220kV變壓器兩種低壓側限流方式的研究與應用
摘 要：220kV三相三繞組變壓器執行中常面臨低壓側短路電流過大的問題，通常限制低壓側短路電流，有選用高阻抗變壓器和選用常規變壓器+限流電抗器這兩種方式。本文深入研究這兩種限流方式的限流能力，並以某220kV變電站為例，對這兩種方式在低壓側限流、成本投資等方面進行簡單比較和分析。
關鍵詞：短路電流；限流電抗器；高阻抗變壓器；
0 前言
據相關變壓器故障的資料表明，電力系統中變壓器的損壞絕大部分是由於短路故障引起的，提高變壓器的抗短路能力是降低短路故障的關鍵因素。而我們知道短路電流減小則短路力會隨之減小，故限制低壓側短路電流值，是提高變壓器的抗短路能力的關鍵因素。
高阻抗三繞組變壓器一般高低和中低之間為高阻抗，高中阻抗和常規變壓器基本一致。非標準高阻抗變壓器的抗短路能力較常規變壓器有大幅度的提高，但成本高、結構複雜。本文主要研究這兩種限流方式下，短路電流數值、變壓器損耗和經濟技術等方面的對比，並以某220kV變電站工程為例，對這兩種限制低壓側短路電流的選型方式進行應用研究。
1 低壓側短路電流計算
1.1 變電站中低壓側短路電流允許值
結合《配電網規劃設計技術導則》Q/GDW-2012[2]中，對A類、B類和C類變電站短路電流水平的規定，本文中變電站的母線的短路電流最大允許值設為25 kA。
1.2 常規限流方式中限流電抗器的選擇
限流電抗器選擇時，其電抗百分數Xk%和壓降損失百分數△U必須分別滿足：
Xk%≥（Ij/I-Xj*）IkeUj/UkeIj×100%
△U%=Xk%sinφI/Ike≤5%
其中，Ij和Uj分別為基準電壓和基準電流，Xj*為加限流電抗器前的網路阻抗標么值；Ike和Uke分別為限流電抗器的額定電壓和額定電流，I為電抗限制後所要求的短路次暫態電流，Ig為正常工作狀態下的電流，φ為負荷功率因數角，一般取sinφ為0.6。
1.3 高阻抗變壓器阻抗值的選擇
根據10kV側母線三相短路電流限制在25kA的限制條件，用lingo做非線性規劃求解，初步選定高阻抗變壓器阻抗，具體計算方法見參考文獻。
1.4 不同限流方式下短路電流計算
在確定了限流電抗器的數值和高阻抗變壓器的阻抗值後，以下列三種執行方式做短路電流計算並比較。第一種方式為常規變壓器不加限流電抗器的執行方式；第二種為常規變壓器加限流電抗器的執行方式；第三種為高阻抗變壓器的執行方式。
2 變壓器損耗分析
忽略空載電流在一次繞組上產生的損耗，則空載損耗可視為鐵耗，即P0≈PFe。負荷損耗可視為額定電流下的銅耗，即Pk=I12（r1+r2）=PCu/β2，（I1為一次側額定電流；r1+r2為短路電阻；β為負載係數）。
3 研究與應用
3.1 變電站概況
某變電站採用全戶外設計工程，遠期規劃安裝2臺180MVA有載調壓變壓器，近期1臺，電壓等級為220/110/10kV；220kV出線4回，雙母線接線；110kV出線12回，單母線分段接線；10kV出線14回，單母線分段接線；無功補償容量：3×6Mvar低壓電容器；架空加電纜進出線，短路阻抗為高中14%，高低24%，中低7.7%。
3.2 短路電流計算
該220kV變電站10kV側短路容量為90MVA，計算得限流電抗器額定電流選3000A，裝至變壓器低壓側出口， Xk%=14.4%，加電抗器後10kV側三相短路電流為24.39kA。
高阻抗限流方式下，解得高阻抗變壓器的阻抗值為U12=13%，U13=39%，U23=21%，低壓側三相短路電流為23.64kA。
相比於常規變壓器方式下低壓側電流63.92kA，這兩種改進方式限流效果相當。
3.3 變壓器損耗計算
在β=75%負載情況下對兩種方式的空載損耗和負載損耗值計算並比較。
高阻抗變壓器空載損耗為122.7kW略高於加限流電抗器方式的113.2kW，負載損耗554.8kW低於加限流電抗器方式的558.6kW。兩種方式下，空載損耗和負載損耗的數值仍滿足GB/T 6451—2008《油浸式電力變壓器技術引數和要求》。
3.4 經濟技術分析
在投資方面，按國網招標價進行計算，高阻抗變壓器比常規變壓器裝置費高50萬，考慮增加三組限流電抗器後，單獨看裝置費仍比高阻抗變壓器要高。除考慮裝置費外，增加限流電抗器的方案需要考慮增加連線導體、土建、徵地等費用，整體造價也比較高，故以上兩種限流方式的總投資相差不大。
加裝保護裝置方面，常規方式由於新增限流電抗器，需要新增電抗器保護，裝置費會相應增加；限制短路電流數值方面，高阻抗變壓器能限制變壓器近口的短路故障電流，但加裝限流電抗器方式下，雖然經電抗器出口後短路電流值有所下降，但變壓器出口短路電流仍比較大。
另外，兩種方式主要的區別在於，常規變壓器加限流電抗器方式需要著重考慮電抗器對裝置產生的電磁干擾，而高阻抗變壓器由於其裝置的一體性，不易檢修，故需重點考慮執行中檢修的費用。
4 分析與結論
結合實際應用，本文所述對低壓側的兩種限流方式中，採用高阻抗變壓器最大的優點是解決了限流抗器電磁干擾問題，同時節約佔地面積；採用常規變壓器加限流電抗器方式最大的優點是便於檢修，且檢修費用低。
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