（湖北三宁化工股份有限公司 湖北宜昌 443206）
摘要：随着社会经济发展的需要，供电电网规模越来越大，比如我公司电网系统内各生产装置关联程度愈加紧密，大量用电设备、发电机送入电网电流所造成的系统短路电流问题日益突出。针对现有电网短路电流超标问题，分析电力系统短路电流超标的原因和危害针对国内外主要短路电流限制技术的应用探讨，研究并归纳现有限流技术的特点及适用范围。最后指出短路电流控制研究是一项系统工程，电网规划是解决短路电流超标问题的根本办法，应从全局角度综合优化配置各类限制措施，寻求经济有效的解决方案。
关键词：电网 短路电流 限制措施
引言
随着负荷需求及其密度的不断增长，电网输电容量随之扩大。电网规模逐渐扩大，电网结构连接日益紧密，在提升电网输电能力和安全可靠运行的同时，也导致了枢纽站及其周边站点短路电流的快速升高。如何在发展电网输送能力的同时，有效地限制电网短路电流水平，成为电力系统输电网规划、运行方面所要解决的首要问题，也是当前电网建设的当务之急。
本文分析电力系统短路电流超标的原因和危害，重点研究并归纳现有限流技术的特点及适用范围。最后指出短路电流的控制作为一项系统工程，应该从电网规划的角度，在电力系统中优化配置各类限制措施，寻求最佳的解决方案。
1短路电流超标的原因
短路故障是电网中最常发生的一种故障，其对于输电网中不同类型、不同位置短路电流的主要影响因素具有很大的差异性，这就决定了其具有不同的短路电流超标产生机制。
文献研究表明:10kV侧短路电流主要取决于10kV侧电网结构，因此，其限制措施主要是改变10kV侧电网参数；110kV侧短路电流受变压器等值阻抗和10kV电网结构的影响，但不同站点受这2个因素的影响程度不同，应根据不同影响程度采取对应的措施，以增大变压器在系统中的等值阻抗或改变110kV侧电网参数。
影响短路电流的因素主要有以下几点：
1）电源布局。公司主网由供电公司提供110KV骨干网，内部生产装置除有大功率异步电动机反馈外，还有同步电动机无功馈返，同时还有因节能综合利用热源而新建了部分电厂发电，但是受生产装置用汽产汽点不同，因而发电电源建设较为分散，分别位于7套生产装置中建成了7台机组，建设规模分别为2*30MW\2*12MW\1*7.5MW\1*3MW|1*1.5MW，也未能集中发电负荷，导致了电源布局存在一定的不合理性。大容量电厂的建设及其接入内部电网方式，均采用12KV高压电缆接入，电网系统内电容量特别大，其短路电流水平越来越高。
2）电网结构。因是用户变电站，为提高供电可靠性，降低电网投资和运行费用，合理利用现有能源，减少系统备用容量，电力系统基本上环网运行，从而形成较大系统。由此导致电网结构相当地复杂。
3）110KV变电站主变压器中性点10KV接地方式。目前，国内110Kv/10kKV变电站主变压器大都是高低压双圈变压器，联结组标号 YNd11，10KV低压侧采用“△”接法，运行时其中性点不接地。造成系统单相短路电流水平显著增大。
2短路电流增大的危害
短路故障因其类型、发生地点和持续时间等不同，其危害程度各不尽相同，但对电网的安全稳定运行是极其严重的。具体以下几个方面：
1）影响员工的生命安全。短路电流的增大在发生接地短路故障时，由于系统注入大地的电流过大，将产生强大的地电位反击，增加了系统接地点附近的跨步电压及接触电压，严重威胁员工的生命安全。
2）影响电网安全。当短路电流接近甚至超过断路器的开断容量时，由于开断能力不足，断路器可能会无法有效切除故障，从而导致故障扩大，进而造成大面积停电事故，严重影响电网输电能力及安全运行。
3）为满足设备在极端情况下的动热稳定要求，由于短路电流的增大，电力系统不得不进行改造、更换线路和变电站设备等，才能满足要求，这就需要增加投资费用。
4）短路电流的增大会导致不对称短路的发生，对电网的安全运行与管理构成大的威胁，因此，需要考虑电网发展的短路电流限制措施。
3短路电流限制措施
目前对于限制电网短路电流的应用分析主要包括系统级（电网结构调整、系统运行方式变更）和增加限流设备等级等两方面探讨。
3.1系统级措施
1)电网结构调整实行分层分区
分层分区是调整企业供电网结构，分区供电，相邻分区通过联络线联络互为备用，方便控制潮流，更易控制电网安全，有效限制短路电流，并且有效简化了继电保护配置。
2）母线系统运行方式改变
