基于仿真的220kV單母線過電壓分析與處理

基于仿真的220kV單母線過電壓分析與處理

金培軍

(新疆地方電力中心試驗研究所，新疆 烏魯木齊844000)

【摘要】下坂地水力發(fā)電廠地處南疆高原，遠離南疆電網(wǎng)電源點。下坂地水力發(fā)電廠系統(tǒng)反送電時220kV母線運行電壓高，因母線電壓高導致機端運行電壓偏高。為了較好地解決系統(tǒng)電壓高的問題，應(yīng)用電力系統(tǒng)Matlab/Simulink仿真軟件實現(xiàn)了對擬投入系統(tǒng)設(shè)計方案的建模仿真，仿真結(jié)果能夠較好地應(yīng)用于實踐。同時應(yīng)用Matlab軟件對于分析系統(tǒng)的過渡過程、實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化、預(yù)判對系統(tǒng)的動態(tài)沖擊、協(xié)助查找短路故障點等方面具有較好的現(xiàn)實應(yīng)用意義。通過對系統(tǒng)仿真圖的分析，對后續(xù)類似問題的解決提供了可供借鑒的依據(jù)，對類似電站有一定參考價值。

【關(guān)鍵詞】線路故障；跳閘；保護；仿真分析；處理

中圖分類號：TM86

Simulation-based 220kV single bus over-voltage analysis and treatment

JIN Peijun

(XinjiangLocalPowerCenterTestInstitute,Urumqi844000,China)

Abstract:Xiabandi hydroelectric power station is located in Southern Xinjiang Plateau, which is far from Southern Xinjiang Power Grid Power Source. When reverse power transmission occurs in Xiabandi Hydroelectric Power Plant system, 220kV bus bar has high operating voltage, and machine-end operation voltage is higher due to high bus voltage. Power system Matlab/Simulink simulation software is applied for realizing modeling and simulation to the design plan of proposed system in order to better solve the problem of high voltage in the system. Simulation results can be well applied to practice. Meanwhile, the application of Matlab software has better realistic application significance in analyzing system transition process, realizing design optimization, anticipating dynamic impact on system, assisting in discovering short-circuit fault points and other aspects. Reference basis can be provided for solving subsequent similar problems through analyzing system simulation diagram, and it has certain reference value for similar power stations.

Key words: line fault; tripping; protection; simulation analysis; treatment

下坂地水力發(fā)電廠地處高寒、高海拔山區(qū)，裝機容量3×50MW，電氣主接線采用發(fā)變組單元接線，機端額定電壓10.5kV，經(jīng)10.5kV母線送至額定容量為63MVA三相雙線圈無勵磁調(diào)壓升壓變壓器SSP9—63000/220的低壓側(cè)，主變高壓側(cè)送至220kV單母線。220kV單母線經(jīng)由173km線路送至220kV英吉沙變電站。

1倒送電電廠220kV母線運行電壓情況

下坂地水力發(fā)電廠由電網(wǎng)經(jīng)過輸電線路首次倒送電至220kV母線時，全線路容性無功20Mvar，坂英線下坂地側(cè)母線電壓維持在252kV。為確保機組并網(wǎng)，主變壓器擋位調(diào)五擋運行，10kV母線運行電壓11kV，機組長期進相運行，嚴重損壞發(fā)電機定子、電力電纜、互感器等相關(guān)設(shè)備的電氣絕緣，同時也影響到了電氣設(shè)備的使用壽命。

下坂地電廠地處帕米爾高原，設(shè)計爬電比距為：252kV下，不小于3.1cm/kV，相當程度上影響設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運行。

2反送電坂英線電壓仿真與分析

下坂地水力發(fā)電廠首臺機組并網(wǎng)前[1]，通過220kV對側(cè)英吉沙變電所向下坂地220kV母線反送電。為較好地還原系統(tǒng)運行工況，依據(jù)設(shè)備運行情況及對應(yīng)參數(shù)，利用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱進行系統(tǒng)仿真。Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱功能非常強大，它用于電機系統(tǒng)、電力傳輸?shù)冗^程的仿真，通過對電路圖中的信號進行穩(wěn)態(tài)分析，可以較好地還原故障發(fā)展過程，能夠較好地反映過渡過程。在Simulink模式下搭建電力系統(tǒng)仿真圖[2]。系統(tǒng)仿真如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)仿真圖

