智能變電站典型設(shè)計(jì)方案中的死區(qū)問題及可行性解決方案

【摘要】近年來，隨著我國電力事業(yè)的大力發(fā)展，智能用電已經(jīng)成為了可能，智能變電站具有“先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)?！钡忍卣?，符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的需要，基于此，智能變電站相關(guān)的研究已經(jīng)成為了當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，本文以山西一座500kV智能變電站為例，對其存在的斷路器失靈死區(qū)問題進(jìn)行了研究，并提出了可行性解決方案。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；典型設(shè)計(jì)；死區(qū)問題；可行性方案

作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能變電站對智能用電的進(jìn)行具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，而標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方案對智能變電站的良好運(yùn)營有著至關(guān)重要的作用，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)以及在線分析決策等主要功能，但其運(yùn)行過程中出現(xiàn)的死區(qū)故障，會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需在設(shè)計(jì)、施工及調(diào)試中盡量完善，所以，智能變電站設(shè)計(jì)方案中死區(qū)問題及可行性方案的研究，對智能電網(wǎng)的良好運(yùn)行具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、典型設(shè)計(jì)方案

為了更好地進(jìn)行死區(qū)問題及解決方案的分析，我們以山西一座500kV智能變電站為例，這座變電站變電站采用HGIS布置方案，并根據(jù)智能化設(shè)計(jì)的要求對電流互感器的二次繞組數(shù)量進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，在進(jìn)行斷路器母線保護(hù)和線路保護(hù)方面采取的方式是公用2組TPY30級互感器，分別將其布置在斷路器的兩側(cè)，具體布置圖如下[1]：

二、死區(qū)問題及分析

（一）d1點(diǎn)故障。從圖1中可以看出，此故障點(diǎn)在1號線路差動(dòng)保護(hù)的范圍內(nèi)，因?yàn)橄到y(tǒng)中的1號線路處在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)，在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開5011、5012斷路器后，發(fā)現(xiàn)d1故障點(diǎn)依然是存在的，I母線到d1故障點(diǎn)仍有故障電流流過，因?yàn)?011斷路器已經(jīng)處于跳開狀態(tài)，故障電流并沒有流過接于其上的ITA04和ITA05電流互感器，所以就導(dǎo)致斷路器因?yàn)槭ъ`而感應(yīng)不到故障電流，不能對故障點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)隔離，僅僅依靠后備保護(hù)隔離故障，但其時(shí)限長，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

（二）d2故障點(diǎn)。在圖1中可看出，此故障點(diǎn)在2號線路差動(dòng)保護(hù)的范圍內(nèi)，而系統(tǒng)中的2號線路處于差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)，在保護(hù)動(dòng)作5012、5013斷路器的相繼跳開后，發(fā)現(xiàn)d2故障點(diǎn)依然是存在的，并且連接I母線到故障點(diǎn)d2的線路中有故障電流流過。5012斷路器處的2TA05和2TA06電流互感器因?yàn)?012、5013斷路器已經(jīng)跳開的原因沒有故障電流流過，致使其無法感受到故障電流，進(jìn)而造成無法動(dòng)作的現(xiàn)狀，不能對故障點(diǎn)進(jìn)行短時(shí)間的隔離保護(hù)，僅僅依靠帶延時(shí)的后備保護(hù)來實(shí)現(xiàn)故障的隔離，又因其時(shí)限長的原因，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、可行性解決方案設(shè)計(jì)

（一）P級TPY級電流互感器的特性。在電流互感器的發(fā)展中，基于穩(wěn)定條件的需求設(shè)計(jì)的P類保護(hù)用電流互感器，考慮了在穩(wěn)態(tài)短路電流情況下具有相應(yīng)的準(zhǔn)確性的要求，大多只能滿足220kV及以下的電力系統(tǒng)保護(hù)用電流互感器，其暫態(tài)性能較弱，所以，當(dāng)前常用的保護(hù)用電流互感器多為普通保護(hù)級，可滿足穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行的要求，而與此不同的TPY類保護(hù)用電流互感器，則以暫態(tài)條件下可以保證規(guī)定的準(zhǔn)確性為要求，基于此，TPY級在鐵芯中設(shè)置有一定的非磁性間隙，剩磁通不超過飽和磁通的10%，一般情況下適用于雙循環(huán)和重合閘情況，滿足了帶重合閘的線路保護(hù)的要求，又緣于其不同的磁阻、儲能以及磁通變化量因素，系統(tǒng)中二次回路的電流值持續(xù)時(shí)間長且電流值較高，不能滿足斷路器失靈保護(hù)的要求[2]。一般情況下，電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流會(huì)發(fā)生迅速且大幅度的變化，因?yàn)殡娏髦刑N(yùn)含著豐富的高次諧波分量和直流分量，故障初期會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的暫態(tài)過程，如果系統(tǒng)中的電流互感器沒有較好的暫態(tài)特性，會(huì)導(dǎo)致信號轉(zhuǎn)變不能正確進(jìn)行，繼而將會(huì)產(chǎn)生電流互感器的飽和現(xiàn)象，會(huì)造成保護(hù)裝置誤動(dòng)甚至是拒動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。電力系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)嚴(yán)重影響著暫態(tài)過程的大小與持續(xù)時(shí)間的長短，系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)行情況下，220kV系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)大于60ms，而在500kV系統(tǒng)中，其時(shí)間常數(shù)大致基于80ms到200ms之間，短路電流非周期分量的衰減時(shí)間會(huì)隨著系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的增大而增長，所以，不同暫態(tài)特性的電流互感器，適用的系統(tǒng)也會(huì)因此不同。

