UPFC串聯(lián)變壓器啟動(dòng)試驗(yàn)保護(hù)配置方法

李 鵬，王玉婷 ，孔祥平，林金嬌

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211032）

0 引言

統(tǒng)一潮流控制器UPFC（Unified Power Flow Controller）是目前最先進(jìn)的靈活交流輸電技術(shù)，由并聯(lián)側(cè)換流器及串聯(lián)側(cè)換流器組成，其通過(guò)控制串聯(lián)注入線路的電壓矢量來(lái)調(diào)節(jié)線路潮流，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)潮流分布的靈活控制［1-3］。

UPFC工程系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試是工程建設(shè)的最后一道工序，在啟動(dòng)調(diào)試階段，需要完成UPFC相關(guān)主設(shè)備充電及控制保護(hù)系統(tǒng)功能帶電檢驗(yàn)，其中串聯(lián)變壓器及其相關(guān)設(shè)備的啟動(dòng)調(diào)試是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?？紤]到UPFC串聯(lián)變壓器接線形式及接入系統(tǒng)方式的特殊性，傳統(tǒng)的變壓器（并聯(lián)接入電網(wǎng)）充電啟動(dòng)調(diào)試方法不再適用［4］。由于串聯(lián)變壓器啟動(dòng)調(diào)試方法和充電路徑的特殊性，需要在其啟動(dòng)調(diào)試期間配置完備可靠的繼電保護(hù)方案，以保證在啟動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中帶電區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，有可靠快速的保護(hù)來(lái)切斷電源，防止事故影響擴(kuò)大，保證設(shè)備和人員的安全。

本文針對(duì)串聯(lián)變壓器閥側(cè)和網(wǎng)側(cè)啟動(dòng)試驗(yàn)方法的特殊性，提出了一種適應(yīng)UPFC串聯(lián)變壓器啟動(dòng)的繼電保護(hù)配置方法，并給出了保護(hù)整定和配合方案。該方法已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)首套UPFC工程的系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)于保證系統(tǒng)調(diào)試順利、有效開展及工程順利投運(yùn)有重要的意義。

1 UPFC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

UPFC綜合了靜止同步補(bǔ)償器和靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的作用，且功能更強(qiáng)大。UPFC核心設(shè)備中有2個(gè)電壓源換流器，其中一個(gè)電壓源換流器通過(guò)并聯(lián)變壓器接入電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行，另外一個(gè)電壓源換流器通過(guò)串聯(lián)變壓器接入電網(wǎng)串聯(lián)運(yùn)行。UPFC通過(guò)控制串接入線路的電壓幅值及相位實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)潮流控制，整體結(jié)構(gòu)及主要設(shè)備如圖1所示，圖中，TBS為晶閘管旁路開關(guān)。

圖1 UPFC系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of UPFC system

UPFC串聯(lián)變壓器高壓側(cè)繞組采用Ⅲ型接線方式，繞組首末端串接入線路中，低壓側(cè)一般采用星型接線方式，與換流閥相連接。由于UPFC系統(tǒng)串聯(lián)變壓器接線方式的特殊性，傳統(tǒng)的變壓器啟動(dòng)調(diào)試方法不再適用，主要體現(xiàn)在：

a.串聯(lián)變壓器低壓側(cè)連接換流閥，無(wú)法從低壓側(cè)直接對(duì)串聯(lián)變壓器進(jìn)行充電投切；

b.串聯(lián)變壓器高壓側(cè)繞組直接串接入線路中，且在高壓側(cè)和低壓側(cè)配置旁路開關(guān)，根據(jù)其接入方式和運(yùn)行要求，低壓側(cè)空載時(shí)串聯(lián)變壓器不能在高、低壓側(cè)均開路的情況下串接入系統(tǒng)，否則可能產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)激磁而危及主設(shè)備，故無(wú)法從高壓側(cè)對(duì)串聯(lián)變壓器進(jìn)行充電投切。

由于系統(tǒng)串聯(lián)變壓器接線方式及接入系統(tǒng)的特殊性，傳統(tǒng)的變壓器（并聯(lián)接入電網(wǎng)）充電啟動(dòng)調(diào)試方法不再適用。

2 UPFC串聯(lián)變壓器充電方案

為了有效開展UPFC串聯(lián)變壓器啟動(dòng)調(diào)試試驗(yàn)，全面驗(yàn)證設(shè)備性能，分別針對(duì)串聯(lián)變壓器閥側(cè)和網(wǎng)側(cè)進(jìn)行充電。

