同塔雙回線路電流不平衡原因簡析及改善措施

李建平

摘? 要：同塔雙回線路在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，但也引發(fā)了線路電流不平衡現(xiàn)象導(dǎo)致相關(guān)保護裝置運行異常的問題。該文介紹了某變電站500 kV開關(guān)保護裝置在系統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)運行方式下感受到其線路零序電流增大而頻繁啟動的案例，經(jīng)電磁暫態(tài)仿真模型分析了開關(guān)保護零序電流增大是由站外同塔雙回線路互感產(chǎn)生三相不平衡電流和站內(nèi)3/2接線同串中其他開關(guān)設(shè)備回路電阻不平衡共同作用的結(jié)果，并提出了切實可行的改善措施。希望對改善電網(wǎng)局部運行環(huán)境和加強線路設(shè)備運維工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：同塔雙回線路;開關(guān);電流;參數(shù);不平衡

中圖分類號：TM721? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

輸電線路在電網(wǎng)運行過程中由于電氣參數(shù)不平衡導(dǎo)致相關(guān)變電設(shè)備運行異常的情況時有發(fā)生。通常來說，線路投運前通過其參數(shù)測試及優(yōu)化能夠改善其運行初期的電氣條件，但隨著外部輸電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的不斷變化，在變電站內(nèi)會逐漸反映出局部電氣參數(shù)不平衡而影響設(shè)備正常運行。該文以四川省500 kV月城變電站某同塔雙回線路運行中產(chǎn)生不平衡電流導(dǎo)致其開關(guān)保護頻繁啟動的異常情況為例，簡析產(chǎn)生原因，并據(jù)此制定改善措施。希望對改善電網(wǎng)局部運行環(huán)境和加強線路設(shè)備運維工作有所幫助。

1 異常情況描述

1.1異常發(fā)生前運行方式

異常前月城變電站按照標(biāo)準(zhǔn)方式運行，500 kV主接線中Ⅰ母、Ⅱ母及2/3接線共計六串開關(guān)均合環(huán)運行。其中，第五串為里月一線5051開關(guān)、里月二線/官月一線5052開關(guān)、官月一線5053開關(guān)，第六串為里月二線5061開關(guān)、里月二線/官月二線5062開關(guān)、官月二線5063開關(guān);官月一、二線負(fù)荷均為120萬kW，潮流為官地電站送月城站。

1.2 異常發(fā)生時告警情況

2017年8月28日，月城站按停電計劃對500 kV里月二線執(zhí)行停電操作。7時41分，里月/官月二線5062開關(guān)由運行轉(zhuǎn)熱備用分閘正常，隨后站端監(jiān)控頻發(fā)官月一線5053開關(guān)“保護長期不能復(fù)歸”、“斷路器保護啟動”的動作/復(fù)歸報文。現(xiàn)場查看該開關(guān)保護裝置“運行”燈閃爍（正常時為常亮）、“運行異?！睙袅?。運維人員向相關(guān)調(diào)度及管理人員匯報現(xiàn)場情況，并詢問對側(cè)官地電站無保護裝置異常。待觀察約半個多小時后，5053開關(guān)保護告警復(fù)歸穩(wěn)定，9時25分繼續(xù)操作里月二線5061開關(guān)由運行轉(zhuǎn)熱備用。此后，在里月二線停電的3天時間內(nèi)，即5062開關(guān)合閘前，5053開關(guān)保護仍頻發(fā)啟動告警。

2 設(shè)備運行情況

500 kV官月一、二線線路全長30.7 km，同塔雙回線路，全線從上往下布置的相序為：官月一線CAB、官月二線ACB，全線不換位。曾在2016年9月站端停電操作拉開5062開關(guān)后，5053開關(guān)保護頻繁啟動，500kVⅡ母1、2號母差出現(xiàn)“TA異?！眻缶ㄈ我庵?I0>0.25 IΦmax+0.04In時延時5 s發(fā)送TA異常信號）;此報警直到5062開關(guān)恢復(fù)合環(huán)后復(fù)歸。事后，國調(diào)中心繼保處對涉及的官月一、二線共計4套開關(guān)保護零序啟動電流定值由原0.05 A調(diào)整為0.08 A。

3 異常情況原因分析

3.1 線路參數(shù)不平衡

經(jīng)現(xiàn)場裝置采樣分析，5053開關(guān)保護啟動時零序電流（3I0）為0.082 A，超過定值0.08 A，啟動正確。此外，該開關(guān)保護3I0并不穩(wěn)定，其幅值在0.04 A～0.08 A隨線路負(fù)荷大小增減，因此保護頻繁啟動。進一步將官月一、二線正常負(fù)荷時，對比電廠和變電站后發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)的線路保護裝置采樣均存在3I0（約0.03 A），但官月一線A相電流幅值較之B、C相偏大，而官月二線C相電流幅值較之A、B相偏大。詢問官地電站發(fā)現(xiàn)，其電廠經(jīng)主變送出的電流無3I0，而官月線線路上存在3I0。因此，可判斷同塔雙回線布置的官月一、二線線路在輸送過程中因互感導(dǎo)致電氣參數(shù)不平衡產(chǎn)生了3I0。

