此不会引

7、起电压的骤降，能够允许出口电流保护的延时，使得上下级环网能够配合保护。三、输配电系统短路保护方案评价配电网保护是避免或者减少故障对用户供电质量影响的关键措施。因此，有必要分析保护方案对供电质量的影响，并采用量化指标对其进行评价，这也是能够更好的保障配电网保护效率的解决方法之一。（一）评价标准根据配电网保护的主要目的及其作用，配电网保护方案的评价标准需要抓住供电质量、电网运行安全、经济性三个方面。供电质量是配电网运行管理水平的根本指标之一，也是衡量配电网保护方案是否有效的指标之一，配电网保护方案效果可靠，那么电网的供电可靠性以及电压合格率质量则会相应提高。安全性标准，是目前许多配电网保护方案十分

8、重视的部分，安全性标标主要指的是保护系统保证短路电流不会烧毁电网部件。经济性标准则；是指实现电网运营经济效益的最大化，尽可能降低短路保护方案成本。（二）保护方案对供电可靠性影响的评价配电网进行短路保护方案的最终目的是为了提高整体电网的供电可靠性，因此，评价保护方案是否有效，可以直接依据方案对电网供电可靠性影响进行评价。供电可靠性的量化指标可以分为用户平均停电时间、停电次数、短时停电次数这三项。针对各种输配电保护方案，需要对以上3个指标进行计算，并比较。配电系统短路问题会给整个电网带来运行故障，继而会影响到用户用电质量，利用短路电流限制手段能够有效降低电网的短路电流水平，从源头上降低电网短路概率，采取配电系统短路保护配置，则是一种辅助配置，进一步降低由短路冲击所带来的停电损失。对配电系统短路保护方案进行评价，则是进一步加强了保护方案的可靠性，对于保护方案的选择具有很大的参考价值。只有将这几个方面相互结合，才能进一步的提高输配电系统运行水平，提高电网供电可靠性，给变电站带来更好的经济收益。