主变低压侧加装限流电抗器的方案研究

冶金动力METALLURGICALPOWER2017年第3期总第205期供用电主变低压侧加装限流电抗器的方案研究王杰（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉430223）【摘要】在主变低压侧母线短路电流过大时，可采用高阻抗变压器或主变低压侧加装限流电抗器的方案来限制短路电流。限流电抗器的选择需考虑限制短路电流的效果、母线电压损失及技术经济性等多个方面的影响。结合具体工程实例，对主变低压侧加装限流电抗器的方案及需要注意的问题进行了研究。【关键词】主变低压侧；限流电抗器；短路电流【中图分类号】TM471【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2017)03-0038-03ResearchonInstallationofCurrentLimitingReactoratLowVoltageSideofMainTransformerWANGJie(WISDRIEngineering&ResearchIncorporationLtd.,Wuhan,Hubei430223,China)【Abstract】Whentheshort-circuitcurrentoflowvoltagesideofthemaintransformerisexcessivelyhigh,theshort-circuitcurrentcanbelimitedbyusinghighimpedancetransformerorinstallingacurrentlimitingreactoratthelowvoltagesideofmaintransformer.Inselectionofcurrentlimitingreactortheeffectoflimitingshort-circuitcurrent,thevoltagelossofbusandthetechnicalandeconomicaspectsshouldbeconsidered.Inthispaper,theschemeofinstallingacurrentlimitingreactoratthelowvoltagesideofthemaintransformerandprob-lemsneedingattentionarestudiedcombingwithactualengineeringexamples.【Keywords】lowvoltagesideofmaintransformer;currentlimitingreactor;short-circuitcurrent1引言随着电网的不断发展，并网运行的机组数量和容量不断增加，系统短路电流水平也越来越高。主变低压侧短路电流超过40kA的情况越来越多，给电气设备的选择和安全运行造成较大困难。因此，在设计时必须采取有效的措施来限制主变低压侧的短路电流数值。本文以方大特钢二变改造工程3#主变低压侧加装限流电抗器方案为例，计算分析不同配置下限流电抗器限制短路电流的效果，并归纳总结了加装限流电抗器时需注意的几个问题。2方大特钢二变改造工程3#主变加装限流电抗器方案2.1系统概况方大特钢公司二变现有4台110/6kV主变，每台主变6kV母线均带有发电机组（每台发电机组出口均设有限流电抗器）。其中2#主变（25MVA）有功负荷变化范围在6~14MW，3#主变（25MVA）有功负荷变化范围在6~9MW。两台变压器分别带烧结余热发电机组（12MW）、3#TRT发电机组（6MW）。2#、3#主变有功负荷目前各自有余度，拟将2#、3#主变退出运行，新建一台31.5MVA变压器，进行减容改造。改造前，6kV侧设备短路电流按31.5kA配置，改造后6kVII、III段母线合并为一段，短路电流将超过现有设备配置水平。因此需采取措施限制6kV侧的短路电流。变电站一次系统建模如图1。2.2改造方案方案一：改造后3#主变采用常规阻抗变压器（阻抗电压百分值10.5%），考虑6kV侧不设限流电抗器和设置阻抗电压分别采用8%、10%和12%的限38冶金动力METALLURGICALPOWER2017年第3期总第205期流电抗器时，6kV母线在不同运行方式下的三相短路电流Id计算结果如表1。表1方案一设计方案下的短路电流计算值方案二：改造后3#主变采用高阻抗变压器（阻抗电压百分值按18%），考虑6kV侧不设限流电抗器和设置阻抗电压分别为8%、10%和12%的限流电抗器时，6kV母线在不同运行方式下的三相短路电流Id计算结果如表2。表2方案二设计方案下的短路电流计算值对比分析可得，改造后3#主变压器采用高阻抗变压器，并且在3#主变低压侧串联阻抗电压为10%或12%的限流电抗器后，6kVIII、IV段并列运行时（最严重情况），母线短路电流满足可满足现有设备配置要求。结合用户实际常用运行方式，本工程最终确定3#主变采用高阻抗变压器（阻抗电压百分值18%），同时主变低压侧串联阻抗电压为10%的限流电抗器。