重合閘時(shí)間調(diào)整對(duì)繼電保護(hù)影響分析

葉煒敏，陳勤，汪軍元

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200）

重合閘時(shí)間調(diào)整對(duì)繼電保護(hù)影響分析

葉煒敏，陳勤，汪軍元

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200）

根據(jù)重合閘時(shí)間調(diào)整的情況，對(duì)桐柏公司500 kV系統(tǒng)、300 MW抽水蓄能機(jī)組發(fā)變組、廠用電系統(tǒng)的繼電保護(hù)定值影響做了一個(gè)全面的分析，分析后得出結(jié)論，在修改低頻保護(hù)時(shí)間定值后，線路斷路器重合閘時(shí)間延長(zhǎng)到1.3 s，對(duì)公司保護(hù)運(yùn)行無(wú)影響。

線路重合閘時(shí)間調(diào)整；繼電保護(hù)；非全相運(yùn)行

1 引言

根據(jù)國(guó)家電力調(diào)度控制中心夏季聯(lián)合計(jì)算分析結(jié)論，華東主網(wǎng)500余條交流線路單相重合于單永故障時(shí)，會(huì)引起復(fù)奉、錦蘇、賓金三大特高壓直流同時(shí)換相失敗兩次，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響。為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需延長(zhǎng)線路斷路器單相重合閘時(shí)間為1.3 s。

桐柏抽水蓄能電站共有4臺(tái)機(jī)組，4臺(tái)機(jī)組以單機(jī)單變的發(fā)變組形式連接，每2臺(tái)變壓器高壓側(cè)連成1組與500 kV斷路器相連。500 kV開(kāi)關(guān)站采用內(nèi)橋接線方式，通過(guò)兩回500 kV出線接入華東電網(wǎng)。桐柏電站總裝機(jī)容量為4×300 MW，單機(jī)額定電流10 713 A，額定電壓18 kV。發(fā)電機(jī)經(jīng)Yn/Δ-11接線的主變接入500 kV電網(wǎng)。本文根據(jù)重合閘時(shí)間調(diào)整的情況，對(duì)桐柏電站500 kV系統(tǒng)、300 MW抽水蓄能機(jī)組發(fā)變組、廠用電系統(tǒng)的繼電保護(hù)定值影響做了一個(gè)全面的分析。

2 可能受影響的保護(hù)

當(dāng)電廠出線上發(fā)生單相接地故障后，線路主保護(hù)跳閘，單跳斷開(kāi)故障線路，線路兩相健全相運(yùn)行，持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為重合閘時(shí)間定值長(zhǎng)度，電網(wǎng)的單相重合閘時(shí)間延長(zhǎng)，使得線路非全相運(yùn)行狀態(tài)延長(zhǎng)。此時(shí)，由于電網(wǎng)非全相運(yùn)行，三相不平衡，產(chǎn)生的零序、負(fù)序電壓和電流電氣量變化可能影響電廠保護(hù),下面對(duì)可能影響的保護(hù)進(jìn)行分析。

2.1.變組保護(hù)

2.1.1.序過(guò)流保護(hù)（發(fā)電方向）

針對(duì)發(fā)電機(jī)的不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷、非全相運(yùn)行以及外部不對(duì)稱故障引起的負(fù)序過(guò)電流，負(fù)序保護(hù)由定時(shí)限過(guò)電流和反時(shí)限過(guò)電流兩部分組成。定時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)定值如表1所示。

表1.時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)定值

定時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)最小動(dòng)作時(shí)間為2.5 s，大于最長(zhǎng)重合閘時(shí)間1.3 s，認(rèn)為其不受重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響。

反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)定值如表2所示。

負(fù)序反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作于跳閘停機(jī)。負(fù)序反時(shí)限動(dòng)作方程：

其中，t2.op為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間；τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，這里取1 980 s（33×60=1 980 s）；I2*是負(fù)序電流標(biāo)幺值；I2∞為發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序電流，這里取9%的發(fā)電機(jī)額定電流。

表2.時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)定值

考慮反時(shí)限負(fù)序過(guò)流保護(hù)與線路重合閘時(shí)間配合情況。當(dāng)線路單相重合閘非全相期間，認(rèn)為發(fā)電機(jī)最大負(fù)序電流為發(fā)電機(jī)額定電流的0.6倍，則對(duì)應(yīng)負(fù)序保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為：

可見(jiàn)，在主變高壓側(cè)非全相時(shí)，發(fā)電機(jī)承受最大負(fù)序電流情況下，反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間45.06 s遠(yuǎn)大于重合閘時(shí)間1.3 s。

結(jié)論：重合閘時(shí)間由原1.0 s調(diào)整為1.3 s對(duì)負(fù)序過(guò)流保護(hù)（發(fā)電方向）無(wú)影響。

