600 MW發(fā)電機(jī)組TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)分析

羅麗佳

(內(nèi)蒙古京泰發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)內(nèi)大容量機(jī)組、超高壓線路相繼投產(chǎn)運(yùn)行，電力系統(tǒng)聯(lián)系越來(lái)越緊密，供電可靠性顯著提高。但相應(yīng)系統(tǒng)短路容量隨之增大，一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)增大，導(dǎo)致短路電流呈現(xiàn)新的特點(diǎn)：短路電流幅值增大、短路電流非周期分量衰減時(shí)間加長(zhǎng)、短路電流暫態(tài)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。600 MW發(fā)電機(jī)組及相應(yīng)變壓器均采用雙重化縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為相間短路故障主保護(hù)，機(jī)組接入500 kV及以上電網(wǎng)均配置速動(dòng)保護(hù)，系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間≤30 ms，系統(tǒng)故障切除時(shí)間小于90 ms〔1〕，此時(shí)短路電流暫態(tài)過(guò)程尚未結(jié)束，電流互感器暫態(tài)特性直接影響主保護(hù)動(dòng)作性能。與傳統(tǒng)P級(jí)電流互感器相比，暫態(tài)特性保護(hù)用電流互感器具有良好暫態(tài)性能，在大容量機(jī)組、超高壓系統(tǒng)中得到了推廣。其中TPY級(jí)電流互感器由于控制剩磁不大于飽和磁通的10%，且包含非周期分量峰值電流誤差小，在600～1 000 MW級(jí)發(fā)電機(jī)變壓組保護(hù)中獲得了廣泛應(yīng)用〔2〕。

在電流互感器設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃容量確定保護(hù)校驗(yàn)故障電流，對(duì)電流互感器進(jìn)行性能計(jì)算和選型，而系統(tǒng)短路電流跟隨系統(tǒng)容量和運(yùn)行方式變化，電流互感器相關(guān)實(shí)際參數(shù)在設(shè)計(jì)階段無(wú)法采用實(shí)測(cè)值。因此有必要對(duì)投產(chǎn)后發(fā)電機(jī)組TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能進(jìn)行定期校驗(yàn)分析，以判斷電流互感器暫態(tài)特性是否滿足保護(hù)動(dòng)作性能要求〔3〕。目前很多電廠及變電站僅在設(shè)備設(shè)計(jì)選型階段對(duì)電流互感器進(jìn)行性能計(jì)算〔4〕，投運(yùn)后并未對(duì)電流互感器暫態(tài)性能進(jìn)行定期系統(tǒng)性校驗(yàn)分析，導(dǎo)致系統(tǒng)容量、運(yùn)行方式變化后、二次設(shè)備或回路改造后無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)電流互感器暫態(tài)性能進(jìn)行判斷分析，從而影響保護(hù)動(dòng)作性能。文獻(xiàn)〔5〕基于電流互感器數(shù)學(xué)模型對(duì)TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)特性相關(guān)參數(shù)測(cè)試方法進(jìn)行闡述，但未給出系統(tǒng)性校驗(yàn)分析方案;文獻(xiàn)〔6〕提出現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)特性判據(jù)，并結(jié)合工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，但未深入展開(kāi)實(shí)例校驗(yàn)分析。

為保證機(jī)組保護(hù)選擇性和縮短故障切除時(shí)間，提高廠用系統(tǒng)供電可靠性，600 MW發(fā)電機(jī)組大多采用裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)接線方式。但由于早期GCB制造困難，造價(jià)較高，工藝技術(shù)尚未成熟，600 MW等級(jí)容量機(jī)組中尚有采用未裝設(shè)GCB接線方式〔7〕。

文章以某裝設(shè)GCB 600 MW發(fā)電機(jī)組及未裝設(shè)GCB 600 MW發(fā)電機(jī)組兩種接線方式下TPY級(jí)電流互感器相關(guān)參數(shù)為基礎(chǔ)，以保證保護(hù)可靠性為目的，依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)程，通過(guò)分析TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)判據(jù)，提出系統(tǒng)性暫態(tài)性能校驗(yàn)方案。通過(guò)結(jié)合具體校驗(yàn)實(shí)例分析，對(duì)校驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行闡述，規(guī)范化相應(yīng)校驗(yàn)流程，為同類型機(jī)組開(kāi)展校驗(yàn)工作提供參考。

1 系統(tǒng)概述

某電廠為內(nèi)蒙地區(qū)坑口火力發(fā)電廠，一期工程為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的2臺(tái)600 MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組均采用未裝設(shè)GCB接線方式，機(jī)組通過(guò)升壓變壓器接入500 kV系統(tǒng)，一期工程于2009年12月投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)及主變壓器主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)及變壓器參數(shù)

一期工程2臺(tái)600 MW機(jī)組發(fā)變組保護(hù)均采用雙重化配置，每臺(tái)機(jī)組共采用6組TPY級(jí)電流互感器，發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置如圖1所示。

圖1 發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置

圖1中TA01～TA06電流互感器參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 電流互感器參數(shù)

該電廠二期工程為東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的2臺(tái)600 MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組均采用裝設(shè)GCB接線方式，機(jī)組通過(guò)升壓變壓器接入500 kV系統(tǒng)，二期工程于2018年01月投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)及主變壓器主要參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 發(fā)電機(jī)及變壓器參數(shù)

