探討串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)短路電流的影響(中)

    斷路器開斷時(shí)間bt pt1 in t =t +t ，其中pt1 t 為主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間， int為斷路器固有分閘時(shí)間。220 kV 電力系統(tǒng)中通常pt1t取10~25 ms， int取30 ms，所以取斷路器開斷時(shí)間為40 ms。則可通過圖4 得到WB21最大短路沖擊電流、短路電流周期分量起始有效值(以下簡(jiǎn)稱為周期分量)，故障后40 ms(斷路器開斷時(shí)刻)的短路電流直流分量、直流分量含量和短路全電流有效值(下文簡(jiǎn)稱為短路電流直流分量、直流分量含量和短路全電流有效值)。當(dāng)WB21 發(fā)生三相短路時(shí)，與WB21 母線相連各支路的短路電流在總的短路電流中的占比及直流分量衰減時(shí)間常數(shù)如表2 所示。串聯(lián)電抗器典型安裝位置主要有:母線聯(lián)絡(luò)方式、串接于變壓器支路、線路端接入方式，故分別在這三個(gè)位置串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)，研究其對(duì)系統(tǒng)短路電流特性的影響。選取WB750 kV 變電站220 kV 側(cè)母線分段開關(guān)處分別加裝2 Ω、4 Ω、8 Ω、16 Ω 電抗器，觀察此時(shí)WB21 母線三相短路電流水平，如表3 所示。

    由表3 可知，串聯(lián)電抗器電抗值越大，短路沖擊電流、短路電流直流分量、短路電流周期分量和全電流有效值均越小，但電抗從0 Ω 增大到2 Ω 時(shí)，短路電流減小量比電抗從8 Ω 增大到16 Ω 時(shí)的還大，即串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)越大，短路電流對(duì)其靈敏度會(huì)越小。隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的增大，短路電流直流分量含量先增大后減小。然而，由章節(jié)1.2 分析可知，隨著串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增大，短路電流直流分量衰減將越來越慢，斷路器開斷時(shí)直流分量含量將增大。觀察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，母聯(lián)支路直流分量含量確實(shí)一直增大，與理論相符；

    由表2 可知，母聯(lián)支路短路電流占比最大，當(dāng)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)較小時(shí)，母聯(lián)支路短路電流占比較大，總的短路電流特性受母聯(lián)支路短路電流影響，所以短路電流直流分量呈增大趨勢(shì)，隨著母聯(lián)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)繼續(xù)增大，母聯(lián)支路短路電流占比將減小，此時(shí)總的短路電流特性將主要受剩余支路短路電流特性影響，所以總的短路電流直流分量又有所降低。繼續(xù)增大母聯(lián)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)，當(dāng)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)阻值增大到19 Ω時(shí)，若WB21 發(fā)生三相短路故障，母聯(lián)串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)支路將發(fā)生零偏現(xiàn)象，如圖5 所示。如果故障發(fā)生在母線上，母聯(lián)斷路器將無法正常開斷來切除故障。

    分析可知，故障前母聯(lián)支路正常工作電流m I 超前于電壓m U ，當(dāng)WB21 發(fā)生短路時(shí)，短路電流周期分量pm I 與短路前正常工作電流m I 夾角大于90°，母聯(lián)支路短路電流直流分量最大初始值ap0 i 大于周期分量pm I 。當(dāng)母聯(lián)支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)增大到19 Ω 時(shí)， pm mpmk =I - II=1.07，母聯(lián)支路短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)高達(dá)437 ms，考慮周期分量的衰減[17-18]，斷路器開斷時(shí)(故障后40 ms)短路電流直流分量含量為102.3%，即出現(xiàn)零偏現(xiàn)象。在WB750 kV 變電站220 kV 變壓器支路加串聯(lián)電抗器，依次增大串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)值，觀察WB21 母線三相短路電流情況。研究表明：串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)短路沖擊電流、短路電流直流分量、短路電流周期分量和全電流有效值均有明顯的抑制效果，但加裝串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)越大時(shí)，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)對(duì)短路電流的影響將趨于飽和。

    隨著變壓器支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)的增大，直流分量含量有略微的減小。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，變壓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。由表2 可知，串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)前變壓器支路短路電流直流分量衰減時(shí)間常數(shù)最大，且在總短路電流中占比只有25%左右，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，而剩余支路短路電流直流分量的衰減要快很多，所以總的短路電流直流分量含量表現(xiàn)為減小的趨勢(shì)。繼續(xù)增大變壓器支路串聯(lián)電抗器(濾波電抗器)值至32 Ω，都不會(huì)出現(xiàn)零偏現(xiàn)象。因?yàn)楣收锨白儔浩髦�路向WB21 母線輸送功率，且正常工作電流m I 滯后于電壓m U ， m I與短路后故障電流pm I 夾角小于90°，所以短路電流直流分量初值小于周期分量，雖然變壓器支路短路電流直流分量衰減越來越慢，但無零偏現(xiàn)象發(fā)生。