2.1 串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電方式

串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)，通過(guò)開關(guān)場(chǎng)刀閘將串聯(lián)變壓器閥側(cè)連接至并聯(lián)變壓器閥側(cè)，以圖2所示系統(tǒng)接線為例，合DS11和DS22，通過(guò)開關(guān)QF3進(jìn)行串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電。

串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電方式主要包括以下2種：

a.串聯(lián)變壓器高壓側(cè)隔離狀態(tài)充電（帶電區(qū)域見圖2中加粗區(qū)域），串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)連接刀閘DS1、DS2分位，接地刀閘 ES1、ES2分位；

b.高壓側(cè)帶線路母線側(cè)電壓互感器充電（帶電區(qū)域見圖3中加粗區(qū)域），串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)聯(lián)接刀閘DS1合位、DS2分位，接地刀閘ES1分位、ES2合位。

2.2 串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)充電方式

串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)充電及線路合環(huán)（簡(jiǎn)稱為充電方式3）示意圖如圖4所示。進(jìn)行串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)充電試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)線路開關(guān)對(duì)串聯(lián)變壓器進(jìn)行充電，利用線路合環(huán)運(yùn)行功率進(jìn)行串聯(lián)變壓器保護(hù)相關(guān)測(cè)量回路帶負(fù)荷校驗(yàn)，帶電區(qū)域如圖4中的加粗區(qū)域所示。

圖2 充電方式1示意圖Fig.2 Schematic diagram of charging mode 1

圖3 充電方式2示意圖Fig.3 Schematic diagram of charging mode 2

圖4 充電方式3示意圖Fig.4 Schematic diagram of charging mode 3

3 串聯(lián)變壓器啟動(dòng)調(diào)試保護(hù)配置要求

UPFC工程系統(tǒng)調(diào)試期間，所有帶電區(qū)域需要配置可靠的保護(hù)，在發(fā)生故障時(shí)快速切斷電源、隔離設(shè)備。在進(jìn)行串聯(lián)變壓器充電試驗(yàn)前，針對(duì)圖2—4所示的帶電區(qū)域，需設(shè)計(jì)臨時(shí)保護(hù)配置及配合方案。UPFC串聯(lián)變壓器啟動(dòng)時(shí)對(duì)保護(hù)配置的基本要求如下：UPFC并聯(lián)變壓器保護(hù)已按調(diào)度下達(dá)的定值進(jìn)行正確整定并投入；UPFC串聯(lián)變壓器保護(hù)已按調(diào)度下達(dá)的定值進(jìn)行正確整定并投入；UPFC控制保護(hù)系統(tǒng)已按調(diào)度下達(dá)的定值進(jìn)行正確整定并投入。

并聯(lián)變壓器及串聯(lián)變壓器的主保護(hù)為差動(dòng)保護(hù)，在差動(dòng)回路相關(guān)電流互感器進(jìn)行帶負(fù)荷校驗(yàn)前，對(duì)設(shè)備充電時(shí)需另外配置臨時(shí)保護(hù)作為后備保護(hù)。

進(jìn)行串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)充電試驗(yàn)時(shí)要求線路保護(hù)正常運(yùn)行。串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)繞組屬于線路保護(hù)范圍內(nèi)，其發(fā)生故障時(shí)線路保護(hù)應(yīng)快速動(dòng)作并跳開線路開關(guān)，切斷電源。串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)充電試驗(yàn)中，串聯(lián)變壓器漏抗串聯(lián)接入線路，需要考慮該漏抗對(duì)線路距離保護(hù)的影響。

4 串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電臨時(shí)過(guò)流保護(hù)

4.1 串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電臨時(shí)過(guò)流保護(hù)配置

