探討串聯電抗器(濾波電抗器)對短路電流的影響(中)

    斷路器開斷時間bt pt1 in t =t +t ，其中pt1 t 為主保護動作時間， int為斷路器固有分閘時間。220 kV 電力系統中通常pt1t取10~25 ms， int取30 ms，所以取斷路器開斷時間為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(以下簡稱為周期分量)，故障后40 ms(斷路器開斷時刻)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WB21 發生三相短路時，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間常數如表2 所示。串聯電抗器典型安裝位置主要有:母線聯絡方式、串接于變壓器支路、線路端接入方式，故分別在這三個位置串聯電抗器(濾波電抗器)，研究其對系統短路電流特性的影響。選取WB750 kV 變電站220 kV 側母線分段開關處分別加裝2 Ω、4 Ω、8 Ω、16 Ω 電抗器，觀察此時WB21 母線三相短路電流水平，如表3 所示。

    由表3 可知，串聯電抗器電抗值越大，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，短路電流減小量比電抗從8 Ω 增大到16 Ω 時的還大，即串聯電抗器(濾波電抗器)越大，短路電流對其靈敏度會越小。隨著串聯電抗器(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1.2 分析可知，隨著串聯電抗器(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，隨著串聯電抗器(濾波電抗器)增大，母聯支路直流分量含量確實一直增大，與理論相符；

    由表2 可知，母聯支路短路電流占比最大，當串聯電抗器(濾波電抗器)較小時，母聯支路短路電流占比較大，總的短路電流特性受母聯支路短路電流影響，所以短路電流直流分量呈增大趨勢，隨著母聯串聯電抗器(濾波電抗器)繼續增大，母聯支路短路電流占比將減小，此時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。繼續增大母聯串聯電抗器(濾波電抗器)，當串聯電抗器(濾波電抗器)阻值增大到19 Ω時，若WB21 發生三相短路故障，母聯串聯電抗器(濾波電抗器)支路將發生零偏現象，如圖5 所示。如果故障發生在母線上，母聯斷路器將無法正常開斷來切除故障。

    分析可知，故障前母聯支路正常工作電流m I 超前于電壓m U ，當WB21 發生短路時，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 。當母聯支路串聯電抗器(濾波電抗器)增大到19 Ω 時， pm mpmk =I - II=1.07，母聯支路短路電流直流分量衰減時間常數高達437 ms，考慮周期分量的衰減[17-18]，斷路器開斷時(故障后40 ms)短路電流直流分量含量為102.3%，即出現零偏現象。在WB750 kV 變電站220 kV 變壓器支路加串聯電抗器，依次增大串聯電抗器(濾波電抗器)值，觀察WB21 母線三相短路電流情況。研究表明：串聯電抗器(濾波電抗器)對短路沖擊電流、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，但加裝串聯電抗器(濾波電抗器)越大時，串聯電抗器(濾波電抗器)對短路電流的影響將趨于飽和。

    隨著變壓器支路串聯電抗器(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間常數基本不變。由表2 可知，串聯電抗器(濾波電抗器)前變壓器支路短路電流直流分量衰減時間常數最大，且在總短路電流中占比只有25%左右，隨著串聯電抗器(濾波電抗器)的增大其占比繼續減小，此時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為減小的趨勢。繼續增大變壓器支路串聯電抗器(濾波電抗器)值至32 Ω，都不會出現零偏現象。因為故障前變壓器支路向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，但無零偏現象發生。