500 kV開關(guān)站母差保護啟動調(diào)試時合環(huán)電流計算

吳玉鵬，貝俊娟，李 瀟，邱立偉，孫 斌（.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 34300；.中國核電工程有限公司，北京 00840）

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500 kV開關(guān)站母差保護啟動調(diào)試時合環(huán)電流計算

吳玉鵬1，貝俊娟2，李 瀟1，邱立偉1，孫 斌1
（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300；2.中國核電工程有限公司，北京 100840）

〔摘 要〕根據(jù)某500 kV聯(lián)合開關(guān)站主接線方式建立開關(guān)站內(nèi)電流分布計算的等效電路模型和電力網(wǎng)絡(luò)方程；利用MATLAB的基本編程計算出Ⅰ母側(cè)合環(huán)試驗時的合環(huán)電流，并通過與實測數(shù)據(jù)對比分析驗證了模型的正確性。利用該模型，計算出Ⅱ母側(cè)合環(huán)試驗時的電流分布特征，為Ⅱ母母差保護校驗時合環(huán)方式的合理選擇提供了依據(jù)。

〔關(guān)鍵詞〕開關(guān)站；母差保護；合環(huán)電流；節(jié)點電壓法；電流分布

0 引言

某500 kV聯(lián)合開關(guān)站采用3/2接線，共有4個完整串和2個不完整串。某核電站2期4臺核電機組通過2個完整串和2個不完整串，3期2臺核電機組通過秦重5421/5422線和2個完整串，由秦喬5413/5414線、秦由5415線、秦拳5416線送入華東電網(wǎng)，其主接線如圖1所示。

圖1 500 kV聯(lián)合開關(guān)站主接線

2013年11月，該500 kV聯(lián)合開關(guān)站Ⅰ母母差保護升級改造，并依據(jù)《華東電網(wǎng)交流500 kV輸變電設(shè)備啟動投運管理規(guī)定》實施投運前的啟動調(diào)試。根據(jù)Ⅰ母母差保護啟動調(diào)試方案，分別通過5011-5031，5022-5031，5031-5041，5041-5051，5051-5061開關(guān)合環(huán)運行，利用合環(huán)電流校驗核對母差保護相關(guān)CT極性和接線是否正確，最后通過Ⅰ母合環(huán)運行復校母差保護。

在校驗過程中，因5051-5061開關(guān)合環(huán)運行時合環(huán)電流很小無法準確測量，導致試驗失敗，無法驗證5061開關(guān)支路的CT極性和接線正確性。所以改變了試驗方案，改為5031/5061開關(guān)合環(huán)，對5061開關(guān)支路的CT極性和接線的正確性進行驗證。

以下通過建立開關(guān)站內(nèi)電流計算模型，計算Ⅰ母側(cè)開關(guān)合環(huán)運行時的合環(huán)電流以及Ⅰ母合環(huán)運行時各支路的電流，并與實測數(shù)據(jù)對比分析，驗證計算模型和方法的正確性和有效性。利用該模型，計算Ⅱ母側(cè)的合環(huán)電流，為Ⅱ母母差保護校驗時的合環(huán)方式選擇提供了依據(jù)。

1 等效電力網(wǎng)絡(luò)模型

要計算開關(guān)站內(nèi)分布電流，首先建立了開關(guān)站的電力網(wǎng)絡(luò)模型，如圖2所示。

（2） 支路阻抗以集中參數(shù)表示，忽略各支路導體對地分布電容的影響。

（3） 站內(nèi)開關(guān)、閘刀、流變的電阻一般為微歐級，網(wǎng)絡(luò)模型中僅考慮連接導體的阻抗。

（4） 主變及線路作為相應(yīng)節(jié)點的電源和負荷，根據(jù)實時數(shù)據(jù)，已知電源電流和負荷電流。

圖2 500 kV聯(lián)合開關(guān)站等效電路模型

2 等效電路參數(shù)

2.1 支路阻抗

根據(jù)GIS廠家提供的參數(shù)和導體布置圖，單位長度導體電阻為10.66 μ?/m，單位長度導體電感0.25 μH/m，計算出網(wǎng)絡(luò)模型中各支路阻抗，如表1所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)模型中各支路阻抗

2.2 節(jié)點注入電流

節(jié)點注入電流可理解為節(jié)點電源電流與負荷電流之和，并規(guī)定流向網(wǎng)絡(luò)的電流為正。為方便計算，假設(shè)節(jié)點注入電流同相位。網(wǎng)絡(luò)模型中各節(jié)點注入電流如表2所示。

表2 網(wǎng)絡(luò)模型中各節(jié)點注入電流 A

3 電力網(wǎng)絡(luò)方程

計算開關(guān)站內(nèi)分布電流，即計算開關(guān)站等效電力網(wǎng)絡(luò)的潮流。根據(jù)該500 kV聯(lián)合開關(guān)站等值電路網(wǎng)絡(luò)的已知參數(shù)和變量，可直接建立線性的節(jié)點電壓方程：IB=YBUB，其中：IB是節(jié)點注入電流的列向量；UB是節(jié)點電壓的列向量；YB是節(jié)點導納矩陣。其階數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)中除參考點外的節(jié)點數(shù)。

