探讨串联电抗器(滤波电抗器)对短路电流的影响(下)

当WB21 发生短路时，与母线相连多条支路包括线路同时提供短路电流，选取短路电流周期分量占比最大的WB21~LG 双回输电线路出线端安装电抗器，观察此时WB 三相短路电流水平，如表5 所示。同变压器支路串联电抗器(滤波电抗器)一样，串联电抗器(滤波电抗器)越大，短路电流越小,同时短路电流对串联电抗器(滤波电抗器)的灵敏度也越小。但随着串联电抗器(滤波电抗器)增大，WB21 短路电流直流分量含量略微增大。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，串联电抗器(滤波电抗器)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。因为输电线路短路电流直流分量衰减时间常数比变压器支路和母联支路都小，短路电流占比也小，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，而剩余支路的衰减时间常数比串联电抗器(滤波电抗器)支路大，所以总的短路电流直流分量含量表现为增大的趋势。

    串联电抗器(滤波电抗器)线路正常工作时功率流离故障点，短路电流周期分量pm I 与正常工作电流m I 夹角大于90°，当WB21 发生短路时，线路短路电流直流分量最大初始值iap0 大于周期分量pm I 。但当串联电抗器(滤波电抗器)值增大到32 Ω 时，系数pm pmk−=III=1.06，短路电流直流分量衰减时间常数为247 ms，仍无零偏现象出现。

    高压断路器额定开断电流Nbr I ，应包括短路电流周期分量和直流分量[12,18]，当直流分量含量不超过20%时，可不计直流分量，采用周期分量来校验断路器开断；如果直流分量含量超过20%，则需要用断路器开断时刻对应的全电流有效值进行校验。考虑到快速切除故障时短路电流直流分量对断路器开断能力的影响，欧洲用了短路全电流的额定开断值和短路电流周期分量的额定开断值2 个指标来表征断路器开断能力，通常前者比后者高25%[19]。美国国家标准[20]也规定：考虑短路电流直流分量的影响，当流过断路器的三相短路电流周期分量大于其额定开断值的80%时，需用实际所得的三相短路电流周期分量乘以1.25 来检核断路器开断能力。

    由以上分析可知，单个串联电抗器(滤波电抗器)对WB21 短路电流的抑制效果有限，且随着串联电抗器(滤波电抗器)的增加，串联电抗器(滤波电抗器)对短路电流的影响越来越小，所以为更好的抑制短路电流，可考虑多个位置同时安装串联电抗器。而串联电抗器(滤波电抗器)对短路电流直流分量含量的影响与串联电抗器(滤波电抗器)前支路的衰减时间常数和短路电流占比有关，多点同时串联电抗器(滤波电抗器)时，多个串联电抗器(滤波电抗器)支路短路电流之和占比大，总的短路电流特性主要受串联电抗器(滤波电抗器)支路影响，所以随着串联电抗器(滤波电抗器)增大，短路电流直流分量含量将会增大。因此，安装串联电抗器抑制短路电流时，需考虑直流分量对断路器开断的影响，选用短路全电流有效值校验断路器的开断能力。

    经分析计算，当选取母联支路串联电抗器(滤波电抗器)10 Ω，变压器支路串联电抗器(滤波电抗器)6 Ω (*2)，WB21~LG 支路串联电抗器(滤波电抗器)2 Ω(*2)时，可取得良好短路电流抑制效果，将故障点全短路电流有效值降低到50kA以下，小于断路器额定开断电流，各支路也均不出现零偏现象，详情如表6 所示。可知，当以短路全电流有效值校核断路器开断能力时，WB21 最大短路冲击电流为短路全电流有效值的2.1 倍以内，即关合电流仅为开断电流的2.1倍；若再考虑断路器合闸电阻，则断路器实际关合电流将更小。GB 1984-2003 高压交流断路器[15]中规定断路器额定短路关合电流是额定短路开断电流的2.5倍，所以若串联电抗器(滤波电抗器)后断路器能正常开断，则一定能正常关合。

    通过以上分析我们可以得出如下结论：串联电抗器对短路电流有明显的抑制效果，串联电抗器(滤波电抗器)越大，短路电流周期分量、直流分量、短路冲击电流都越小；但短路电流对串联电抗器(滤波电抗器)的灵敏度反而会随着串联电抗器(滤波电抗器)的增大而减小； 串联电抗器(滤波电抗器)后总短路电流中直流分量含量的变化受各支路短路电流占比、直流分量衰减时间常数的影响，需根据具体网络接线进行计算。在本文所分析的WB 变电站案例中母联串联电抗器(滤波电抗器)时，随着串联电抗器(滤波电抗器)的增加，直流分量含量先增大后减小；变压器支路串联电抗器(滤波电抗器)时，串联电抗器(滤波电抗器)越大直流分量含量越小；

    线路端接入串联电抗器(滤波电抗器)，当串联电抗器(滤波电抗器)增加时，直流分量含量增大；母联串联电抗器(滤波电抗器)时，需注意接入串联电抗器(滤波电抗器)的阻值，当串联电抗器(滤波电抗器)增大到一定值时，在该支路中短路电流可能会发生零偏现象；加装串联电抗器抑制短路电流时，需考虑直流分量对断路器开断能力的影响，采用短路全电流有效值作为指标校核断路器开断能力，如串联电抗器(滤波电抗器)后断路器能正常开断，则一定能正常关合；合理配置串联电抗器(滤波电抗器)能把WB 短路电流限制到50kA以内，但串联电抗器(滤波电抗器)引起的其他影响仍需深入研究。