一種配合保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)的通流升壓試驗(yàn)方法研究

陳 更，劉春暉，齊英偉，許 才

(國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

國(guó)內(nèi)電力技術(shù)水平日益精進(jìn)，高壓設(shè)備制造工藝不斷提升，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)。通流升壓試驗(yàn)和保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)作為電力工程現(xiàn)場(chǎng)入網(wǎng)設(shè)備檢驗(yàn)的最后一道防線，是調(diào)試單位在基建階段開展的覆蓋面積最廣、涉及設(shè)備最多的試驗(yàn)[1]。由于通流升壓試驗(yàn)和保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)工作周期長(zhǎng)、準(zhǔn)備工作繁瑣、操作難度高，因此對(duì)工程建設(shè)進(jìn)度和試驗(yàn)人員的專業(yè)素質(zhì)均提出較高要求[2]。本文提出一種通流升壓試驗(yàn)方法，通過調(diào)節(jié)輸出電流、電壓角度與幅值，模擬電網(wǎng)不同潮流流動(dòng)方式及故障模式，將通流升壓試驗(yàn)與保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)結(jié)合，能夠大幅提高試驗(yàn)工作效率。試驗(yàn)人員利用操作臺(tái)按鈕調(diào)節(jié)輸出電壓、電流，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)回路工況，操作流程簡(jiǎn)單，工作效率突出，極大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 常規(guī)試驗(yàn)方法概述

1.1 通流升壓試驗(yàn)

通流升壓試驗(yàn)是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員利用特定試驗(yàn)設(shè)備向變電站一次設(shè)備回路施加電壓、電流，模擬變電站帶電運(yùn)行的試驗(yàn)，目的為檢查變電站互感器極性變比、電壓電流回路以及二次設(shè)備采樣的正確性[3]。

通流升壓試驗(yàn)分為升壓試驗(yàn)和通流試驗(yàn)。升壓試驗(yàn)由試驗(yàn)人員通過小型試驗(yàn)變壓器將檢修電源電壓升至較高電壓，接在電壓互感器TV一次側(cè)，并在二次回路測(cè)試電壓相序，觀察數(shù)據(jù)采樣[4]。通流試驗(yàn)有兩種方式，一種為利用大電流發(fā)生器，將檢修電源電流轉(zhuǎn)換為數(shù)值恰當(dāng)?shù)碾娏魍ㄈ胍淮位芈罚⒃诙位芈窚y(cè)試電流相序，觀察數(shù)據(jù)采樣，受大電流發(fā)生器輸出功率限制，應(yīng)用于斷路器電流互感器TA、母線TV、線路TV等設(shè)備及相關(guān)回路校驗(yàn)，此方式單次試驗(yàn)范圍小，試驗(yàn)對(duì)象少，需要反復(fù)操作斷路器、隔離開關(guān)配合試驗(yàn)，增加現(xiàn)場(chǎng)工作難度與工作周期[5]；另一種為直接將檢修電源接入通流回路，利用回路短路電流檢查TA極性變比，應(yīng)用于短路阻抗較小的一次回路相關(guān)TA(斷路器TA、母線TA、線路TA)校驗(yàn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大短路電流，容易導(dǎo)致電源保護(hù)動(dòng)作。應(yīng)用于短路阻抗較大的一次回路相關(guān)TA(變壓器TA、電動(dòng)機(jī)TA)校驗(yàn)時(shí)，需計(jì)算回路短路電流值，大部分現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員不具有計(jì)算短路電流的能力和經(jīng)驗(yàn)，因此現(xiàn)場(chǎng)使用頻率很低[6]。

1.2 保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)是全面檢查保護(hù)設(shè)備性能的試驗(yàn)。試驗(yàn)人員使用繼電保護(hù)測(cè)試儀向多臺(tái)保護(hù)裝置施加電壓、電流開入信號(hào)，模擬直接型故障及發(fā)展型故障，檢查保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯、動(dòng)作時(shí)序，驗(yàn)證保護(hù)裝置之間配合關(guān)系與相關(guān)回路的正確性[7]。保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)是模擬變電站帶電運(yùn)行時(shí)突然發(fā)生故障，此時(shí)保護(hù)裝置同步采集相關(guān)故障量，因此試驗(yàn)對(duì)多臺(tái)保護(hù)裝置故障量同步采集要求極高，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用1臺(tái)繼電保護(hù)測(cè)試儀連接多臺(tái)繼電保護(hù)裝置[8]。目前優(yōu)質(zhì)模擬型繼電保護(hù)測(cè)試儀受自身硬件限制最多只能同時(shí)輸出2路模擬電壓信號(hào)和2路模擬電流信號(hào)，有些類型只能同時(shí)輸出2路模擬電壓信號(hào)和1路模擬電流信號(hào)，因此很多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)采用電壓試驗(yàn)線并接、電流試驗(yàn)線串接的接線方式，增加可連接保護(hù)裝置的數(shù)量。但此種方式一方面受場(chǎng)地空間限制，僅能完成相鄰屏柜間的保護(hù)聯(lián)動(dòng)，對(duì)于距離遠(yuǎn)以及不在相同房間內(nèi)的保護(hù)裝置，不具備開展保護(hù)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)的條件；另一方面，僅適用于部分原理簡(jiǎn)單的保護(hù)，如過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)，不適用于動(dòng)作判據(jù)復(fù)雜、采樣回路繁多的保護(hù)，如發(fā)變組保護(hù)、變壓器保護(hù)。因此本項(xiàng)試驗(yàn)受空間場(chǎng)地、保護(hù)類型限制較大。