串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)，在并聯(lián)變壓器閥側(cè)開關(guān)QF3上加裝不帶方向的過(guò)流保護(hù)，作為串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)，該保護(hù)動(dòng)作時(shí)跳開QF3?？紤]保護(hù)范圍末端（帶電區(qū)域最遠(yuǎn)處）發(fā)生故障時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作，及并聯(lián)變壓器閥側(cè)引線故障時(shí)保護(hù)能快速切除故障，臨時(shí)過(guò)流保護(hù)的整定應(yīng)滿足以下條件。

a.由串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電方式可知，圖3所示的串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)帶線路母線側(cè)電壓互感器充電方式下帶電區(qū)域最大，故臨時(shí)過(guò)流保護(hù)進(jìn)行整定時(shí)要保證保護(hù)范圍能覆蓋到圖3所示的帶電區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生金屬性故障時(shí)，保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度。

b.臨時(shí)過(guò)流保護(hù)定值設(shè)置應(yīng)能躲過(guò)串聯(lián)變壓器低壓側(cè)充電時(shí)的勵(lì)磁涌流，應(yīng)結(jié)合串聯(lián)變壓器充電勵(lì)磁涌流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)行整定。

c.臨時(shí)過(guò)流保護(hù)設(shè)置2段過(guò)流保護(hù)：Ⅰ段為速動(dòng)段，主要針對(duì)充電時(shí)并聯(lián)變壓器與串聯(lián)變壓器閥側(cè)連接引線區(qū)的故障；Ⅱ段為延時(shí)段，保證保護(hù)范圍能覆蓋到圖3所示的帶電區(qū)域，并通過(guò)定值和延時(shí)來(lái)躲避串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)的勵(lì)磁涌流。

4.2 串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電臨時(shí)過(guò)流保護(hù)整定

根據(jù)圖2和圖3所示的帶電區(qū)域，臨時(shí)過(guò)流保護(hù)整定時(shí)考慮帶電區(qū)域最遠(yuǎn)處發(fā)生故障時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作，即圖5中網(wǎng)側(cè)發(fā)生末端故障，相應(yīng)的故障回路如圖6所示，折算至并聯(lián)變壓器閥側(cè)的故障點(diǎn)各序等值回路如圖7所示，其中，Xs為并聯(lián)側(cè)系統(tǒng)等值阻抗（單位為Ω）；Xsh為并聯(lián)變壓器漏抗（單位為 Ω）；XseHM為串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)-閥側(cè)漏抗（單位為Ω）；XseHL為串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)-閥側(cè)漏抗（單位為Ω）。

由于UPFC系統(tǒng)運(yùn)行及換流器工作的需要，串聯(lián)變壓器及并聯(lián)變壓器閥側(cè)中性點(diǎn)一般經(jīng)高阻接地，發(fā)生故障時(shí)，圖5中閥側(cè)零序電流分量很小，可以忽略，故QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)測(cè)得的電流 Ip（Ip=Ivt1）由故障點(diǎn)電流 If的正序分量 If（1）和負(fù)序分量 If（2）構(gòu)成［5-6］。

基于圖5和并聯(lián)側(cè)母線短路容量，對(duì)各種故障下的故障電流進(jìn)行計(jì)算。其中，發(fā)生連接引線故障時(shí)臨時(shí)過(guò)流保護(hù)測(cè)得的最小故障電流為Ip_v，網(wǎng)側(cè)末端發(fā)生故障時(shí)臨時(shí)過(guò)流保護(hù)測(cè)得的最小故障電流為Ip_g。根據(jù)故障電流計(jì)算結(jié)果，本文針對(duì)臨時(shí)過(guò)流保護(hù)整定給出以下建議［7-8］。

圖5 串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)發(fā)生故障情況下的故障回路及充電保護(hù)功能配置Fig.5 Circuit of fault during series transformer valve-side charging and corresponding charging protection configuration

圖6 帶電區(qū)域末端故障時(shí)等值回路Fig.6 Equivalent circuit for fault at end of charged region

圖7 折算至并聯(lián)變壓器閥側(cè)的各序故障等值回路Fig.7 Equivalent circuit in each sequence converted to series transformer system side

a.過(guò)流Ⅰ段主要用于快速清除并聯(lián)變壓器與串聯(lián)變壓器閥側(cè)連接引線區(qū)的故障，其整定公式為：

其中，Kk為可靠系數(shù)，可取為1.5；t_1為過(guò)流Ⅰ段延時(shí)。

b.過(guò)流Ⅱ段應(yīng)保證保護(hù)范圍能覆蓋到圖5所示的串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)，并通過(guò)整定值和延時(shí)來(lái)躲避串聯(lián)變壓器低壓側(cè)充電時(shí)的勵(lì)磁涌流，其整定公式為：

