地區(qū)次輸電網(wǎng)消弧線圈優(yōu)化補(bǔ)償運(yùn)行

王書(shū)春,張喜林,完顏霆一

（1.長(zhǎng)春供電公司,吉林 長(zhǎng)春 130021;2.南京理工大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇 南京 210094）

在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的小電流接地系統(tǒng)中,消弧線圈補(bǔ)償是否合理關(guān)系電網(wǎng)三相電壓平衡和發(fā)生單相接地時(shí)消弧效果,對(duì)保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行和供電質(zhì)量起到重要作用。地區(qū)次輸電網(wǎng)中存在多于2臺(tái)消弧線圈當(dāng)發(fā)生開(kāi)關(guān)跳閘及為選擇單相接地點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分割等電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)電網(wǎng)處于動(dòng)態(tài)過(guò)程中。盡管新型自動(dòng)跟蹤消弧線圈已經(jīng)問(wèn)世,但電網(wǎng)中仍有大量需要人工調(diào)整的消弧線圈在運(yùn)行（將在電網(wǎng)中持續(xù)運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間）。因此,對(duì)小電流接地系統(tǒng)具有2臺(tái)以上消弧線圈的地區(qū)次輸電網(wǎng)進(jìn)行消弧線圈優(yōu)化運(yùn)行分析十分必要。

1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)消弧線圈整定計(jì)算原則,在選定了次輸電網(wǎng)所包含的線路及可用的消弧線圈后,系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算電網(wǎng)的總電容電流及可用消弧線圈在各種組合下的電感電流,判斷可能存在的補(bǔ)償方式,并在補(bǔ)償方式和補(bǔ)償度的驅(qū)動(dòng)下,窮舉各消弧線圈分接頭的位置組合方案并計(jì)算校驗(yàn),選擇滿足補(bǔ)償度及整定校驗(yàn)條件的方案,然后用量化趨近標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)這些合理方案進(jìn)行評(píng)優(yōu),得出最優(yōu)方案。總計(jì)算流程如圖1所示。

2 系統(tǒng)模型的建立

首先建立地區(qū)次輸電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（建立系統(tǒng)模型）。由于電網(wǎng)改造等原因引起電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)變化時(shí),只需修改系統(tǒng)模型中相關(guān)內(nèi)容。

2.1 電網(wǎng)模型

將地區(qū)次輸電網(wǎng)中所有正常運(yùn)行方式下以一次變電站為中心的分網(wǎng)和非正常運(yùn)行方式下由2個(gè)或2個(gè)以上一次變電站為中心的分網(wǎng)組成的聯(lián)合電網(wǎng)統(tǒng)一編號(hào),并按指定格式錄入,形成電網(wǎng)庫(kù)。

圖1 總計(jì)算流程簡(jiǎn)圖

2.2 線路模型

將本地區(qū)次輸電網(wǎng)中所有63 kV線路統(tǒng)一編號(hào),按指定線路參數(shù)、信息參數(shù)和格式進(jìn)行錄入,形成線路庫(kù)。

線路參數(shù)包括線路名稱(chēng)、編號(hào)、電壓、架空線路長(zhǎng)度、架空線有無(wú)接地線、電纜長(zhǎng)度、與本線路同桿并架線路的編號(hào)和實(shí)測(cè)電容電流等。整定計(jì)算過(guò)程中優(yōu)先采用線路實(shí)測(cè)電容電流,只有在實(shí)測(cè)參數(shù)不存在時(shí),根據(jù)線路參數(shù)采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)算出線路電容電流值。

信息參數(shù)包括線路所帶消弧線圈（可為多臺(tái)）編號(hào)、所在電網(wǎng)（可為多個(gè)）編號(hào)和轉(zhuǎn)送線路（可為多條）編號(hào)等。

2.3 消弧線圈模型

將所有消弧線圈統(tǒng)一編號(hào),將消弧線圈名稱(chēng)、編號(hào)、優(yōu)先級(jí)別及各分接開(kāi)關(guān)位置對(duì)應(yīng)的電感電流按指定格式錄入,形成消弧線圈庫(kù)。優(yōu)先級(jí)別為自然數(shù),數(shù)小優(yōu)先級(jí)高,數(shù)大優(yōu)先級(jí)低。

3 整定計(jì)算

3.1 流程圖

整定計(jì)算流程圖如圖2所示。

3.2 選擇補(bǔ)償電網(wǎng)

自動(dòng)對(duì)電網(wǎng)庫(kù)進(jìn)行整理,提供全部次輸電網(wǎng)名稱(chēng)供選擇。

3.3 選擇次輸電網(wǎng)所包含的線路

圖2 整定計(jì)算流程圖

在選定次輸電網(wǎng)線路庫(kù)中查找出可能運(yùn)行于本網(wǎng)的所有線路,并提供相關(guān)全部線路名稱(chēng)供選擇。正常情況下待整定次輸電網(wǎng)所包含的線路將是所提供線路的一部分或全部,根據(jù)待整定電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況選擇待整定電網(wǎng)所包含線路。