（二）電流互感器未組裝階段解決方案。有一種方案是在斷路器所用的5P30線圈側(cè)增加2組TPY 線圈，這樣就使得兩種保護(hù)不共用TPY線圈，保護(hù)所用的互感器之間形成了交叉，也就解決了死區(qū)問題，但對于500kV電流互感器的線圈個(gè)數(shù)國家電網(wǎng)公司的標(biāo)準(zhǔn)物資中有特別的要求，要求配置是中開關(guān)8個(gè)線圈，邊開關(guān)7個(gè)線圈，使得這種方案在未組裝階段不可行；另一種方案是，保持線圈個(gè)數(shù)不變，對邊開關(guān)和中開關(guān)存在的死區(qū)進(jìn)行消除，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，僅僅是更改順序，將線圈放置在一側(cè)，并更改成2個(gè)TPY級線圈和2個(gè)5P及線圈，這樣做，保護(hù)死區(qū)便會(huì)消失掉，為系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)做好了前期準(zhǔn)備。

（三）電流互感器已組裝成型階段解決方案。因?yàn)樵诮M裝成型階段，如果要再進(jìn)行電流互感器線圈配置的更改，其成本一定是非常高的，也會(huì)造成工期的延誤，所以，可以對下邊開關(guān)死區(qū)進(jìn)行改造，也就是將母線保護(hù)接用5P級線圈，然后通過保護(hù)裝置解決。對于中開關(guān)存在的死區(qū)問題，應(yīng)在對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上更改CT線圈的配置來完善，這樣做不但減少了更改CT線圈配置的數(shù)目，也在一定意義上節(jié)省了更改成本，是一種兩全其美的解決辦法。（1）邊斷路器保護(hù)與500kV母差保護(hù)共用5P級二次繞組。對于高壓母線差動(dòng)保護(hù)用電流互感器的選擇過程中，要視設(shè)備情況，根據(jù)母線發(fā)生故障時(shí)故障電流很大以及外部故障電流差很大的現(xiàn)狀，結(jié)合導(dǎo)致誤動(dòng)的情況進(jìn)行選擇，早在我國電力系統(tǒng)的發(fā)展過程中，明確規(guī)定要使保護(hù)裝置能夠克服電流互感器暫態(tài)飽和的影響，可經(jīng)過運(yùn)用軟件來實(shí)現(xiàn)，所以大多工程中的500kV母線保護(hù)都選用TPY級互感器。在實(shí)際工程的運(yùn)用過程中，可以按照穩(wěn)定條件進(jìn)行母差保護(hù)用互感器的選擇，而對于存在的抗飽和問題，則是通過運(yùn)用保護(hù)裝置進(jìn)行處理的，采用邊開關(guān)（5011、5013）斷路器保護(hù)結(jié)合500kV母差保護(hù)共用5P級互感器，利用廠家數(shù)字處理上的優(yōu)勢，借用軟件濾波算法濾掉直流分量，只對其工頻分量進(jìn)行計(jì)算，既減少了損失，又達(dá)到了飽和的目的，對邊開關(guān)d1點(diǎn)的保護(hù)死區(qū)問題實(shí)現(xiàn)了很好地解決[3]。（2）中斷路器保護(hù)和線路保護(hù)共用TPY級二次繞線。在電力系統(tǒng)中，由于磁阻、儲能及磁通變化量的不同，帶氣隙的TPY級互感器從飽和到剩磁狀態(tài)的轉(zhuǎn)換期間，會(huì)使得CT二次側(cè)的電流值升高且會(huì)保持相當(dāng)長的一段時(shí)間，而由于失靈保護(hù)的電流判別元件有返回快的特征，在運(yùn)用過程中，其返回時(shí)間應(yīng)小于等于20ms，所以，在這種情況下采用TPY級CT的二次電流不能滿足相關(guān)要求，為解決其中開關(guān)的死區(qū)問題，應(yīng)對電流互感器的線圈布置進(jìn)行更改，使得更改后的保護(hù)用的TPY和P級線圈都在斷路器的同一側(cè)。

結(jié)束語

綜上所述，基于500kV典型設(shè)計(jì)方案中存在斷路器失靈死區(qū)問題的現(xiàn)狀，本文結(jié)合實(shí)例，根據(jù)工程的進(jìn)度情況提出了兩種可行的解決方案進(jìn)行死區(qū)的消除，在方案的設(shè)計(jì)過程中充分考慮了成本及工期等因素，為500kV智能變電站設(shè)計(jì)中采用的典型方案消除死區(qū)問題提供了積極參考。