電網(wǎng)重合閘時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)天荒坪抽水蓄能電站保護(hù)影響的研究

鄭哲+趙峰

摘 要：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(xiàn)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(xiàn)路斷路器單相重合閘時(shí)間為1.3s（未投重合閘的線(xiàn)路不需調(diào)整）的可行性。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)重合閘；抽水蓄能電站；保護(hù)

引言

為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，需延長(zhǎng)線(xiàn)路斷路器單相重合閘時(shí)間為1.3s（未投重合閘的線(xiàn)路不需調(diào)整）的可行性。天荒坪抽水蓄能電站共有六臺(tái)機(jī)組，六臺(tái)機(jī)組以單機(jī)單變的發(fā)變組形式連接，每?jī)膳_(tái)變壓器高壓側(cè)連成一組與500kV斷路器相連。500kV開(kāi)關(guān)站采用內(nèi)橋接線(xiàn)方式，通過(guò)兩回500kV出線(xiàn)接入華東電網(wǎng)。天荒坪電站總裝機(jī)容量為6×300MW，單機(jī)額定電流10681A，額定電壓18kV。發(fā)電機(jī)經(jīng)Yn/Δ-11接線(xiàn)的主變接入500kV電網(wǎng)。

一、非全相運(yùn)行對(duì)機(jī)組機(jī)械設(shè)備的影響

同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為了控制原動(dòng)機(jī)向發(fā)電機(jī)輸出的機(jī)械功率，并保持電網(wǎng)的正常運(yùn)行頻率，并在各運(yùn)行的發(fā)電機(jī)之間合理地分配負(fù)荷，每一臺(tái)原動(dòng)機(jī)都配置了調(diào)速器，調(diào)速器一般通過(guò)控制汽輪機(jī)的汽門(mén)開(kāi)度或水輪機(jī)的導(dǎo)水葉開(kāi)度實(shí)現(xiàn)功率和頻率的調(diào)節(jié)。圖1給出了原動(dòng)機(jī)及調(diào)速器在電力系統(tǒng)中的作用，及其與其他元件的關(guān)系。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，其偏差進(jìn)入調(diào)速器，以控制汽輪機(jī)的汽門(mén)開(kāi)度或水輪機(jī)的導(dǎo)水葉開(kāi)度，改變?cè)瓌?dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，從而調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率。

發(fā)電工況下，機(jī)械功率起驅(qū)動(dòng)作用，電磁功率起制動(dòng)作用。線(xiàn)路由于重合閘單相斷開(kāi)后，發(fā)電機(jī)電磁功率減少，考慮機(jī)械系統(tǒng)的慣性，機(jī)械功率不變，功率的不平衡導(dǎo)致轉(zhuǎn)子加速，電磁功率回升，同時(shí)轉(zhuǎn)速的偏差導(dǎo)致調(diào)速器動(dòng)作，進(jìn)而使水輪機(jī)的導(dǎo)水葉開(kāi)度減小，機(jī)械功率隨之減小。

抽水工況下，機(jī)械功率起制動(dòng)作用，電磁功率起驅(qū)動(dòng)作用。線(xiàn)路由于重合閘單相斷開(kāi)后，發(fā)電機(jī)電磁功率減少，考慮機(jī)械系統(tǒng)的慣性，機(jī)械功率不變，功率的不平衡導(dǎo)致轉(zhuǎn)子減速，電磁功率回升，同時(shí)轉(zhuǎn)速的偏差導(dǎo)致調(diào)速器動(dòng)作，進(jìn)而使水輪機(jī)的導(dǎo)水葉開(kāi)度減小，機(jī)械功率隨之減小。

二、電網(wǎng)單相重合閘時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)電廠保護(hù)的影響

當(dāng)電廠出線(xiàn)上發(fā)生單相接地故障后，線(xiàn)路主保護(hù)跳閘，單跳斷開(kāi)故障線(xiàn)路，線(xiàn)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(xiàn)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)生的電氣量變化和可能對(duì)電廠保護(hù)的影響主要有以下幾個(gè)方面。