自動(dòng)累加各線路的電容電流之和,并根據(jù)是否為同桿并架雙回線加以修正。

判斷選擇結(jié)果是否存在邏輯錯(cuò)誤,如線路B是經(jīng)線路A單線轉(zhuǎn)送的線路,未選線路A而選擇了線路B,屬邏輯錯(cuò)誤。

3.4 選擇次輸電網(wǎng)可用消弧線圈

待整定次輸電網(wǎng)所包含線路選定后,查找出待整定次輸電網(wǎng)可能用到的所有消弧線圈,并將消弧線圈名稱(chēng)列出供選擇。根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況選擇出可用的消弧線圈,把選擇結(jié)果形成臨時(shí)消弧線圈庫(kù)。判斷臨時(shí)消弧線圈庫(kù)是否為空,若空表明待補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)可用消弧線圈。

判斷出哪些線路帶消弧線圈,如消弧線圈所在變電站只有1條送電線路在本網(wǎng)內(nèi),則默認(rèn)該送電線路帶消弧線圈;如消弧線圈所在變電站有2條及以上送電線路在本網(wǎng)內(nèi),則提示選擇哪條送電線路帶消弧線圈。

3.5 解列點(diǎn)設(shè)置及被分割子網(wǎng)再選擇

允許根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行需要設(shè)置解列點(diǎn),并將運(yùn)行于本網(wǎng)的線路和消弧線圈列出,提示選擇被解列點(diǎn)分割成2個(gè)子網(wǎng)各包括哪些線路和消弧線圈,并將其存入分割子網(wǎng)庫(kù)。必須保證被解列點(diǎn)分割成的2個(gè)子網(wǎng)具備以下條件：2個(gè)子網(wǎng)中均有線路和消弧線圈,同一線路和消弧線圈不能在2個(gè)子網(wǎng)中同時(shí)出現(xiàn),2個(gè)子網(wǎng)中的線路和消弧線圈之和應(yīng)與分割前電網(wǎng)一致。如上述條件不滿足則分割有誤,應(yīng)重新設(shè)置解列點(diǎn)。

3.6 整定參數(shù)賦值及修改

根據(jù)消弧線圈補(bǔ)償整定計(jì)算原則,自動(dòng)為整定計(jì)算參數(shù)賦初值,考慮線路參數(shù)不準(zhǔn)確等原因造成次輸電網(wǎng)電容電流總和的計(jì)算值與實(shí)際值可能有一定偏差,實(shí)際工作中往往用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)去彌補(bǔ)這一差值,為此設(shè)計(jì)了修改整定參數(shù)這一功能。

附加電容電流IC附為母線電容電流等線路電容電流以外設(shè)備的電容電流。IC附確定后,系統(tǒng)將對(duì)選定線路計(jì)算出的總電容電流進(jìn)行修正,得出整定計(jì)算需要的總電容電流∑IC。

標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償度ρ標(biāo)為根據(jù)本地區(qū)次輸電網(wǎng)實(shí)際情況確定的最優(yōu)補(bǔ)償度。標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償度ρ標(biāo)分為標(biāo)準(zhǔn)過(guò)補(bǔ)償度ρ標(biāo)過(guò)和標(biāo)準(zhǔn)欠補(bǔ)償度ρ際欠。

補(bǔ)償度允許偏差Δρ。選定了待補(bǔ)償次輸電網(wǎng)所包括的線路及附加電容電流后,整個(gè)補(bǔ)償次輸電網(wǎng)總電容電流∑IC將是一個(gè)定值。消弧線圈選定后,對(duì)于任一種分接開(kāi)關(guān)位置組合總電感電流∑IL也將是一個(gè)定值。給定的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償度ρ標(biāo)也是一個(gè)定值。

式（1）成立的可能極小,因此要給補(bǔ)償度加一個(gè)允許偏差：

補(bǔ)償度在其允許偏差范圍內(nèi)。補(bǔ)償度允許偏差分過(guò)補(bǔ)償度允許偏差Δρ過(guò)和欠補(bǔ)償度允許偏差Δρ欠。

極限欠補(bǔ)償度ρ極欠。為在小電流接地系統(tǒng)中,如為欠補(bǔ)償運(yùn)行,允許的最小欠補(bǔ)償度;如為過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行,當(dāng)任意一條帶消弧線圈的線路跳閘后,系統(tǒng)為欠補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)所允許的最小欠補(bǔ)償度。

極限過(guò)補(bǔ)償度ρ極過(guò)。為在小電流接地系統(tǒng)中,如為過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行,允許的最小過(guò)補(bǔ)償度;如為欠補(bǔ)償運(yùn)行,當(dāng)任意一條線路（帶消弧線圈線路除外）跳閘,系統(tǒng)為過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)所允許的最小過(guò)補(bǔ)償度。

