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[摘 要]针对油田电力工程近几年设计的110kV登峰一次变增容工程、110kV一次变增容工程项目实例，对简化系统母线接线、选择合适的变压器参数和利用限流电抗器等几种限制短路电流的措施进行对比分析。为保障油田电网安全和可靠供电，采取何种限流措施更切实可行，必须结合系统网络条件和变电所外部环境条件，进行技术经济比较和充分论证后合理确定。
[关键词]短路容量；短路电流；串连电抗器；分裂电抗器
中图分类号：TG332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0031-01
随着油田电网的改造和建设，电网的容量不断扩大，供电能力不断加强，电网的企业效益日渐增长。但是由于变电所主变容量不断增加，系统各电压等级的短路电流急剧增大，按《城市电力网规划设计导则》中短路容量的限值要求，若断路器不能满足开断容量时，为使各电压等级的开断电流与设备的动、热稳定电流得以配合，并满足我国目前的设备制造水平，在变电所主变增容工程设计中应采取限制短路电流措施。
1简化系统母线接线
变电所短路电流的增加也就是指主变增容后其低压负荷侧短路电流的上升。简化系统母线接线就是使变电所的接线尽可能简单、可靠。如6kV（10kV）主变低压侧多采用单母线分段，并且母线必须分列运行，不允许并列运行，从而使每一段母线短路时的短路回路电抗大大增加，有效地降低短路水平。简单的接线方式既能降低短路容量，又能节省工程建设投资。
2选择合适的变压器参数
2.1合理选择变压器容量
变电所工程设计中变压器的台数和容量是影响电网结构、可靠性和经济性的重要因素，同时对电网的短路水平也有很大的影响。在变电所供电范围和供电负荷确定之后，如何选择变电所的主变台数和容量，《城市电力网规划设计导则》中有明确规定：变压器负荷率高达60%～70%时，主变损耗为最小；从油田电网整体看，110kV变电所中主变的台数大多数为2台，个别有3台以上的。如果变电所裝设2台主变，主变的负荷率取65%。当一台主变故障时，另一台主变可按1.3倍的负荷倍数承受短时（2h）过负荷，这样选的优点是经济性好，能提高设备利用率，主变容量相对较小，从而短路容量自然减小。
2.2合理选用高阻抗变压器
选用主变绕组阻抗较大的变压器限制短路电流，同样是通过从主变绕组的阻抗直接增大来降低系统到短路点的短路电流。110kV登峰一次变增容工程设计时，将所内主变从50MVA增容至75MVA，就采用了这种方式限制增大的短路电流。110kV登峰一次变增容工程中登峰变选用高阻抗主变前后其短路电流的变化。这种方式节省了变电所内串连电抗器的占地和费用，但同时高阻抗主变比标准阻抗变压器的制造成本高（1.3～1.5倍），并且要以主变的功率损耗增加为代价。
2.3分裂变压器
变电所在正常运行和主变低压侧短路时采用分裂变压器，使主变呈现不同的电抗值，从而起到限制短路电流的作用。目前，这种变压器大多用在大型发电厂和短路容量较大的变电所中，油田电网内的变电所还没有应用的范例。
3利用限流电抗器
在油田电网变电所中，登峰一次变等变电所普遍采用限流电抗器用于限制电力设备的短路电流。串连电抗器除能维持母线电压外，也能将短路容量加以限制，所以为设计时选择轻型断路器和小截面的电缆提供了便利。
3.1普通电抗器的应用分析
利用限流电抗器限制短路电流，按安装位置的不同可分为变压器低压侧串联电抗器、分段装电抗器及馈出线串联电抗器等方式。
（1）主变低压侧串联电抗器。这种方式可明显增大短路回路阻抗值，降低低压短路容量。在110kV一次变增容工程中，主变压器从40MVA增容至63MVA后，其6kV侧短路电流增大到22.946kA，超过《城市电力网规划设计导则》中配网断路器的额定短路开断电流值。考虑一次变配网现状和发展需要，需限制6kV侧短路电流。通过对各种限流方案的技术经济对比分析，最终采用了在主变低压侧串联限流电抗器的方式满足了工程需求。
（2）母线分段电抗器。母线分段上装设电抗器，使母线上或出线上发生短路故障时，来自高压侧的短路电流都受到限制，所以分段电抗器的优点就是限制短路电流的范围大。但其在正常工作时，由于各段母线的负荷不平衡，使分段电抗器中有电流通过，分段电抗器中的电压损失将造成各段母线间的电压差别。因此，分段电抗器的百分电抗的合理范围一般为8%～10%，最大不超过12%。
