線路空載充電向量檢查方法研究

靳 楠,張巖坡,張韶光,周雪青,陳少功

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司超高壓分公司,河北 石家莊 050071;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,河北 石家莊 050021)

0 引言

目前,超特高壓交流線路主網(wǎng)架在河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)逐漸形成,由于新線路建設(shè),斷路器和繼電保護裝置的投運、更換工程較多,線路空載充電向量檢查成為繼電保護專業(yè)人員經(jīng)常面臨的工作。超特高壓線路送電投運過程中,電壓、電流受分布電容以及并聯(lián)電抗影響較大,向量檢查是通過分析電流互感器TA及電壓互感器TV的二次電流和電壓判斷繼電保護、測控裝置、故障錄波器等二次設(shè)備的電壓電流相序和相位關(guān)系來驗證互感器極性、一次系統(tǒng)接線、二次回路接線是否正確[1-2]。

空載充電過程中負荷側(cè)空載,流過線路的電流很小,線路上的壓降_可忽略,一般線路兩側(cè)的電壓均與系統(tǒng)電壓一致,因此向量檢查計算主要針對電源側(cè)和負荷側(cè)的電流。本文從線路空載充電向量檢查的影響因素著手,分析3種形式空載充電向量檢查模擬量計算方法,并結(jié)合現(xiàn)場投運參數(shù)對計算方法的正確性進行驗證。

1 線路空載充電向量檢查的影響因素

1.1 分布電容對輸電線路電流的影響

常見500 k V輸電線路的長度在100～300 k m之間,可以按集中參數(shù)處理,其T型等值電路如圖1所示[3]。

圖1 T型等值電路

由公式(2)可知,空載充電電流大小與線路長度、線路參數(shù)和電壓等級有關(guān)系。因500 k V線路分布情況相似,線路末端電壓為系統(tǒng)電壓,一般為525 k V,電容參數(shù)差別不大,一般為0.013 480 μF/k m,所以無并聯(lián)電抗器的線路,取單位長度經(jīng)驗值1.3 A計算。由于負荷是容性的,所以電源側(cè)模擬量相位電壓滯后電流90°。

1.2 并聯(lián)電抗器對輸電線路電流的影響

針對超高壓輸電線路負荷較小時出現(xiàn)的工頻過電壓現(xiàn)象,常常在線路末端并聯(lián)電抗器對輸電線路進行無功補償[4]。帶有并聯(lián)電抗器的輸電線路電流分布如圖2所示。

圖2 帶并聯(lián)電抗器的輸電線路電流分布

線路空載充電試驗時,負荷側(cè)電流為0,電源側(cè)電流計算公式如下

流過并聯(lián)電抗器感性電流為

并聯(lián)電抗器為純感性負荷,所以流過并聯(lián)電抗器的電流相位滯后電壓90°。流過線路分布電容的電流

2 線路空載充電向量檢查計算方法

本文考慮分布電容、并聯(lián)電抗器對單回輸電線路、單回輸電線路破口以及同塔雙回輸電線路空載充電向量檢查的影響,計算得到線路的一次參數(shù)值,結(jié)合變電站內(nèi)線路TA的極性與變比,可將一次參數(shù)值換算為向量檢查所需的二次計算參數(shù)值。正常情況下線路空載充電電壓、電流均為正序,本文均針對U相進行計算。

2.1 不同形式的線路空載充電模擬量計算方法

2.1.1 單回輸電線路空載充電模擬量計算方法

對于單回輸電線路電源側(cè)電流計算方法如公式(3),過補償線路電源側(cè)電流滯后電壓90°,欠補償線路電源側(cè)電流超前電壓90°,無并聯(lián)電抗器補償線路為0。

2.1.2 單回輸電線路破口空載充電模擬量計算方法

對于單回輸電線路AB被C破口空載充電時,其電流分布如圖3所示。

圖3 單回輸電線路破口后輸電線路電流分布

式中:U·31、U·32為AC線路兩側(cè)的電壓;I·31、I·32為AC線路兩側(cè)的電流;I·C2為流過AC線路分布電容電流;U·41、U·42為CB線路兩側(cè)的電壓;I·41、I·42為CB線路兩側(cè)的電流;I·C3為流過CB線路分布電容電流;I·L2為流過CB線路并聯(lián)電抗器的電流。流過線路分布電容的電流I·C2、I·C3的計算方法同I·C,流過線路并聯(lián)電抗器的電流I·L2的計算方法同I·L1。

由公式(5)可知,當(dāng)I·C2+I·C3＞I·L2＞I·C3時,CB線路C側(cè)電流為感性電流,電流滯后電壓90°,對于AC線路C側(cè)則為容性電流,電流超前電壓90°,A側(cè)為容性電流,即電流超前電壓90°;當(dāng)I·C2+I·C3＜I·L2時,除AC線路C側(cè)為電流超前電壓90°外,其余各側(cè)均電流滯后電壓90°;當(dāng)I·L2＜I·C3時,除AC線路C側(cè)為電流滯后電壓90°外,其余各側(cè)均電流超前電壓90°。