在满足供电容量的情况下，增大系统阻抗可以有效降低短路电流水平，为此可打开母线分段开关，使母线分列运行，以增大系统阻抗。目前采用母线分列进行限流的方式也较为普遍。该措施实施便捷，但是这种方式会削弱系统的电气可靠性，降低系统安全裕度。
在10kV电网中实施分层分区运行是限制电网系统中短路电流最直接有效的方法。
3）电网升压
将目前的10kV电网升级为24KV或35KV电压等级，同样按上述两种方式运行处理，可以更好地解决电网的短路电流问题，这在用户电网系统中已得到了很好的经验，但尚有一些问题需要认真探讨：
①随着用户负荷剧增，设备能否可靠实施选择？
②高一级电压电网作为解决短路电流问题的手段，造价也高。
综上，分层分区和母线分列运行是目前现有电网中常用的两种短路电流限制措施，但这两种措施不可避免地影响了电力系统运行的稳定性和可靠性。而电网升压是提高电网可靠性和稳定性的最为有效手段之一，但建设施工难度大、周期长、资金高，需更全面、广泛、深入的探讨。
3.2增加限流设备
1）断路器选择快速高分断和加大开断容量
短路电流加大导致现有断路器开断能力不足，提高断路器的分断容量是目前电网中最简单直接的解决办法。尽管国外部分厂家具备生产遮断容量高达80kA断路器的能力，但实际使用数量还非常少，其安全可靠性有待实践检验，且其价也太高，加上变电站内其它设备的改造或更换，经济成本太高。因而，老站逐步改造提升断路器的分断容量来解决短路电流过大的问题还是可行的。
2）采用高短路阻抗变压器
高阻抗设备从原理上是在系统容量一定情况下，通过增大系统阻抗的方法达到限制短路电流的目的。采用高阻抗变压器可以避免增加电抗器设备，从而减少故障点及维护工作量。目前，该方案技术都比较成熟，运行效果好。但是，采用高阻抗变压器后，应配置足够的电容器容量，以补偿高阻带来的电压降低与无功损耗，这又增加了建设投资，而且更换高阻抗变压器投资和停电损失也较大，因而该方案适合在规划阶段考虑。
3）加装限流装置
目前10KV电网系统中变压器出线端加装串联电抗器，增加该回路的阻抗可降低系统短路电流。另外加装故障限流器，是在串联电抗器限流的基础上，依靠电力电子技术进行改进，可实现在系统正常运行时，投入电抗值为0；在系统断路故障时，快速投入指定电抗值进行限流。该措施既能解决短路电流超标问题，又不会对系统暂态稳定和母线电压产生影响，具有很好的应用前景，缺点是运行成本较高。目前市场上推出一种新型零损耗深度限流装置，原理就是在限流装置旁并联一个高速高分断容量断路器，正常运行时该开关合闸，控制器检测到高短路容量电流时自动判别0.02s内快速断开断路器，投入电抗器，降短路电流，提高故障相断路器开关分断能力。
除此外，基于半导体变流技术、超导技术、PTC热敏电阻材料等新材料、新工艺的新型故障限流器，已成为当前的研究热点。如超导故障电流限制器、PTC限流器、液态金属故障限流器等。这些新型故障限流器尽管在高压电网还未实现工程化应用，但已在基础理论与应用研究方面取得了不少突破性进展，利用新技术的集成与融合将是解决当前问题的一种有效途径。
总之，目前采用最多的是串联电抗器和高短路阻抗变压器。但这两种限流方法，既要增加网损，又要降低系统的电压稳定性。综合比较设备运行的可靠性、短路电流抑制效果、对电网的影响及工程的可行性等因素，加装新型零损耗深度限流装置，这种应用电磁驱动原理的故障限流器，就具有较为突出的优势，正在推进电网工程实际，以限制短路电流超标问题的问题。
4结论
根据现有短路电流限制措施的特点，不同的限流措施，其实际限流效果、针对电源布局与电网结构的适用范围、经济投资水平及对电力系统暂态运行等方面的影响也各不尽相同。
目前所应用的限流措施，一是电网分作多条线路或区域，二是分列运行等来进行短路电流控制，只能解决局部短路电流超标问题。增加新型零损耗深度限流装置，从电网规划源头上应对短路电流超标问题，不失为最有效的控制方法之一。短路电流的控制作为一项系统工程，应综合考虑，优化配置各种限流措施，以产生最佳的综合效益。
作者简介
吴桂林，男，1967年生，本科文化程度，高级电气工程师 湖北三宁化工股份有限公司首席电气智能技术专家，电气技术总负责人，被中国机电一体化技术应用协会工程技术发展中心评聘为石化电气专家，省财政厅、市发改委、安监局等专家库成员，从事电气工作三十余年，有独立的电气大师工作室，潜心研究电气领域新动向及新技术应用，在电气控制领域，取得21项实用型专利技术和10项电气控制发明专利，在国内多家著名电气期刊上发表数篇论文。
陈敬灿，男，1991年生，硕士研究生毕业，湖北三宁公司电气技术骨干。