（3）低压侧出线上装设电抗器。在馈出线上装设串联电抗器，其百分电抗值一般取3%～6%，对本线路的限流作用较母线分段电抗器要大得多。我们可以在季节负荷变化、检修负荷调整时，运用我们分析的结论，制定主变经济运行方式并及时调整主变运行方式，使主变始终在最经济方式下运行，降低电能损耗，使电能更好地为油田的生产、生活建设服务。尤其是以电缆为出线的电网，出线电抗器可有效地限制短路电流，且能维持母线电压水平。如油田现运行的110kV建新一次变即采用了这种限流方式，效果良好。但当变电所内出线较多时，电抗器一次性投资大，正常功率损耗和电压损失也较大，从而使年运行费用增加，故一般只在其他限制短路电流的方法不能达到要求时才采用出线电抗器。
3.2分裂电抗器的应用分析。
为了限制短路电流和维持较高的母线剩余电压，要求电抗器的百分电抗尽可能大些，但这样也会在正常工作时引起较大的电压损失，采用分裂电抗器代替普通电抗器可以缓解这一矛盾。分裂电抗器在结构上与普通电抗器类似，不同点是分裂电抗器的绕组有中间抽头，两臂的额定电流相同，其额定百分电抗为每臂的自感电抗百分值，其总电抗只是额定电抗的一半。当分裂电抗器正常工作时，两端负荷大致相同，两臂中通过大小相等、方向相反的负荷电流，而每臂的电流在另一臂中又产生负的互感电势。可见，正常运行时，分裂电抗器的电抗减少了一半，电压损失也减少了一半。故障分析：当分裂电抗器一端短路时，只有一臂通过短路电流，另一臂只通过正常的负荷电流，相对短路电流而言很小；则分裂电抗器的总电抗较正常工作时电抗值增大1到2倍，从而有效地限制了短路电流。由以上分析可见，分裂电抗器在正常工作时，电抗小，电压损失也小；在短路情况下，电抗增大，其限制短路电流的效果比普通电抗器更好。其运行情况良好时，经济效益会更大。
4结语
油田电网容量不断增大，负荷需求日益增长，有多个110kV变电所有待于增容改造设计。从事此类工程项目设计时，为保障油田电网安全和可靠供电，采取何种限流措施更切实可行，必须结合系统网络条件和变电所外部环境条件，进行技术经济比较和充分论证后合理确定。本文所述是近几年来建设的变电站所体现出来的特点，从变电站布置方式、设备选择、电气主接线方面进行分析，以及在工作中的一些经验总结，希望能够为今后变电站设计提供一些参考。
作者简介：
高琳（1972—），女，在大庆油田有限责任公司中油电能供电公司变电运行部从事变电运行工作，变电运行专业。
[关键词]短路容量；短路电流；串连电抗器；分裂电抗器
中图分类号：TG332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0031-01
随着油田电网的改造和建设，电网的容量不断扩大，供电能力不断加强，电网的企业效益日渐增长。但是由于变电所主变容量不断增加，系统各电压等级的短路电流急剧增大，按《城市电力网规划设计导则》中短路容量的限值要求，若断路器不能满足开断容量时，为使各电压等级的开断电流与设备的动、热稳定电流得以配合，并满足我国目前的设备制造水平，在变电所主变增容工程设计中应采取限制短路电流措施。
1简化系统母线接线
变电所短路电流的增加也就是指主变增容后其低压负荷侧短路电流的上升。简化系统母线接线就是使变电所的接线尽可能简单、可靠。如6kV（10kV）主变低压侧多采用单母线分段，并且母线必须分列运行，不允许并列运行，从而使每一段母线短路时的短路回路电抗大大增加，有效地降低短路水平。简单的接线方式既能降低短路容量，又能节省工程建设投资。
2选择合适的变压器参数
2.1合理选择变压器容量
变电所工程设计中变压器的台数和容量是影响电网结构、可靠性和经济性的重要因素，同时对电网的短路水平也有很大的影响。在变电所供电范围和供电负荷确定之后，如何选择变电所的主变台数和容量，《城市电力网规划设计导则》中有明确规定：变压器负荷率高达60%～70%时，主变损耗为最小；从油田电网整体看，110kV变电所中主变的台数大多数为2台，个别有3台以上的。如果变电所裝设2台主变，主变的负荷率取65%。当一台主变故障时，另一台主变可按1.3倍的负荷倍数承受短时（2h）过负荷，这样选的优点是经济性好，能提高设备利用率，主变容量相对较小，从而短路容量自然减小。
2.2合理选用高阻抗变压器