2.1.3 同塔雙回輸電線路空載充電模擬量計算方法

對于同塔雙回輸電線路合環(huán)運行后,若負荷側(cè)無其他負載,由于2條線路參數(shù)相同,并聯(lián)電抗器對2條線路的補償也相同,因此流過并聯(lián)電抗器的感性電流被2條輸電線路均分。同塔雙回布置帶并聯(lián)電抗器的電網(wǎng)主接線示意,見圖4。其對應(yīng)的電流分布示意,見圖5。

圖4 含并聯(lián)電抗器的同塔雙回輸電線路主接線

圖5 含并聯(lián)電抗器的同塔雙回輸電線路電流分布

由公式(6)計算可得電源側(cè)和負荷側(cè)電流向量。其中,I·C4、I·C5分別為N W一線和N W二線的分布電容電流,計算方法同公式(2);I·L3為流過并聯(lián)電抗器的電流,計算方法同公式(4);I·N1、I·W1分別為N站和W站流入NW一線電流;I·N2、I·N2分別為N站和W站流入NW二線電流。由公式

(6)可知,I·W1為感性電流,即電壓超前電流90°;I·W2為容性 電流,即 電壓滯后 電 流90°;當(dāng)I·L3＜2I·C4=2I·C5時,I·N1、I·N2為容性電流,即電壓滯后電流90°,當(dāng)I·L3＞2I·C4=2I·C5時,I·N1、I·N2為感性電流,即電壓超前電流90°。

2.2 500 k V線路TA的變比與極性

變電站內(nèi)500 k V線路通常為3/2接線,線路間隔TA分布示意如圖6所示,其中5011和5012為線路ABⅠ線兩側(cè)的開關(guān),5011和5012的TA分別分布在開關(guān)兩側(cè),TA1和TA2為線路保護在5011開關(guān)側(cè)的TA,TA13和TA14為線路保護在5012開關(guān)側(cè)的TA。線路保護雙套配置,線路保護1的電流為TA1與TA13的和電流,線路保護2的電流為TA2和TA14的和電流。

圖6 500 k V線路保護TA分布示意

圖6 中標(biāo)注了各TA的極性,極性接反將導(dǎo)致模擬量的相位相反。TA繞組的繞向決定了TA的極性。圖7所示的極性表示當(dāng)一次電流從P1流入P2時,二次電流從S1流出至S2。TA的一二次電流在大小和方向上存在一一對應(yīng)關(guān)系,因此只需關(guān)注TA的一次極性即可[5]。一般線路各側(cè)電流均以母線流向線路為正方向,當(dāng)電流實際方向與正方向一致時,電流呈現(xiàn)感性,即電流方向滯后該母線電壓90°,若電流實際方向與正方向反向時,電流呈現(xiàn)容性,即電流方向超前電壓90°。

圖7 TA繞組一二次電流對應(yīng)關(guān)系

根據(jù)線路的一次電流和變比可以計算其對應(yīng)的二次電流,如公式(7)

3 某500 k V線路投運采樣數(shù)據(jù)分析驗證

以河北南網(wǎng)某變電站內(nèi)新建500 k V輸電線路投運時的向量檢查工作為例,驗證本文的結(jié)論。利用NW雙回線路對W側(cè)進行充電,如圖4所示。表1為N W雙回輸電線路參數(shù)。

表1 NW雙回輸電線路參數(shù)

分4步對N W雙回輸電線路W側(cè)進行充電,具體步驟如下:

(1)N站對N W二線空載充電(5051開關(guān)合位,其余開關(guān)分位);

(2)N站對NW一線空載充電(5061開關(guān)合位,其余開關(guān)分位);

(3)N站對NW二線充電,串帶NW一線空載充電(5051、5021、5011、5012開關(guān)均為合位,5061開關(guān)分位);

(4)N W雙回合環(huán)運行(全部開關(guān)均在合位,W站無負荷)。

根據(jù)本文2.1和2.2所述方法可計算出上述4個步驟中N側(cè)和W側(cè)輸電線路二次電流大小及相位,結(jié)果如表2計算電流值所示。

根據(jù)空載充電時N和W側(cè)線路保護裝置顯示的二次電流數(shù)據(jù)即為空載充電時線路保護的測量值,結(jié)果如表2站內(nèi)實測電流值所示。電流過小不滿足保護裝置測量要求時,電流幅值與相位可通過卡鉗表獲取。

表2 計算電流值與實測電流值結(jié)果對比

對比表2中計算電流值和實測電流值數(shù)據(jù),可以看出,用本文方法得出的結(jié)果與實際采樣數(shù)據(jù)基本一致,驗證了本文方法的正確性。

4 結(jié)束語

本文為預(yù)判輸電線路的向量提供了方法,以上情況幾乎涵蓋所有超高壓輸電線路向量檢查工作,熟練掌握以上方法可以快速完成輸電線路向量檢查,縮短調(diào)度部門等待時間,并提高工作效率。

結(jié)合現(xiàn)有輸電線路空載充電模擬量計算方法,可研制線路空載充電向量檢查儀器。在儀器中選擇線路充電方式并輸入線路參數(shù),可自動顯示空載充電理論值,簡化向量檢查計算過程,降低向量檢查工作門檻。