2.1.2.序過(guò)流保護(hù)（抽水方向）

發(fā)電方向的負(fù)序過(guò)流保護(hù)與抽水方向的負(fù)序過(guò)流保護(hù)整定相同，同樣當(dāng)線路單相重合閘非全相期間，認(rèn)為電動(dòng)機(jī)最大負(fù)序電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的0.6倍。與校核發(fā)電方向負(fù)序過(guò)流保護(hù)的方法相同。

結(jié)論：重合閘時(shí)間由原1.0 s調(diào)整為1.3 s對(duì)負(fù)序過(guò)流保護(hù)（抽水方向）無(wú)影響。

2.1.3.頻保護(hù)

當(dāng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在抽水工況下，在線路重合閘期間，發(fā)電電動(dòng)機(jī)吸收的電功率降低，可能會(huì)導(dǎo)致低頻保護(hù)動(dòng)作，對(duì)低頻保護(hù)進(jìn)行校核。

由表3可知，1～4號(hào)發(fā)電電動(dòng)機(jī)低頻保護(hù)（抽水工況）有兩段構(gòu)成，一段動(dòng)作頻率為48 Hz，動(dòng)作時(shí)間為1 s，時(shí)間較短，作為抽水工況下的低頻保護(hù)；二段動(dòng)作頻率為48 Hz，動(dòng)作時(shí)間為30 s，時(shí)間較長(zhǎng)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)只有運(yùn)行在抽水工況下，重合閘期間，才會(huì)出現(xiàn)頻率降低問(wèn)題。抽水工況下低頻保護(hù)動(dòng)作時(shí)間定值1 s，小于重合閘時(shí)間1.3 s，可能受重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響。

表3.頻保護(hù)定值

結(jié)論：低頻保護(hù)時(shí)間定值1 s，小于線路重合閘時(shí)間1.3 s，在抽水工況下電動(dòng)機(jī)頻率可能下降，低頻保護(hù)可能會(huì)受線路單相重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響。桐柏公司已將低頻保護(hù)時(shí)間定值由1 s改為2 s。改動(dòng)后，線路重合閘時(shí)間1.3 s對(duì)低頻保護(hù)無(wú)影響。

2.1.4.功率保護(hù)

低功率保護(hù)整定值為30%PN(機(jī)組額定功率)，動(dòng)作時(shí)間t=2 s，動(dòng)作于跳閘停機(jī)。

為防止電動(dòng)機(jī)工況下，輸入功率過(guò)低和失去電源，發(fā)電電動(dòng)機(jī)應(yīng)裝設(shè)低功率保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)。在線路非全相運(yùn)行時(shí)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)輸入電功率降低，可能會(huì)導(dǎo)致低功率保護(hù)動(dòng)作，需要對(duì)低功率保護(hù)進(jìn)行校核。

桐柏公司主變采用Yn/Δ-11接線，接線方式如圖1所示。當(dāng)主變高壓側(cè)斷路器在單相重合閘過(guò)程中，以A相重合閘為例，A相電流為零，假設(shè)不考慮A相斷線時(shí)B、C相負(fù)荷轉(zhuǎn)移，B、C相電流不變，為額定電流。那么低壓側(cè)A相電流為0.58倍額定電流，斷線情況下，線電壓不變，則低壓側(cè)A相輸出功率為0.58 PN。

圖1.n/Δ-11變壓器接線

重合閘期間，斷線相A相功率降低為0.58 PN，大于低功率保護(hù)整定值0.3 PN，而且保護(hù)動(dòng)作時(shí)間t=2 s＞1.3 s，保護(hù)定值和動(dòng)作時(shí)間都能保證低功率保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

結(jié)論：線路單相重合閘時(shí)間為1.3 s時(shí)，低功率保護(hù)不會(huì)受線路單相重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響。

2.1.5.變零序過(guò)流保護(hù)

主變零序過(guò)流保護(hù)有A、B兩組，每組包含兩段保護(hù)。1～4號(hào)主變A、B兩組零序過(guò)流保護(hù)的I段延時(shí)均為5 s，II段延時(shí)均為4.5 s。遠(yuǎn)大于重合閘時(shí)間1.3 s。

結(jié)論：線路單相重合閘時(shí)間為1.3 s時(shí)，主變零序過(guò)流保護(hù)時(shí)間定值大于重合閘時(shí)間，不受線路單相重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響

2.2.廠線路與斷路器保護(hù)

2.2.1.路零序電流和零序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)

桐蒼5419、5420線分相電流差動(dòng)保護(hù)P546只投差動(dòng)，不受重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響；第一套后備距離（方向零流）保護(hù)RCS931DMM投入零序反時(shí)限過(guò)流保護(hù)；第二套高頻距離（含第二套后備距離、方向零流）保護(hù)RCS-902CD投入零序高頻方向過(guò)流，反時(shí)限零流保護(hù)。零序電流保護(hù)定值如表4所示。