选用主变绕组阻抗较大的变压器限制短路电流，同样是通过从主变绕组的阻抗直接增大来降低系统到短路点的短路电流。110kV登峰一次变增容工程设计时，将所内主变从50MVA增容至75MVA，就采用了这种方式限制增大的短路电流。110kV登峰一次变增容工程中登峰变选用高阻抗主变前后其短路电流的变化。这种方式节省了变电所内串连电抗器的占地和费用，但同时高阻抗主变比标准阻抗变压器的制造成本高（1.3～1.5倍），并且要以主变的功率损耗增加为代价。
2.3分裂变压器
变电所在正常运行和主变低压侧短路时采用分裂变压器，使主变呈现不同的电抗值，从而起到限制短路电流的作用。目前，这种变压器大多用在大型发电厂和短路容量较大的变电所中，油田电网内的变电所还没有应用的范例。
3利用限流电抗器
在油田电网变电所中，登峰一次变等变电所普遍采用限流电抗器用于限制电力设备的短路电流。串连电抗器除能维持母线电压外，也能将短路容量加以限制，所以为设计时选择轻型断路器和小截面的电缆提供了便利。
3.1普通电抗器的应用分析
利用限流电抗器限制短路电流，按安装位置的不同可分为变压器低压侧串联电抗器、分段装电抗器及馈出线串联电抗器等方式。
（1）主变低压侧串联电抗器。这种方式可明显增大短路回路阻抗值，降低低压短路容量。在110kV一次变增容工程中，主变压器从40MVA增容至63MVA后，其6kV侧短路电流增大到22.946kA，超过《城市电力网规划设计导则》中配网断路器的额定短路开断电流值。考虑一次变配网现状和发展需要，需限制6kV侧短路电流。通过对各种限流方案的技术经济对比分析，最终采用了在主变低压侧串联限流电抗器的方式满足了工程需求。
（2）母线分段电抗器。母线分段上装设电抗器，使母线上或出线上发生短路故障时，来自高压侧的短路电流都受到限制，所以分段电抗器的优点就是限制短路电流的范围大。但其在正常工作时，由于各段母线的负荷不平衡，使分段电抗器中有电流通过，分段电抗器中的电压损失将造成各段母线间的电压差别。因此，分段电抗器的百分电抗的合理范围一般为8%～10%，最大不超过12%。
（3）低压侧出线上装设电抗器。在馈出线上装设串联电抗器，其百分电抗值一般取3%～6%，对本线路的限流作用较母线分段电抗器要大得多。我们可以在季节负荷变化、检修负荷调整时，运用我们分析的结论，制定主变经济运行方式并及时调整主变运行方式，使主变始终在最经济方式下运行，降低电能损耗，使电能更好地为油田的生产、生活建设服务。尤其是以电缆为出线的电网，出线电抗器可有效地限制短路电流，且能维持母线电压水平。如油田现运行的110kV建新一次变即采用了这种限流方式，效果良好。但当变电所内出线较多时，电抗器一次性投资大，正常功率损耗和电压损失也较大，从而使年运行费用增加，故一般只在其他限制短路电流的方法不能达到要求时才采用出线电抗器。
3.2分裂电抗器的应用分析。
为了限制短路电流和维持较高的母线剩余电压，要求电抗器的百分电抗尽可能大些，但这样也会在正常工作时引起较大的电压损失，采用分裂电抗器代替普通电抗器可以缓解这一矛盾。分裂电抗器在结构上与普通电抗器类似，不同点是分裂电抗器的绕组有中间抽头，两臂的额定电流相同，其额定百分电抗为每臂的自感电抗百分值，其总电抗只是额定电抗的一半。当分裂电抗器正常工作时，两端负荷大致相同，两臂中通过大小相等、方向相反的负荷电流，而每臂的电流在另一臂中又产生负的互感电势。可见，正常运行时，分裂电抗器的电抗减少了一半，电压损失也减少了一半。故障分析：当分裂电抗器一端短路时，只有一臂通过短路电流，另一臂只通过正常的负荷电流，相对短路电流而言很小；则分裂电抗器的总电抗较正常工作时电抗值增大1到2倍，从而有效地限制了短路电流。由以上分析可见，分裂电抗器在正常工作时，电抗小，电压损失也小；在短路情况下，电抗增大，其限制短路电流的效果比普通电抗器更好。其运行情况良好时，经济效益会更大。
4结语
油田电网容量不断增大，负荷需求日益增长，有多个110kV变电所有待于增容改造设计。从事此类工程项目设计时，为保障油田电网安全和可靠供电，采取何种限流措施更切实可行，必须结合系统网络条件和变电所外部环境条件，进行技术经济比较和充分论证后合理确定。本文所述是近几年来建设的变电站所体现出来的特点，从变电站布置方式、设备选择、电气主接线方面进行分析，以及在工作中的一些经验总结，希望能够为今后变电站设计提供一些参考。
作者简介：
高琳（1972—），女，在大庆油田有限责任公司中油电能供电公司变电运行部从事变电运行工作，变电运行专业。