二期工程2臺(tái)600 MW機(jī)組發(fā)變組保護(hù)均采用雙重化配置，為消除保護(hù)死區(qū)及縮短故障切除時(shí)間，每臺(tái)機(jī)組共采用8組TPY級(jí)電流互感器，發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置如圖2所示。

圖2 發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置

圖2中TA01～TA08電流互感器參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 電流互感器參數(shù)

2020年度電網(wǎng)調(diào)度部門給出該電廠500 kV系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 500 kV系統(tǒng)參數(shù)

2 暫態(tài)性能校驗(yàn)分析

開(kāi)展發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)用TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)分析，首先需計(jì)算相應(yīng)電流互感器在實(shí)際工作循環(huán)方式下飽和情況，在電流互感器未飽和前提下計(jì)算出暫態(tài)誤差，判斷電流互感器暫態(tài)性能是否滿足保護(hù)要求，為保護(hù)裝置正確動(dòng)作提供基礎(chǔ)。

2.1 TPY級(jí)電流互感器飽和判據(jù)

(1)

式1中,Eal可根據(jù)電流互感器參數(shù)表中參數(shù)計(jì)算得到，見(jiàn)公式2，屬于固有特性參數(shù):

Eal=Kscc×Ktd×(Rct+Rb)×Isr

(2)

(3)

(4)

式中,Ipcf為保護(hù)校驗(yàn)電流，Ipr為電流互感器額定一次電流。

通過(guò)計(jì)算滿足公式1，則相應(yīng)電流互感器在實(shí)際工作循環(huán)方式下不會(huì)飽和。

(5)

(6)

式中,X為實(shí)際一次回路電抗，R為實(shí)際一次回路電阻，f為系統(tǒng)頻率:

(7)

(8)

式中,t′為第一次故障持續(xù)時(shí)間，tfr為故障重現(xiàn)時(shí)間，t″為第二次故障持續(xù)時(shí)間。

(9)

2.2 TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)誤差判據(jù)

(10)

2.3 TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)方案

開(kāi)展發(fā)變組保護(hù)用TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)以檢驗(yàn)電流互感器暫態(tài)誤差是否滿足保護(hù)要求為目的，結(jié)合系統(tǒng)接線方式和相關(guān)實(shí)測(cè)參數(shù)，具體校驗(yàn)方案如下：

1)以系統(tǒng)保護(hù)配置為基礎(chǔ)，針對(duì)發(fā)電機(jī)組未裝設(shè)GCB及裝設(shè)GCB兩種接線方式，從保護(hù)可靠性方面進(jìn)行分析，選定適當(dāng)故障點(diǎn)；

2)根據(jù)機(jī)組投產(chǎn)后相關(guān)實(shí)際參數(shù)及調(diào)度部門下發(fā)的系統(tǒng)等值電抗，計(jì)算出校驗(yàn)電流Ipcf；

3 算例分析

該電廠一、二期工程發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)均采用雙重化縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為相間短路主保護(hù)，通過(guò)采用比率制動(dòng)或標(biāo)積制動(dòng)特性，對(duì)區(qū)內(nèi)故障具有較高靈敏度；對(duì)區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障引起電流互感器飽和導(dǎo)致差動(dòng)延時(shí)動(dòng)作或拒動(dòng)，通過(guò)差動(dòng)速斷輔助保護(hù)快速切除故障。比率制動(dòng)或標(biāo)積制動(dòng)特性在區(qū)外故障時(shí)有一定制動(dòng)性能，但在區(qū)外嚴(yán)重故障引起電流互感器深度飽和時(shí)可能誤動(dòng)。因此該電廠發(fā)變組系統(tǒng)TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)選取的故障點(diǎn)和校驗(yàn)電流Ipcf應(yīng)為區(qū)外故障時(shí)流經(jīng)互感器最大短路電流，針對(duì)該電廠一、二期工程發(fā)電機(jī)組不同接線方式，分別展開(kāi)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)。

3.1 未裝設(shè)GCB接線方式下暫態(tài)性能校驗(yàn)

在未裝設(shè)GCB接線方式下，發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作行為與主變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作行為相同，僅需校驗(yàn)發(fā)變組區(qū)外故障F1點(diǎn)最大短路電流下電流互感器TA01～06暫態(tài)性能如圖1所示。

表6 未裝設(shè)GCB接線方式下暫態(tài)性能校驗(yàn)

3.2 裝設(shè)GCB接線方式下暫態(tài)性能校驗(yàn)

在裝設(shè)GCB接線方式下，發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作行為與主變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作行為不同，需校驗(yàn)發(fā)電機(jī)區(qū)外故障F1、F2點(diǎn)最大短路電流下TA01～02、TA05～06暫態(tài)性能，以及主變壓器區(qū)外故障F1、F3點(diǎn)最大短路電流下TA03～04、TA07～08暫態(tài)性能如圖2所示。

表7 裝設(shè)GCB接線方式下暫態(tài)性能校驗(yàn)

3.4 性能校驗(yàn)評(píng)價(jià)

4 結(jié)論