綜上所述，省電科院搭建了嵌入電網(wǎng)中的月城站電磁暫態(tài)仿真模型，模擬里月二線開關(guān)拉開前后相關(guān)線路電流變化情況。1）假定月城站內(nèi)所有開關(guān)回路電阻三相均勻，均為100μΩ，仿真時：0～2 s，模型啟動，站內(nèi)各串合環(huán)運行，2s時刻拉開5062開關(guān)，2.4 s時刻拉開5061開關(guān)，里月二線退出。其結(jié)果表明：官月一、二線三相電流存在顯著不平衡。官月一線ABC三相電流依次遞減，官月二線ABC三相電流依次遞增，第五串各開關(guān)電流存在不平衡現(xiàn)象，其中5053開關(guān)最為顯著，與實際情況吻合。2）官月一、二線為同塔雙回，從上往下布置的相序為：官月一線CAB、官月二線ACB，全線不換位。當(dāng)前掛線方式為異相序，是導(dǎo)致其線路電流不平衡的主要原因。消除線路即相關(guān)開關(guān)電路不平衡最直接有效的手段即改變掛線方式，推薦逆相序方式，即CAB-BAC方式。并對該種掛線方式進行仿真，經(jīng)對比官月一、二線路換相前后的線路電流及串上各開關(guān)電流后，采用逆相序掛線方式可極大地改善線路及開關(guān)電流不平衡現(xiàn)象。3）仿真過程中5053開關(guān)（CT變比4000/1）3I0在最大時，仍不會超過400 A，即離母差TA異常告警判據(jù)還有一定距離，且未達到其開關(guān)保護啟動值0.08 A（一次電流320 A）。因此里月二線退出后，官月一、二線線路電流不平衡是引起5053開關(guān)3I0升高的原因之一。

3.2 開關(guān)回阻不平衡

站內(nèi)線路開關(guān)所在一次設(shè)備（含開關(guān)、刀閘、各側(cè)引流線）的回路電阻不平衡也是可能導(dǎo)致3I0的因素。對此，仿真設(shè)置不同開關(guān)回路電阻增大的情況，模擬開關(guān)回阻引起的三相電流不平衡與線路不平衡二者作用疊加，以便幫助縮小排查范圍。仿真時將所設(shè)開關(guān)電阻由100 μΩ改為200 μΩ，仿真工況不變，經(jīng)排查表明：第五串開關(guān)不平衡時，尤其5051開關(guān)A、B相以及5052開關(guān)B相回阻上升時，5053開關(guān)3I0水平顯著上升，且在里月二線退出運行時增大，且以5051開關(guān)A相電阻增大時最甚。因此5051、5052開關(guān)所在一次設(shè)備的回路電阻應(yīng)當(dāng)作為重點排查對象。

4 不平衡原因

綜上所述，月城站5053開關(guān)三相電流不平衡現(xiàn)象有一個確定及一個可能原因，確定原因是開關(guān)出線電流不平衡，但這單一因素引起開關(guān)的3I0幅值不易達到保護啟動定值，故疊加的可能原因是500 kV開關(guān)場串內(nèi)開關(guān)回阻三相不平衡。

5 改善措施

擬定官月一、二線停電計劃，結(jié)合電科院建議對其相序在官地電站出線側(cè)按逆相序布置整改;同時，月城站內(nèi)對官月一、二線路開關(guān)進行回路電阻測試，排查不合格回路電阻的影響。擬定里月一線停電計劃，月城站內(nèi)對其5051、5052開關(guān)進行回路電阻測試，排查不合格回阻的影響。

6 結(jié)語

針對電網(wǎng)部分線路局部電流不平衡的現(xiàn)象，通過仿真模擬了電網(wǎng)運行中線路電流的不平衡現(xiàn)象，找出其產(chǎn)生原因是線路及開關(guān)電路參數(shù)不平衡。即同塔雙回線路全線不換位導(dǎo)致線路互感電流產(chǎn)生較小的零序電流和線路開關(guān)一次設(shè)備回路電阻不平衡，導(dǎo)致線路運行在變電站非標(biāo)準(zhǔn)運行方式下三相電流不平衡，進而疊加產(chǎn)生較大零序電流。為了改善不平衡現(xiàn)象，通過仿真模擬計算分析對同塔雙回線路布線方式進行優(yōu)化。此外，在線路停電時排查其一次開關(guān)所經(jīng)回路電阻是否不平衡，找出不平衡原因加以整改也是改善線路電流不平衡現(xiàn)象的重要措施。

參考文獻

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