其中，t_2為過(guò)流Ⅱ段延時(shí)。

5 UPFC保護(hù)的串聯(lián)變壓器充電保護(hù)功能

為提高串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)保護(hù)配置的完整性，本文在臨時(shí)過(guò)流保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加UPFC保護(hù)串聯(lián)變壓器充電保護(hù)功能，包括串聯(lián)變壓器充電連接引線差動(dòng)保護(hù)和UPFC保護(hù)聯(lián)跳功能。

5.1 串聯(lián)變壓器充電連接引線差動(dòng)保護(hù)

在UPFC控制保護(hù)系統(tǒng)中，保護(hù)功能采用分區(qū)配置的原則，為串聯(lián)變壓器和并聯(lián)變壓器分別配置變壓器保護(hù)［9-12］。串聯(lián)變壓器閥側(cè)和并聯(lián)變壓器閥側(cè)之間的區(qū)域（見圖5）屬于UPFC換流器保護(hù)CPR（Converter PRotection）保護(hù)范圍，并聯(lián)變壓器及串聯(lián)變壓器閥側(cè)電流Ivt1、Ivt2均接入CPR中，且CPR中有合旁路開關(guān)QF1、QF2和跳QF3的出口回路。

為了保證在串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電情況下，保護(hù)能在連接引線區(qū)發(fā)生故障時(shí)快速、可靠地跳開QF3，在CPR中增加串聯(lián)變壓器充電連接引線差動(dòng)保護(hù)。串聯(lián)變壓器充電連接引線差動(dòng)保護(hù)利用Ivt1和Ivt2構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)，動(dòng)作后直接跳QF3。在串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電完成后，串聯(lián)變壓器充電連接引線差動(dòng)保護(hù)由軟壓板控制退出。需要注意的是，該保護(hù)為差動(dòng)原理保護(hù)，需在一次通流試驗(yàn)時(shí)驗(yàn)證該差動(dòng)回路，保證電流互感器極性及接線正確。

5.2 UPFC保護(hù)聯(lián)跳功能

串聯(lián)變壓器內(nèi)部匝間短路等輕微故障并沒有明顯的電氣量特征，導(dǎo)致臨時(shí)過(guò)流保護(hù)無(wú)法動(dòng)作，此時(shí)就需要串聯(lián)變壓器本身的非電氣量或電氣量保護(hù)來(lái)進(jìn)行故障識(shí)別。根據(jù)圖2和圖3所示的串聯(lián)變壓器充電時(shí)的帶電區(qū)域可知：當(dāng)串聯(lián)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，臨時(shí)過(guò)流保護(hù)不動(dòng)作，此時(shí)串聯(lián)變壓器非電氣量保護(hù)動(dòng)作（串聯(lián)變壓器電氣量保護(hù)也可能動(dòng)作），合旁路開關(guān)QF1和QF2，QF2合上后旁路串聯(lián)變壓器閥側(cè)，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變壓器與電源的隔離，但此時(shí)相當(dāng)于并聯(lián)變壓器閥側(cè)引線發(fā)生三相短路（如圖8所示），所以加裝于QF3的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)將快速段動(dòng)作跳開QF3以切除電源。該情況下，盡管可切除電源、隔離故障，但并聯(lián)變壓器遭受了閥側(cè)三相短路的沖擊，且由于并聯(lián)側(cè)母線電壓降低，可能對(duì)其供電用戶造成較大影響。

圖8 QF2合上后導(dǎo)致并聯(lián)變壓器閥側(cè)引線三相短路Fig.8 Three-phase short circuit of connecting lead at shunt transformer valve-side caused by QF2closure

為了降低串聯(lián)變壓器內(nèi)部輕微故障時(shí)串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作旁路導(dǎo)致并聯(lián)變壓器閥側(cè)引線三相短路的影響，在串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電試驗(yàn)中增加串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳QF3的功能，該功能有以下2種實(shí)現(xiàn)方式。

a.在串聯(lián)變壓器保護(hù)與QF3操作箱之間增加臨時(shí)電纜接線，將串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作跳閘備用接點(diǎn)連接至QF3跳閘回路，實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作跳QF3的功能。這種實(shí)現(xiàn)方式需要增加的臨時(shí)接線較多，包括串聯(lián)變壓器電量保護(hù)A/B及非電量保護(hù)至QF3操作箱的臨時(shí)接線，且并聯(lián)變壓器作為運(yùn)行設(shè)備安裝和拆除臨時(shí)接線有一定風(fēng)險(xiǎn)，需要做好安全隔離措施。