3.7 整定計(jì)算

3.7.1 數(shù)值條件

各消弧線圈分接開(kāi)關(guān)位置在某一給定組合方案下,待整定電網(wǎng)補(bǔ)償度為

當(dāng)（ρ標(biāo)過(guò)-Δρ過(guò)）＜ρ＜（ρ標(biāo)過(guò)+Δρ過(guò)）或（ρ標(biāo)欠-Δρ欠）＜ρ＜（ρ標(biāo)欠+Δρ欠）成立（待整定次輸電網(wǎng)補(bǔ)償度在標(biāo)準(zhǔn)過(guò)（欠）補(bǔ)償度的允許偏差范圍內(nèi)時(shí)）,則認(rèn)為該方案滿足過(guò)（欠）補(bǔ)償?shù)臄?shù)值條件。

3.7.2 校驗(yàn)條件

根據(jù)消弧線圈整定計(jì)算原則,當(dāng)次輸電網(wǎng)過(guò)補(bǔ)償運(yùn)行時(shí),應(yīng)滿足任一條帶消弧線圈線路跳閘后系統(tǒng)不發(fā)生諧振;當(dāng)電網(wǎng)欠補(bǔ)償運(yùn)行時(shí)應(yīng)滿足任一條線路跳閘后系統(tǒng)不發(fā)生諧振;當(dāng)設(shè)定的任一解列點(diǎn)發(fā)生解列時(shí),任一子網(wǎng)不發(fā)生諧振。所謂的不發(fā)生諧振是指滿足參數(shù)設(shè)置中給定的極限過(guò)（欠）補(bǔ)償條件（補(bǔ)償度絕對(duì)值|ρ|＞ρ極（過(guò)）欠）。

4 方案優(yōu)化

4.1 評(píng)優(yōu)原則

次輸電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí),在給定補(bǔ)償度允許偏差較小的情況下,整定計(jì)算出的全部合理方案所起的平衡電壓作用與接地時(shí)消弧效果差別較小,主要比較各方案補(bǔ)償方式、選用消弧線圈數(shù)量和選用消弧線圈優(yōu)先級(jí)別等。

在事故或異常狀態(tài)下電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí),各方案的消弧效果將有較大差別,此時(shí)主要比較各方案的綜合補(bǔ)償效果（各種事故狀態(tài)下的補(bǔ)償度平均值與標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償度的偏差）。

4.2 量化評(píng)優(yōu)方法

采取量化趨近標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行評(píng)優(yōu)。首先給定一個(gè)基礎(chǔ)分,根據(jù)需要制定評(píng)優(yōu)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)各方案偏離標(biāo)準(zhǔn)情況予以扣分。最后比較所有方案得分,分?jǐn)?shù)最高者為最優(yōu)。

4.2.1 基礎(chǔ)分

為使各方案最后得分不為負(fù)值,在評(píng)比前首先給各方案一個(gè)基礎(chǔ)分。

4.2.2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)制定與修改

4.2.2.1 補(bǔ)償方式

默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償方式為過(guò)補(bǔ)償方式。將過(guò)補(bǔ)償方案扣0分,而欠補(bǔ)償方案扣一個(gè)分值很大的分（例如1 000）。

4.2.2.2 消弧線圈優(yōu)先級(jí)

選用消弧線圈的默認(rèn)原則為優(yōu)先選擇樞紐變電站消弧線圈。樞紐變電站消弧線圈優(yōu)先級(jí)高,終端變電站消弧線圈優(yōu)先級(jí)低。一個(gè)次輸電網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行的消弧線圈可能為多臺(tái),應(yīng)取其綜合優(yōu)先級(jí)（平均值）。默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為1級(jí),優(yōu)先級(jí)平均值每低一級(jí)扣100分。

4.2.2.3 補(bǔ)償度偏差

根據(jù)整定計(jì)算中給定的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償度,對(duì)于任一方案,正常方式下的補(bǔ)償度每偏差0.1%、各種事故狀態(tài)下平均補(bǔ)償度偏差值每增加0.1%均默認(rèn)扣2分。

5 結(jié)語(yǔ)

該整定方法具有快速、準(zhǔn)確、方便和靈活等特點(diǎn),有很強(qiáng)的適用性和通用性。不僅適用于參數(shù)準(zhǔn)確的地區(qū)次輸電網(wǎng),而且適用于參數(shù)不完全準(zhǔn)確,整定計(jì)算時(shí)對(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)程度較高的地區(qū)電網(wǎng)。其量化優(yōu)化功能改變了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)型評(píng)估方法,為經(jīng)驗(yàn)型調(diào)度向分析型調(diào)度過(guò)渡奠定了基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)的軟件在長(zhǎng)春地區(qū)電網(wǎng)應(yīng)用效果較好。