第一，在線(xiàn)路中產(chǎn)生零序、負(fù)序電壓和電流，線(xiàn)路、變壓器、發(fā)電電動(dòng)機(jī)（只有負(fù)序）的保護(hù)中，有多種原理采用零序、負(fù)序分量作為判據(jù)，若零序、負(fù)序分量幅值達(dá)到判據(jù)動(dòng)作門(mén)檻，且持續(xù)時(shí)間滿(mǎn)足延時(shí)要求，就會(huì)造成這些保護(hù)誤動(dòng)作。

零序電流保護(hù)方面，華東電網(wǎng)輸電線(xiàn)路采用反時(shí)限方向零序電流保護(hù)作為高阻接地時(shí)的后備保護(hù)，其靈敏度高，全網(wǎng)統(tǒng)一定值以實(shí)現(xiàn)自然配合。根據(jù)反時(shí)限動(dòng)作曲線(xiàn)，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)。單相重合閘期間非全相運(yùn)行產(chǎn)生零序電流，當(dāng)重合閘時(shí)間延長(zhǎng)時(shí)，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)，需要重點(diǎn)研究重合閘時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)零序反時(shí)限方向電流保護(hù)的影響，可能會(huì)有部分線(xiàn)路輸送功率限額需要下調(diào)。由于電廠出線(xiàn)同樣采用零序反時(shí)限方向過(guò)流保護(hù)，其送出功率可能會(huì)受影響。此外，變壓器、線(xiàn)路等采用的零序過(guò)流也需要校核。

負(fù)序電流保護(hù)方面，一般發(fā)電機(jī)和變壓器會(huì)采用負(fù)序定時(shí)限及反時(shí)限電流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及變壓器等重要電氣設(shè)備的后備保護(hù)，目前均和現(xiàn)有重合閘時(shí)間進(jìn)行配合。重合閘時(shí)間調(diào)整后，電廠負(fù)序電流保護(hù)定值需要校核。

第二，在發(fā)電機(jī)工況下，電廠出線(xiàn)單相重合閘期間，可能造成重合閘線(xiàn)路電壓升高，若出線(xiàn)有過(guò)壓保護(hù)，需要進(jìn)行校核；此時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率有可能發(fā)生變化，由此也可能對(duì)失步保護(hù)造成影響。

第三，在電動(dòng)機(jī)工況下，電廠出線(xiàn)單相重合閘期間，可能使得電動(dòng)機(jī)重合閘相關(guān)相輸入功率不足，可能對(duì)發(fā)電機(jī)低功率保護(hù)造成影響；輸入功率的降低也可能會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)帶動(dòng)的水泵功率造成影響。

三、研究結(jié)論

通過(guò)研究電廠的發(fā)變組保護(hù)、高廠變保護(hù)、出線(xiàn)線(xiàn)路保護(hù)、斷路器保護(hù)，得到線(xiàn)路斷路器重合閘時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)保護(hù)影響的研究結(jié)論。

不受出線(xiàn)單相重合閘時(shí)間延長(zhǎng)影響的保護(hù)有：①發(fā)電電動(dòng)機(jī)負(fù)序過(guò)流保護(hù)（發(fā)電方向）；②發(fā)電電動(dòng)機(jī)負(fù)序過(guò)流保護(hù)（抽水方向）；③發(fā)電電動(dòng)機(jī)過(guò)電壓保護(hù)；④發(fā)電電動(dòng)機(jī)低頻保護(hù)；⑤發(fā)電電動(dòng)機(jī)低功率保護(hù)；⑥主變中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)；⑦主變高壓側(cè)過(guò)流加低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖保護(hù)；⑧發(fā)電電動(dòng)機(jī)失步保護(hù)；⑨線(xiàn)路零序差動(dòng)保護(hù)；⑩線(xiàn)路零序方向過(guò)流保護(hù)。

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