b.由于串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作后會(huì)發(fā)送跳閘信號(hào)至UPFC CPR進(jìn)行換流器閉鎖等操作，且CPR中同時(shí)具有跳QF3的出口回路。利用該特點(diǎn)，在CPR中增加聯(lián)跳保護(hù)功能，該功能由功能軟壓板控制投退，投入后，CPR接收到串聯(lián)變壓器保護(hù)的跳閘信號(hào)后聯(lián)跳QF3，不觸發(fā)TBS。由于通信延時(shí)，串聯(lián)變壓器保護(hù)合QF2命令將先于CPR接收到的跳QF3命令，QF2合閘后并聯(lián)變壓器閥側(cè)仍將出現(xiàn)三相短路，但持續(xù)時(shí)間已經(jīng)大幅縮短（一般小于10 ms）?？紤]到串聯(lián)變壓器的重要性和高造價(jià)，其發(fā)生故障時(shí)QF3應(yīng)快速合閘實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變壓器隔離。

工程應(yīng)用中建議選擇方案b，即在CPR中增加聯(lián)跳保護(hù)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳并聯(lián)變壓器閥側(cè)開關(guān)QF3。串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)臨時(shí)過(guò)流保護(hù)和CPR充電保護(hù)功能配置見圖5。

6 仿真計(jì)算

結(jié)合我國(guó)第1套UPFC工程——220 kV南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程系統(tǒng)調(diào)試，采用實(shí)際電網(wǎng)及設(shè)備參數(shù)對(duì)串聯(lián)變壓充電過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證本文保護(hù)配置方法的合理性。

6.1 系統(tǒng)參數(shù)

220 kV南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程中，直流額定電壓為±20 kV，換流器交流額定電壓為20.8 kV，并聯(lián)側(cè)換流器經(jīng)并聯(lián)變壓器接入35 kV母線，串聯(lián)側(cè)換流器經(jīng)串聯(lián)變壓器接入220 kV線路，單回UPFC接線示意如圖9所示［13-14］。串、并聯(lián)變壓器的相關(guān)參數(shù)如表1所示，35 kV母線短路容量如表2所示。

6.2 臨時(shí)過(guò)流保護(hù)整定

針對(duì)圖9所示的串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)網(wǎng)側(cè)末端及連接引線區(qū)故障，對(duì)各種故障下的故障電流進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表3和表4所示（故障電流均為折算至串聯(lián)變壓器20.8 kV側(cè)的一次值）。表3和表4同時(shí)給出了QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)的整定建議。最終確定的整定值如表5所示。

6.3 仿真計(jì)算

按照?qǐng)D5進(jìn)行串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電臨時(shí)保護(hù)配置，其中QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)按表5進(jìn)行整定。針對(duì)串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)帶電區(qū)域內(nèi)不同位置、不同類型的故障進(jìn)行仿真，驗(yàn)證保護(hù)配置方案的有效性。

6.3.1 故障仿真

在表2所示的小方式下，串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)發(fā)生網(wǎng)側(cè)末端A相接地故障，故障持續(xù)約658 ms，QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作，A相故障電流如圖10所示（圖中均為基波有效值，下同）。由圖10可見，串聯(lián)變壓器網(wǎng)側(cè)A相故障電流（等于故障點(diǎn)電流If）為3.32 kA，保護(hù)安裝處的A相故障電流Ivt1為2.82 kA，且與串聯(lián)變壓器閥側(cè)套管電流Ivt2方向相同，連接引線差動(dòng)保護(hù)差流為0，所以不動(dòng)作。

在表2所示的小方式下，串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)發(fā)生系統(tǒng)末端三相接地故障，QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作，故障持續(xù)約63 ms，故障電流波形如圖11所示。由圖11可見，保護(hù)安裝處故障電流Ivt1=3.61 kA，且與串聯(lián)變壓器閥側(cè)電流Ivt2同方向。

圖9 南京西環(huán)網(wǎng)工程單回線UPFC接線示意圖Fig.9 Wiring connection of single-line UPFC in Nanjing Western Grid

表1 UPFC系統(tǒng)變壓器參數(shù)Table 1 Parameters of UPFC system transformers

表2 35 kV母線短路容量（Sb=100 MV·A，Ub=35 kV）Table 2 Short circuit capacity of 35 kV bus（Sb=100 MV·A，Ub=35 kV）