仿真狀態(tài)下，英吉沙變電所220kV母線電壓如下圖2所示。

圖2　反送電英吉沙變電所側(cè)220kV母線電壓仿真圖

仿真情況下，下坂地水力發(fā)電廠220kV母線電壓如圖3所示。

圖3　反送電下坂地水力發(fā)電廠側(cè)220kV母線電壓仿真圖

仿真結(jié)果顯示：長距離容性線路，在未采取補償措施的情況下，英吉沙變電所側(cè)220kV母線電壓242.4kV，下坂地電廠側(cè)220kV母線電壓249.2kV。

實際運行電壓與仿真結(jié)果吻合，南疆電網(wǎng)感性負荷少，英吉沙變電所通過173km線路送電至下坂地220kV母線，下坂地220kV母線實際運行電壓已達251kV，處于220kV設(shè)備運行電壓的上限。220kV設(shè)備運行電壓高導致機組運行機端電壓偏高，高原電氣設(shè)備電氣爬電比距大，長期運行將嚴重影響設(shè)備的絕緣[3]，進而影響高壓設(shè)備特別是發(fā)電機定子、高壓電纜等的使用壽命。

3機端運行電壓高解決方案

為有效解決下坂地水力發(fā)電廠特定系統(tǒng)條件下運行電壓高的問題，經(jīng)研究決定就近采用并聯(lián)電抗器的補償原則，增加電抗器[4]吸收線路無功。

利用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱進行系統(tǒng)仿真，根據(jù)被研究的真實系統(tǒng)模型，利用計算機研究數(shù)學模型。在Simulink模式下搭建系統(tǒng)仿真圖如圖4所示。

圖4　下坂地電廠側(cè)電抗補償仿真圖

增加電抗器后，220kV母線電壓仿真如圖5所示。

圖5　采取電抗補償措施系統(tǒng)仿真電壓圖

仿真結(jié)果顯示：增加1組1萬kVar電抗器后，系統(tǒng)電壓維持在245.3kV左右。

實際增加電抗器后，電廠220kV母線在機組基本不進相的情況下[5]，維持在246～248kV，實際運行結(jié)果較好地印證了仿真結(jié)果。采取增加并聯(lián)電抗器后，機組基本處于滯相運行狀態(tài)，較好地保證了機組運行工況。

4建議

仿真結(jié)果與實際運行相互印證表明：實際應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計不合理給電站的安全、穩(wěn)定運行帶來較大的負面影響[6]。利用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱進行系統(tǒng)仿真，實現(xiàn)了對擬投入系統(tǒng)的電力系統(tǒng)動態(tài)過程仿真，為科學、合理決策提供了依據(jù)。同時，應(yīng)用Matlab仿真軟件對于分析系統(tǒng)的過渡過程、實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化、預(yù)判對系統(tǒng)的動態(tài)沖擊、協(xié)助查找短路故障點[7]等方面也具有較好的現(xiàn)實應(yīng)用意義。

參考文獻

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[2]肖俊明,余義華,賈良寶,等.基于仿真的主變非完全差動保護誤動分析與處理[J].水利水電技術(shù),2014,45(4):50-54.

[3]余義華.基于MATLAB/Simulink的GIS盆式絕緣子閃絡(luò)放電分析與處理[J].水利水電技術(shù),2012,43(10):88.

[4]魯慶.基于MATLAB動態(tài)無功補償仿真研究[J].工業(yè)控制計算機,2010,23(12):29-30.

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[6]吳家泉,譚昆玲,阮永平.電力系統(tǒng)無功補償仿真分析[J].電力電容器,2005(4):18-20.

[7]余義華. 基于Simulink的220kV高壓電纜頭閃絡(luò)放電分析與處理[J].電工技術(shù),2014(8):17.