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節(jié)點電壓方程可展開為：

式中，Yii為節(jié)點i的自導納，數(shù)值上等于與該節(jié)點直接連接的所有支路導納總和；Yij為節(jié)點i，j之間的互導納，數(shù)值上等于連接節(jié)點i，j支路導納的負值。沒有直接聯(lián)系的2節(jié)點之間的互導納為0；站內(nèi)某開關(guān)斷開，電路模型中該支路導納亦為0。結(jié)合該500 kV聯(lián)合開關(guān)站等效電路模型，形成22×22階節(jié)點導納矩陣和節(jié)點注入電流列向量，求解出節(jié)點電壓列向量UB。則支路電流可得：。式中：I˙ij為節(jié)點i，j之間的支路電流；U˙i，U˙j為節(jié)點i，j的電壓。

4 合環(huán)電流計算

4.1 Ⅰ母母線保護校驗合環(huán)電流計算

運用MATLAB強大的矩陣運算能力和基本編程，求解上述22階的線性復數(shù)方程組。按照Ⅰ母母線保護校驗方案的合環(huán)方式，計算各合環(huán)電流。開關(guān)合環(huán)時的電流如表3所示，表中給出的電流值為二次值，CT變比為2 500/1。由表3可知，保護校驗過程中5051-5061開關(guān)合環(huán)時的合環(huán)電流為0，與理論計算基本相符合。Ⅰ母合環(huán)時各支路的實測電流和計算電流如表4所示。對比可見，實測值與計算結(jié)果基本吻合，說明上述計算模型和方法是正確和有效的。

表3 開關(guān)合環(huán)時的電流 A

表4 Ⅰ母合環(huán)時各支路電流 A

4.2 Ⅱ母母線保護校驗合環(huán)電流計算

為了在Ⅱ母母線保護校驗時，不發(fā)生類似Ⅰ母開關(guān)合環(huán)電流為0（校驗失敗）的情況，在Ⅱ母母線保護校驗方案編制前，利用上述計算模型對Ⅱ母各合環(huán)方式下的合環(huán)電流進行預測計算。

（1） 將各主變和線路的潮流用Ⅰ母母線保護校驗時的數(shù)據(jù)代替。

（2） 由于Ⅱ母母線保護校驗是在4號機組大修期間進行的，故將3，4號主變的潮流數(shù)據(jù)對換。

Ⅱ母母線保護校驗合環(huán)電流預測計算結(jié)果如表5所示。從表5可見，5043-5053合環(huán)、5043-5063合環(huán)、5053-5063合環(huán)時，合環(huán)電流計算值都較小，在選擇合環(huán)方式時應(yīng)避開；檢修后，Ⅱ母首次送電時，應(yīng)選擇線路側(cè)開關(guān)對Ⅱ母進行沖擊，以減少合閘故障對機組的沖擊；在校驗過程中，應(yīng)考慮減少開關(guān)的倒閘操作次數(shù)。

表5 Ⅱ母母線保護校驗合環(huán)電流預測計算結(jié)果 A

綜合上述因素，Ⅱ母母差保護校驗方案選擇為分別通過5012-5043，5023-5043，5033-5043，5033-5053，5033-5063開關(guān)合環(huán)運行。按此方案，利用合環(huán)電流成功校驗了Ⅱ母母差保護相關(guān)CT極性和接線的正確性，最后通過Ⅱ母合環(huán)運行成功進行了母差保護的復校。

將各主變和線路潮流用Ⅱ母母差保護校驗時的實時數(shù)據(jù)替代，并進行計算。表6、表7給出了開關(guān)合環(huán)和各支路實測電流和計算電流，對比結(jié)果吻合，再次驗證了計算模型的正確性。

表6 Ⅱ母母差保護校驗時開關(guān)合環(huán)電流 A

5 結(jié)束語

通過分析該500 kV聯(lián)合開關(guān)站主接線，建立站內(nèi)等效電力網(wǎng)絡(luò)模型和電力網(wǎng)絡(luò)方程，計算在母差保護校驗期間各合環(huán)方式下的電流。

表7 Ⅱ母母差保護校驗時各支路電流 A

（1） 通過計算電流和實測數(shù)據(jù)的對比，兩者基本吻合，說明以上建立的電路模型和使用的計算方法，能夠符合實際情況。

（2） 從計算結(jié)果看，Ⅰ母母差保護校驗期間5051-5061開關(guān)合環(huán)時，由于站內(nèi)電流分布特征的影響，導致合環(huán)電流測量失敗。

（3） 利用該計算模型，對Ⅱ母各合環(huán)方式下的合環(huán)電流進行預測計算，參考計算結(jié)果合理選擇了Ⅱ母母差保護啟動調(diào)試時的合環(huán)方式，為Ⅱ母母差保護啟動調(diào)試的順利進行奠定了基礎(chǔ)。

（4） 以上建立的電路模型和計算方法可適用該500 kV聯(lián)合開關(guān)站內(nèi)任一運行方式下的任一開關(guān)支路電流的計算，并可為站內(nèi)電流分布特征研究提供相應(yīng)的參考。

參考文獻：

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4 劉保柱，蘇彥華，張宏林.MATLAB 7.0從入門到精通［M］.北京：人民郵電出版社，2010.

吳玉鵬（1985-），男，工程師，主要從事核電廠繼電保護檢修工作，email：wuyp@cnnp.com.cn。

貝俊娟（1975-），女，高級工程師，主要從事核電廠電氣系統(tǒng)設(shè)計工作。

李 瀟（1975-），女，高級工程師，主要從事核電廠繼電保護檢修工作。

邱立偉（1983-），男，工程師，主要從事核電廠繼電保護檢修工作。

孫 斌（1985-），男，工程師，主要從事核電廠運行工作。

收稿日期：2015-12-16。

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