本工程已于2016年3月建成投产，目前运行情况良好。3加装限流电抗器的注意事项3.1限流电抗器的电气位置在110kV变电站中需要限制主变低压侧母线短路电流时，限流电抗器应安装在主变低压侧至主变低压出线断路器之间（如图2所示）。安装在该位置可以整体降低变压器低压侧母线的短路电流，主变低压侧各设备参数均可按照加装限流电抗器后的短路电流水平来选择和校验。图2限流电抗器电气位置示意图3.2限流电抗器的布置在新建变电站项目中，限流电抗器的布置应在设计变电站电气总平面时统筹考虑。若是在变电站改造项目中，则应充分了解现场实际情况，在满足设备净距等相关规范要求的前提下进行布置。需要重点关注的一点是，由于110kV主变容量通常较大，主变低压侧至限流电抗器及限流电抗器至进线开关柜间的连接不宜采用电缆连接，通常需要采用封闭母排或绝缘管母线，这也给电抗器的布置造成困难。综合考虑主变低压接线柱、母线穿墙套管位置及母线的走向与连接等因素，电抗器A、B、C三相的布置形式宜采用两垂一并方式，进出线端子角度一般采用180°、120°或90°，具体可根据需要选择。电抗器参考布置如图3所示。图3限流电抗器的现场布置图母线（运行方式）三相短路电流Id/kA不设电抗器阻抗电压百分值8%10%12%110kV11.711.711.711.76kV（分列运行）33.926.525.324.36kV（Ⅰ，Ⅱ段并列）37.330.028.827.86kV（Ⅲ，Ⅳ段并列）41.934.533.432.4母线（运行方式）三相短路电流Id/kA不设电抗器阻抗电压百分值8%10%12%110kV11.711.711.711.76kV（分列运行）24.921.721.120.66kV（Ⅰ，Ⅱ段并列）28.325.224.624.16kV（Ⅲ，Ⅳ段并列）32.929.829.228.7图1一次系统ETAP建模图39冶金动力METALLURGICALPOWER2017年第3期总第205期3.3限流电抗器的参数选择限流电抗器的参数选择对于系统短路电流水平及设备安全稳定运行至关重要，应从以下几个方面考虑。（1）电压损失校验根据表1和表2的计算结果可以看出，限流电抗器的电抗值越大，则6kV侧母线三相短路电流值越小，限制短路电流的效果越明显。但电抗值越大，则电抗器上的电压降也越大，电抗值过大会导致系统母线电压过低，不能满足运行要求。因此，在确定限流电抗器的电抗值时，应校核系统电压水平。由于电抗器电阻很小，电抗器的电压损失主要是由回路电流的无功分量在电抗上产生的。电抗器在运行时，要求电压降不要过大，其电压损失百分数驻UL%≤5%，其中：驻UL%=驻ULUN×100%=XL%ImaxINLsin渍式中，XL%———电抗器额定电抗率；Imax———最大持续工作电流；INL———电抗器额定电流；渍为负荷功率因数角。（2）母线剩余电压校验设置限流电抗器后，发生短路时电抗器上电压降较大，所以也起到了维持母线电压（剩余电压）水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的电气设备运行的稳定性。在加装限流电抗器后，当出线电抗器的继电保护装置带有时限时，应按在电抗器后发生短路计算，一般要求母线剩余电压不低于额定电压的60%~70%，其中：Ure%=驻UreUN×100%=I″XL%INL×100%式中，I″———起始次暂态电流；XL%———电抗器额定电抗率；INL———电抗器额定电流。（3）谐振计算110kV变电站主变低压侧通常装设有并联电容器补偿装置，在加装电抗器后，如果参数选择不当，会存在产生L、C回路谐振可能，谐振将危及变电站的安全稳定运行，必须结合变电站并联补偿电容器容量、限流电抗器感抗、母线短路容量、谐波水平及系统运行方式等进行谐振计算。在选择电抗器参数时的应避开各个谐振点。（4）继电保护校验在主变低压侧至主变低压出线断路器之间加装限流电抗器后，从保护整定计算角度看是增大了变压器的阻抗，所以必须对原有保护的范围和灵敏度进行校验，若不满足运行要求，则需重新设定保护定值。4结语伴随着电网容量的扩大，系统短路电流也会随之增大，这种在110kV主变压器低压侧加装限流电抗器来限制短路电流的方法，既满足了工程实际需求，又有效控制了工程造价，在今后的工程中将会有更多的应用。笔者结合工程实例，研究了不同配置下的系统短路电流计算结果，总结归纳了加装限流电抗器时需注意的主要问题，特别是电抗器的布置、参数选择及校验方法等，可为同类工程提供有益参考。[参考文献][1]钢铁企业电力设计手册编写组.钢铁企业电力设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2008.收稿日期：2016－12－12作者简介：王杰（1985－），男，硕士研究生学历，工程师，现从事供配电系统设计工作。重要声明近期，有作者反映互联网上出现冶金动力编辑部自动投稿系统，本编辑部特此声明：此系钓鱼系统、仿冒网站，请作者投稿前仔细甄别！编辑部唯一投稿邮箱：[e-mail]，若有不明也可电话咨询：[phone]，2882448。以免造成不必要的损失！40