探討串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)短路電流的影響(下)

當(dāng)WB21 發(fā)生短路時(shí)，與母線(xiàn)相連多條支路包括線(xiàn)路同時(shí)提供短路電流，選取短路電流周期分量占比最大的WB21~LG 雙回輸電線(xiàn)路出線(xiàn)端安裝電抗器，觀察此時(shí)WB 三相短路電流水平，如表5 所示。同變壓器支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)一樣，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)越大，短路電流越小,同時(shí)短路電流對(duì)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的靈敏度也越小。但隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增大，WB21 短路電流直流分量含量略微增大。分析各支路短路電流情況可知，隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增大，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)支路的短路電流直流分量含量一直增大；剩余支路短路電流直流分量初值及衰減時(shí)間常數(shù)基本不變。因?yàn)檩旊娋�(xiàn)路短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)比變壓器支路和母聯(lián)支路都小，短路電流占比也小，隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的增大其占比繼續(xù)減小，此時(shí)總的短路電流特性主要受剩余支路影響，而剩余支路的衰減時(shí)間常數(shù)比串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)支路大，所以總的短路電流直流分量含量表現(xiàn)為增大的趨勢(shì)。

    串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)線(xiàn)路正常工作時(shí)功率流離故障點(diǎn)，短路電流周期分量pm I 與正常工作電流m I 夾角大于90°，當(dāng)WB21 發(fā)生短路時(shí)，線(xiàn)路短路電流直流分量最大初始值iap0 大于周期分量pm I 。但當(dāng)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)值增大到32 Ω 時(shí)，系數(shù)pm pmk−=III=1.06，短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)為247 ms，仍無(wú)零偏現(xiàn)象出現(xiàn)。

    高壓斷路器額定開(kāi)斷電流Nbr I ，應(yīng)包括短路電流周期分量和直流分量[12,18]，當(dāng)直流分量含量不超過(guò)20%時(shí)，可不計(jì)直流分量，采用周期分量來(lái)校驗(yàn)斷路器開(kāi)斷；如果直流分量含量超過(guò)20%，則需要用斷路器開(kāi)斷時(shí)刻對(duì)應(yīng)的全電流有效值進(jìn)行校驗(yàn)。考慮到快速切除故障時(shí)短路電流直流分量對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響，歐洲用了短路全電流的額定開(kāi)斷值和短路電流周期分量的額定開(kāi)斷值2 個(gè)指標(biāo)來(lái)表征斷路器開(kāi)斷能力，通常前者比后者高25%[19]。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[20]也規(guī)定：考慮短路電流直流分量的影響，當(dāng)流過(guò)斷路器的三相短路電流周期分量大于其額定開(kāi)斷值的80%時(shí)，需用實(shí)際所得的三相短路電流周期分量乘以1.25 來(lái)檢核斷路器開(kāi)斷能力。

    由以上分析可知，單個(gè)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)WB21 短路電流的抑制效果有限，且隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的增加，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)短路電流的影響越來(lái)越小，所以為更好的抑制短路電流，可考慮多個(gè)位置同時(shí)安裝串聯(lián)電抗器。而串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)短路電流直流分量含量的影響與串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)前支路的衰減時(shí)間常數(shù)和短路電流占比有關(guān)，多點(diǎn)同時(shí)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)時(shí)，多個(gè)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)支路短路電流之和占比大，總的短路電流特性主要受串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)支路影響，所以隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增大，短路電流直流分量含量將會(huì)增大。因此，安裝串聯(lián)電抗器抑制短路電流時(shí)，需考慮直流分量對(duì)斷路器開(kāi)斷的影響，選用短路全電流有效值校驗(yàn)斷路器的開(kāi)斷能力。

    經(jīng)分析計(jì)算，當(dāng)選取母聯(lián)支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)10 Ω，變壓器支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)6 Ω (*2)，WB21~LG 支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)2 Ω(*2)時(shí)，可取得良好短路電流抑制效果，將故障點(diǎn)全短路電流有效值降低到50kA以下，小于斷路器額定開(kāi)斷電流，各支路也均不出現(xiàn)零偏現(xiàn)象，詳情如表6 所示。可知，當(dāng)以短路全電流有效值校核斷路器開(kāi)斷能力時(shí)，WB21 最大短路沖擊電流為短路全電流有效值的2.1 倍以?xún)?nèi)，即關(guān)合電流僅為開(kāi)斷電流的2.1倍；若再考慮斷路器合閘電阻，則斷路器實(shí)際關(guān)合電流將更小。GB 1984-2003 高壓交流斷路器[15]中規(guī)定斷路器額定短路關(guān)合電流是額定短路開(kāi)斷電流的2.5倍，所以若串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)后斷路器能正常開(kāi)斷，則一定能正常關(guān)合。

    通過(guò)以上分析我們可以得出如下結(jié)論：串聯(lián)電抗器對(duì)短路電流有明顯的抑制效果，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)越大，短路電流周期分量、直流分量、短路沖擊電流都越小；但短路電流對(duì)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的靈敏度反而會(huì)隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的增大而減小； 串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)后總短路電流中直流分量含量的變化受各支路短路電流占比、直流分量衰減時(shí)間常數(shù)的影響，需根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)接線(xiàn)進(jìn)行計(jì)算。在本文所分析的WB 變電站案例中母聯(lián)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)時(shí)，隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的增加，直流分量含量先增大后減小；變壓器支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)時(shí)，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)越大直流分量含量越小；

    線(xiàn)路端接入串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)，當(dāng)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增加時(shí)，直流分量含量增大；母聯(lián)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)時(shí)，需注意接入串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的阻值，當(dāng)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增大到一定值時(shí)，在該支路中短路電流可能會(huì)發(fā)生零偏現(xiàn)象；加裝串聯(lián)電抗器抑制短路電流時(shí)，需考慮直流分量對(duì)斷路器開(kāi)斷能力的影響，采用短路全電流有效值作為指標(biāo)校核斷路器開(kāi)斷能力，如串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)后斷路器能正常開(kāi)斷，則一定能正常關(guān)合；合理配置串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)能把WB 短路電流限制到50kA以?xún)?nèi)，但串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)引起的其他影響仍需深入研究。