表4.路零序電流保護(hù)定值

2.2.2.路縱聯(lián)保護(hù)的零序方向過(guò)流

RCS-902CD的縱聯(lián)保護(hù)的零序方向過(guò)流定值為0.3 A，線路單相重合閘期間零序電流最大等于斷線前負(fù)荷電流，可能高于定值，且斷相線路零序功率方向?yàn)檎较?，可能引起零序方向過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)。

經(jīng)咨詢南瑞繼保廠家，縱聯(lián)零序在重合閘期間自動(dòng)退出運(yùn)行，重合閘時(shí)間延長(zhǎng)不影響該保護(hù)。

結(jié)論：重合閘時(shí)間延長(zhǎng)為1.3 s后，不會(huì)引起桐蒼線、桐巖線的零序方向電流保護(hù)誤動(dòng)。

2.2.3.路零序反時(shí)限電流保護(hù)與輸送功率限額計(jì)算

（1）零序反時(shí)限過(guò)流特性

華東電網(wǎng)500 kV線路保護(hù)全部采用統(tǒng)一的IEC標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限曲線，如圖2所示，其具體的動(dòng)作方程如下：

其中，Tp整定為0.4 s，Ip整定為400 A。

從反時(shí)限動(dòng)作曲線來(lái)看，零序電流越大，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越短；零序電流越小，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)重合閘時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，非全相運(yùn)行產(chǎn)生零序電流，有可能出現(xiàn)零序反時(shí)限保護(hù)在重合閘之前動(dòng)作的情況。為防止零序反時(shí)限保護(hù)誤動(dòng)，必須限制線路的輸送功率。

（2）功率限額計(jì)算

功率限額計(jì)算方法：將擬調(diào)整的重合閘時(shí)間帶入零序反時(shí)限動(dòng)作方程，計(jì)算出線路非全相運(yùn)行時(shí)的零序電流，通過(guò)零序電流與故障前負(fù)荷電流的關(guān)系計(jì)算出故障前線路輸送的有功功率值，作為重合閘時(shí)間延長(zhǎng)后的線路輸送功率限額。經(jīng)計(jì)算，為防止保護(hù)誤動(dòng)，應(yīng)按重合閘時(shí)間1.3 s時(shí)限制線路輸送有功功率為2 850 MW。

（3）現(xiàn)有穩(wěn)定限額分析

按照上述算法計(jì)算線路輸送功率限額，對(duì)照華東調(diào)度方式專業(yè)編制的《2015年華東電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定》中各條線路的穩(wěn)定限額，梳理出電廠兩條出線線路的功率限額，如表5所示。、

表5.華東方式給定電廠限額

每臺(tái)發(fā)電機(jī)額定輸出功率為300 MW，4臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)的額定輸出有功功率為300 MW× 4=1 200 MW。桐蒼線或桐巖線出現(xiàn)最大潮流時(shí)對(duì)應(yīng)桐巖線或桐蒼線停運(yùn)的情形，即桐蒼線和桐巖線運(yùn)行時(shí)的最大潮流為4臺(tái)發(fā)電機(jī)滿發(fā)且兩條線路任一線停運(yùn)的情況，也即為1 200 MW。

該情形下的最大潮流1 200 MW小于2 850 MW（重合閘時(shí)間為1.3 s時(shí)對(duì)應(yīng)的線路功率限額）。

結(jié)論：重合閘時(shí)間延長(zhǎng)為1.3 s后，不會(huì)引起桐蒼線、桐巖線的零序反時(shí)限電流保護(hù)誤動(dòng)。

2.2.4.路器三相不一致保護(hù)

我公司的斷路器的三相不一致保護(hù)整定時(shí)間為2 s，配置在斷路器本體。經(jīng)過(guò)對(duì)繼電器校驗(yàn)報(bào)告的核對(duì)以及對(duì)桐蒼5 419線時(shí)間的校核，檢查結(jié)果動(dòng)作時(shí)間正確，滿足要求。

結(jié)論：重合閘時(shí)間延長(zhǎng)為1.3 s后，斷路器三相不一致保護(hù)不受影響

3 總結(jié)

通過(guò)分析桐柏公司的發(fā)變組保護(hù)、高廠變保護(hù)、出線線路保護(hù)、斷路器保護(hù)，在修改低頻保護(hù)時(shí)間定值后，線路斷路器重合閘時(shí)間延長(zhǎng)到1.3 s，對(duì)桐柏公司其他保護(hù)無(wú)影響，保護(hù)可以正常投入，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

TM77

B

1672-5387（2017）09-0009-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.004

2017-06-19

葉煒敏(1971-)，男，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)化。