2 試驗(yàn)方法研究

2.1 設(shè)備組成

A站為500 kV變電站，500 kV側(cè)為3/2接線方式，取一串間隔為例；220 kV側(cè)采用雙母線接線方式，取一個(gè)間隔為例；主變壓器為雙繞組型變壓器，高壓側(cè)額定電壓500 kV，低壓側(cè)額定電壓220 kV。通流升壓試驗(yàn)設(shè)備主要由試驗(yàn)電源、操作臺(tái)、通流設(shè)備、升壓設(shè)備、接地回路監(jiān)視報(bào)警裝置5部分組成，如圖1所示。試驗(yàn)電源為檢修電源，通過接線將電源引至通流設(shè)備與升壓設(shè)備；操作臺(tái)通過網(wǎng)線與通流設(shè)備、升壓設(shè)備相連；通流設(shè)備流出回路接至500 kV接地開關(guān)分位狀態(tài)非接地側(cè)，流入回路接至500 kV接地開關(guān)分位狀態(tài)接地側(cè)；升壓設(shè)備接在相關(guān)保護(hù)對(duì)應(yīng)TV一次側(cè)；接地回路監(jiān)視報(bào)警裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接地回路電阻值，當(dāng)試驗(yàn)設(shè)備接地回路出現(xiàn)異常時(shí)，向操作臺(tái)發(fā)送告警信息。

2.2 試驗(yàn)流程

現(xiàn)場(chǎng)具備試驗(yàn)條件后，通過通流升壓設(shè)備向變電站主回路送電。圖1中接地開關(guān)501227在分位，接地開關(guān)220267在合位，主變壓器兩側(cè)TA短接，斷開TA與主變壓器之間引線，圖1中紅色斷路器、隔離開關(guān)均為合位帶電狀態(tài)，黑色為不帶電狀態(tài)。通流設(shè)備輸出電流通過501227非接地側(cè)流入變電站主回路，電流由通流點(diǎn)開始，經(jīng)斷路器5012、主變壓器短接線、斷路器2201、220 kVⅠ母母線、母聯(lián)斷路器2203、220 kVⅡ母母線、斷路器2202、220267流入地網(wǎng)，最后通過501227接地側(cè)流回通流設(shè)備，構(gòu)成通流試驗(yàn)回路。升壓設(shè)備試驗(yàn)線接在TV一次側(cè)，TV所有二次回路均能測(cè)量電壓。試驗(yàn)人員在操控臺(tái)固定輸出電壓、電流的幅值和相位，根據(jù)給定值測(cè)量電壓、電流二次回路的幅值與相位，驗(yàn)證互感器極性與相關(guān)回路的正確性；然后試驗(yàn)人員根據(jù)保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)內(nèi)容，調(diào)節(jié)電流、電壓的幅值和相位，使一次電流、電壓值達(dá)到保護(hù)動(dòng)作條件，配合完成不同類型的保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)。

2.3 試驗(yàn)原理

新的通流升壓試驗(yàn)方法可配合保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，是因?yàn)檩敵龅碾娏鳌㈦妷悍迪辔豢煽豙9]。試驗(yàn)工作原理如圖2所示，利用分壓電路將電源轉(zhuǎn)為小電壓正弦波，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬正弦波轉(zhuǎn)換為數(shù)字正弦波，試驗(yàn)人員在操作臺(tái)根據(jù)相位調(diào)節(jié)信息將數(shù)字正弦波重新排序形成目標(biāo)數(shù)字正弦波信號(hào)，再利用SPWM技術(shù)將工頻交流電源轉(zhuǎn)為目標(biāo)輸出電源[10]。

3 實(shí)際驗(yàn)證

以A站為例對(duì)試驗(yàn)設(shè)備及輸出精度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。A站為500 kV新建變電站，試驗(yàn)人員以新方法開展通流升壓試驗(yàn)，下面以其中單次試驗(yàn)為例對(duì)試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行說明。

利用通流升壓試驗(yàn)設(shè)備施加三相正序電壓與三相正序電流，電壓初始角度為0°，控制Ua與Ia輸出夾角為30°。500 kV側(cè)電壓互感器變比為5300/1[11]，試驗(yàn)設(shè)備單相電壓輸出一次值5.3 kV，單相電壓輸出二次值為1 V；500 kV電流互感器變比為4000/1[12-13]，試驗(yàn)設(shè)備單相電流輸出一次值為400 A，單相電流輸出二次值為0.1 A。試驗(yàn)測(cè)試波形如圖3所示，試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

由表1可以看出，試驗(yàn)測(cè)試幅值與輸出幅值最大誤差率為0.6%，試驗(yàn)測(cè)試角度與輸出角度最大誤差為6.133°，輸出電流、電壓、功率的精度滿足通流升壓試驗(yàn)與保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)要求。

4 結(jié)論

a.新方法廣泛應(yīng)用于通流升壓試驗(yàn)與保護(hù)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，能夠滿足絕大部分保護(hù)裝置跳閘功能驗(yàn)證，集中完成工程現(xiàn)場(chǎng)的大型保護(hù)試驗(yàn)。

b.新方法節(jié)省人力、物力，簡(jiǎn)化試驗(yàn)操作流程，極大提高試驗(yàn)效率與安全系數(shù)，可行性高，對(duì)電網(wǎng)工程建設(shè)有積極的意義。