探討串聯電抗器(濾波電抗器)對短路電流的影響(下)

當WB21 發生短路時，與母線相連多條支路包括線路同時提供短路電流，選取短路電流周期分量占比最大的WB21~LG 雙回輸電線路出線端安裝電抗器，觀察此時WB 三相短路電流水平，如表5 所示。同變壓器支路串聯電抗器(濾波電抗器)一樣，串聯電抗器(濾波電抗器)越大，短路電流越小,同時短路電流對串聯電抗器(濾波電抗器)的靈敏度也越小。但隨著串聯電抗器(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，隨著串聯電抗器(濾波電抗器)增大，串聯電抗器(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間常數基本不變。因為輸電線路短路電流直流分量衰減時間常數比變壓器支路和母聯支路都小，短路電流占比也小，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，而剩余支路的衰減時間常數比串聯電抗器(濾波電抗器)支路大，所以總的短路電流直流分量含量表現為增大的趨勢。

    串聯電抗器(濾波電抗器)線路正常工作時功率流離故障點，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WB21 發生短路時，線路短路電流直流分量最大初始值iap0 大于周期分量pm I 。但當串聯電抗器(濾波電抗器)值增大到32 Ω 時，系數pm pmk−=III=1.06，短路電流直流分量衰減時間常數為247 ms，仍無零偏現象出現。

    高壓斷路器額定開斷電流Nbr I ，應包括短路電流周期分量和直流分量[12,18]，當直流分量含量不超過20%時，可不計直流分量，采用周期分量來校驗斷路器開斷；如果直流分量含量超過20%，則需要用斷路器開斷時刻對應的全電流有效值進行校驗。考慮到快速切除故障時短路電流直流分量對斷路器開斷能力的影響，歐洲用了短路全電流的額定開斷值和短路電流周期分量的額定開斷值2 個指標來表征斷路器開斷能力，通常前者比后者高25%[19]。美國國家標準[20]也規定：考慮短路電流直流分量的影響，當流過斷路器的三相短路電流周期分量大于其額定開斷值的80%時，需用實際所得的三相短路電流周期分量乘以1.25 來檢核斷路器開斷能力。

    由以上分析可知，單個串聯電抗器(濾波電抗器)對WB21 短路電流的抑制效果有限，且隨著串聯電抗器(濾波電抗器)的增加，串聯電抗器(濾波電抗器)對短路電流的影響越來越小，所以為更好的抑制短路電流，可考慮多個位置同時安裝串聯電抗器。而串聯電抗器(濾波電抗器)對短路電流直流分量含量的影響與串聯電抗器(濾波電抗器)前支路的衰減時間常數和短路電流占比有關，多點同時串聯電抗器(濾波電抗器)時，多個串聯電抗器(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電抗器(濾波電抗器)支路影響，所以隨著串聯電抗器(濾波電抗器)增大，短路電流直流分量含量將會增大。因此，安裝串聯電抗器抑制短路電流時，需考慮直流分量對斷路器開斷的影響，選用短路全電流有效值校驗斷路器的開斷能力。

    經分析計算，當選取母聯支路串聯電抗器(濾波電抗器)10 Ω，變壓器支路串聯電抗器(濾波電抗器)6 Ω (*2)，WB21~LG 支路串聯電抗器(濾波電抗器)2 Ω(*2)時，可取得良好短路電流抑制效果，將故障點全短路電流有效值降低到50kA以下，小于斷路器額定開斷電流，各支路也均不出現零偏現象，詳情如表6 所示。可知，當以短路全電流有效值校核斷路器開斷能力時，WB21 最大短路沖擊電流為短路全電流有效值的2.1 倍以內，即關合電流僅為開斷電流的2.1倍；若再考慮斷路器合閘電阻，則斷路器實際關合電流將更小。GB 1984-2003 高壓交流斷路器[15]中規定斷路器額定短路關合電流是額定短路開斷電流的2.5倍，所以若串聯電抗器(濾波電抗器)后斷路器能正常開斷，則一定能正常關合。

    通過以上分析我們可以得出如下結論：串聯電抗器對短路電流有明顯的抑制效果，串聯電抗器(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；但短路電流對串聯電抗器(濾波電抗器)的靈敏度反而會隨著串聯電抗器(濾波電抗器)的增大而減小； 串聯電抗器(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、直流分量衰減時間常數的影響，需根據具體網絡接線進行計算。在本文所分析的WB 變電站案例中母聯串聯電抗器(濾波電抗器)時，隨著串聯電抗器(濾波電抗器)的增加，直流分量含量先增大后減小；變壓器支路串聯電抗器(濾波電抗器)時，串聯電抗器(濾波電抗器)越大直流分量含量越小；

    線路端接入串聯電抗器(濾波電抗器)，當串聯電抗器(濾波電抗器)增加時，直流分量含量增大；母聯串聯電抗器(濾波電抗器)時，需注意接入串聯電抗器(濾波電抗器)的阻值，當串聯電抗器(濾波電抗器)增大到一定值時，在該支路中短路電流可能會發生零偏現象；加裝串聯電抗器抑制短路電流時，需考慮直流分量對斷路器開斷能力的影響，采用短路全電流有效值作為指標校核斷路器開斷能力，如串聯電抗器(濾波電抗器)后斷路器能正常開斷，則一定能正常關合；合理配置串聯電抗器(濾波電抗器)能把WB 短路電流限制到50kA以內，但串聯電抗器(濾波電抗器)引起的其他影響仍需深入研究。