表3 帶電區(qū)域末端故障時(shí)的故障電流Table 3 Fault currents under fault at end of charged region

表4 連接引線故障時(shí)的故障電流Table 4 Fault currentsunder connecting lead fault

表5 串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電臨時(shí)過(guò)流保護(hù)整定Table 5 Settings of series transformer valve-side charging protection

圖10 小運(yùn)行方式下發(fā)生網(wǎng)側(cè)末端A相接地故障時(shí)的電流波形Fig.10 Currents under phase-A grounding fault at end of grid side and light load mode

圖11 小運(yùn)行方式下發(fā)生網(wǎng)側(cè)末端三相接地故障時(shí)的電流波形Fig.11 Currents under three-phase grounding fault at end of grid side and light load mode

在表2所示的小方式下，串聯(lián)變壓器閥側(cè)充電時(shí)發(fā)生連接引線三相故障，QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作、連接引線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障持續(xù)約59 ms，故障電流波形如圖12所示。由圖12可見，發(fā)生故障時(shí)保護(hù)安裝處的故障電流Ivt1=5.76 kA，且串聯(lián)變壓器閥側(cè)電流Ivt2為0，連接引線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

圖12 小運(yùn)行方式下連接引線發(fā)生三相接地故障時(shí)的電流波形Fig.12 Currents under three-phase grounding fault at connecting lead and light load mode

6.3.2 串聯(lián)變壓器故障情況下UPFC保護(hù)聯(lián)跳功能仿真

在表2所示的小方式下，模擬串聯(lián)變壓器內(nèi)部發(fā)生網(wǎng)側(cè)A相繞組對(duì)地故障（弱故障）的情況。發(fā)生故障時(shí)，QF3上加裝的臨時(shí)過(guò)流保護(hù)安裝處電流為0.628 kA，不滿足動(dòng)作條件，串聯(lián)變壓器后備保護(hù)動(dòng)作，合上網(wǎng)側(cè)旁路開關(guān)QF1、閥側(cè)旁路開關(guān)QF2。QF2合上后引起并聯(lián)變壓器閥側(cè)三相短路故障，故障電流約為5.78 kA，QF3臨時(shí)過(guò)流保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作、連接引線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開QF3，期間并聯(lián)變壓器承受三相短路電流的時(shí)間為64ms，如圖13所示；若采用UPFC保護(hù)聯(lián)跳功能，串聯(lián)變壓器保護(hù)動(dòng)作時(shí)，通過(guò)UPFC保護(hù)聯(lián)跳QF3，則并聯(lián)變壓器承受三相短路電流的時(shí)間減少至11 ms，如圖14所示。

圖13 串聯(lián)變壓器故障未采用保護(hù)聯(lián)跳功能時(shí)的電流波形Fig.13 Currents under series transformer fault without inter-tripping function

圖14 串聯(lián)變壓器故障采用保護(hù)聯(lián)跳功能時(shí)的電流波形Fig.14 Currents under series transformer fault with inter-tripping function

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)UPFC串聯(lián)變壓器特殊的啟動(dòng)調(diào)試方法和充電路徑，本文提出了一種調(diào)試期間臨時(shí)保護(hù)配置方法。給出了串聯(lián)變壓器啟動(dòng)時(shí)保護(hù)配置要求，提出并聯(lián)變壓器閥側(cè)開關(guān)配置2段式臨時(shí)過(guò)流保護(hù)的方案，并給出了基于串聯(lián)變壓器等值回路的故障電流計(jì)算和保護(hù)整定方法；進(jìn)一步地，本文提出了UPFC保護(hù)的串聯(lián)變壓器充電功能，利用UPFC保護(hù)實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)變壓器閥側(cè)連接引線差動(dòng)保護(hù)，并針對(duì)串聯(lián)變壓器內(nèi)部弱故障情形，設(shè)計(jì)了UPFC保護(hù)聯(lián)跳功能，實(shí)現(xiàn)故障情況下串聯(lián)變壓器的有效隔離和電源快速切除。仿真結(jié)果表明本文方法滿足帶電區(qū)域發(fā)生故障時(shí)保護(hù)的靈敏度和速動(dòng)性，其已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)首套UPFC工程的系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)于保證工程順利投運(yùn)有重要的意義。

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