探讨串联电抗器(滤波电抗器)对短路电流的影响(中)

    断路器开断时间bt pt1 in t =t +t ，其中pt1 t 为主保护动作时间， int为断路器固有分闸时间。220 kV 电力系统中通常pt1t取10~25 ms， int取30 ms，所以取断路器开断时间为40 ms。则可通过图4 得到WB21最大短路冲击电流、短路电流周期分量起始有效值(以下简称为周期分量)，故障后40 ms(断路器开断时刻)的短路电流直流分量、直流分量含量和短路全电流有效值(下文简称为短路电流直流分量、直流分量含量和短路全电流有效值)。当WB21 发生三相短路时，与WB21 母线相连各支路的短路电流在总的短路电流中的占比及直流分量衰减时间常数如表2 所示。串联电抗器典型安装位置主要有:母线联络方式、串接于变压器支路、线路端接入方式，故分别在这三个位置串联电抗器(滤波电抗器)，研究其对系统短路电流特性的影响。选取WB750 kV 变电站220 kV 侧母线分段开关处分别加装2 Ω、4 Ω、8 Ω、16 Ω 电抗器，观察此时WB21 母线三相短路电流水平，如表3 所示。

    由表3 可知，串联电抗器电抗值越大，短路冲击电流、短路电流直流分量、短路电流周期分量和全电流有效值均越小，但电抗从0 Ω 增大到2 Ω 时，短路电流减小量比电抗从8 Ω 增大到16 Ω 时的还大，即串联电抗器(滤波电抗器)越大，短路电流对其灵敏度会越小。随着串联电抗器(滤波电抗器)的增大，短路电流直流分量含量先增大后减小。然而，由章节1.2 分析可知，随着串联电抗器(滤波电抗器)增大，短路电流直流分量衰减将越来越慢，断路器开断时直流分量含量将增大。观察各支路短路电流情况可知，随着串联电抗器(滤波电抗器)增大，母联支路直流分量含量确实一直增大，与理论相符；

    由表2 可知，母联支路短路电流占比最大，当串联电抗器(滤波电抗器)较小时，母联支路短路电流占比较大，总的短路电流特性受母联支路短路电流影响，所以短路电流直流分量呈增大趋势，随着母联串联电抗器(滤波电抗器)继续增大，母联支路短路电流占比将减小，此时总的短路电流特性将主要受剩余支路短路电流特性影响，所以总的短路电流直流分量又有所降低。继续增大母联串联电抗器(滤波电抗器)，当串联电抗器(滤波电抗器)阻值增大到19 Ω时，若WB21 发生三相短路故障，母联串联电抗器(滤波电抗器)支路将发生零偏现象，如图5 所示。如果故障发生在母线上，母联断路器将无法正常开断来切除故障。

    分析可知，故障前母联支路正常工作电流m I 超前于电压m U ，当WB21 发生短路时，短路电流周期分量pm I 与短路前正常工作电流m I 夹角大于90°，母联支路短路电流直流分量最大初始值ap0 i 大于周期分量pm I 。当母联支路串联电抗器(滤波电抗器)增大到19 Ω 时， pm mpmk =I - II=1.07，母联支路短路电流直流分量衰减时间常数高达437 ms，考虑周期分量的衰减[17-18]，断路器开断时(故障后40 ms)短路电流直流分量含量为102.3%，即出现零偏现象。在WB750 kV 变电站220 kV 变压器支路加串联电抗器，依次增大串联电抗器(滤波电抗器)值，观察WB21 母线三相短路电流情况。研究表明：串联电抗器(滤波电抗器)对短路冲击电流、短路电流直流分量、短路电流周期分量和全电流有效值均有明显的抑制效果，但加装串联电抗器(滤波电抗器)越大时，串联电抗器(滤波电抗器)对短路电流的影响将趋于饱和。

    随着变压器支路串联电抗器(滤波电抗器)的增大，直流分量含量有略微的减小。分析各支路短路电流情况可知，随着串联电抗器(滤波电抗器)增大，变压器支路的短路电流直流分量含量一直增大，剩余支路短路电流直流分量初值及衰减时间常数基本不变。由表2 可知，串联电抗器(滤波电抗器)前变压器支路短路电流直流分量衰减时间常数最大，且在总短路电流中占比只有25%左右，随着串联电抗器(滤波电抗器)的增大其占比继续减小，此时总的短路电流特性主要受剩余支路影响，而剩余支路短路电流直流分量的衰减要快很多，所以总的短路电流直流分量含量表现为减小的趋势。继续增大变压器支路串联电抗器(滤波电抗器)值至32 Ω，都不会出现零偏现象。因为故障前变压器支路向WB21 母线输送功率，且正常工作电流m I 滞后于电压m U ， m I与短路后故障电流pm I 夹角小于90°，所以短路电流直流分量初值小于周期分量，虽然变压器支路短路电流直流分量衰减越来越慢，但无零偏现象发生。