500 kV開關站母差保護啟動調試時合環電流計算

2016-06-12 07:10:49吳玉鵬貝俊娟邱立偉中核核電運行管理有限公司浙江海鹽34300中國核電工程有限公司北京00840

電力安全技術 2016年4期

吳玉鵬，貝俊娟，李瀟，邱立偉，孫斌（.中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 34300；.中國核電工程有限公司，北京 00840）

吳玉鵬1，貝俊娟2，李瀟1，邱立偉1，孫斌1
（1.中核核電運行管理有限公司，浙江海鹽 314300；2.中國核電工程有限公司，北京 100840）

〔摘要〕根據某500 kV聯合開關站主接線方式建立開關站內電流分布計算的等效電路模型和電力網絡方程；利用MATLAB的基本編程計算出Ⅰ母側合環試驗時的合環電流，并通過與實測數據對比分析驗證了模型的正確性。利用該模型，計算出Ⅱ母側合環試驗時的電流分布特征，為Ⅱ母母差保護校驗時合環方式的合理選擇提供了依據。

〔關鍵詞〕開關站；母差保護；合環電流；節點電壓法；電流分布

0 引言

某500 kV聯合開關站采用3/2接線，共有4個完整串和2個不完整串。某核電站2期4臺核電機組通過2個完整串和2個不完整串，3期2臺核電機組通過秦重5421/5422線和2個完整串，由秦喬5413/5414線、秦由5415線、秦拳5416線送入華東電網，其主接線如圖1所示。

圖1 500 kV聯合開關站主接線

2013年11月，該500 kV聯合開關站Ⅰ母母差保護升級改造，并依據《華東電網交流500 kV輸變電設備啟動投運管理規定》實施投運前的啟動調試。根據Ⅰ母母差保護啟動調試方案，分別通過5011-5031，5022-5031，5031-5041，5041-5051，5051-5061開關合環運行，利用合環電流校驗核對母差保護相關CT極性和接線是否正確，最后通過Ⅰ母合環運行復校母差保護。

在校驗過程中，因5051-5061開關合環運行時合環電流很小無法準確測量，導致試驗失敗，無法驗證5061開關支路的CT極性和接線正確性。所以改變了試驗方案，改為5031/5061開關合環，對5061開關支路的CT極性和接線的正確性進行驗證。

以下通過建立開關站內電流計算模型，計算Ⅰ母側開關合環運行時的合環電流以及Ⅰ母合環運行時各支路的電流，并與實測數據對比分析，驗證計算模型和方法的正確性和有效性。利用該模型，計算Ⅱ母側的合環電流，為Ⅱ母母差保護校驗時的合環方式選擇提供了依據。

1 等效電力網絡模型

要計算開關站內分布電流，首先建立了開關站的電力網絡模型，如圖2所示。

（2）支路阻抗以集中參數表示，忽略各支路導體對地分布電容的影響。

（3）站內開關、閘刀、流變的電阻一般為微歐級，網絡模型中僅考慮連接導體的阻抗。

（4）主變及線路作為相應節點的電源和負荷，根據實時數據，已知電源電流和負荷電流。

圖2 500 kV聯合開關站等效電路模型

2 等效電路參數

2.1 支路阻抗

根據GIS廠家提供的參數和導體布置圖，單位長度導體電阻為10.66 μ?/m，單位長度導體電感0.25 μH/m，計算出網絡模型中各支路阻抗，如表1所示。

表1 網絡模型中各支路阻抗

2.2 節點注入電流

節點注入電流可理解為節點電源電流與負荷電流之和，并規定流向網絡的電流為正。為方便計算，假設節點注入電流同相位。網絡模型中各節點注入電流如表2所示。

表2 網絡模型中各節點注入電流 A

3 電力網絡方程

計算開關站內分布電流，即計算開關站等效電力網絡的潮流。根據該500 kV聯合開關站等值電路網絡的已知參數和變量，可直接建立線性的節點電壓方程：IB=YBUB，其中：IB是節點注入電流的列向量；UB是節點電壓的列向量；YB是節點導納矩陣。其階數等于網絡中除參考點外的節點數。

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節點電壓方程可展開為：

式中，Yii為節點i的自導納，數值上等于與該節點直接連接的所有支路導納總和；Yij為節點i，j之間的互導納，數值上等于連接節點i，j支路導納的負值。沒有直接聯系的2節點之間的互導納為0；站內某開關斷開，電路模型中該支路導納亦為0。結合該500 kV聯合開關站等效電路模型，形成22×22階節點導納矩陣和節點注入電流列向量，求解出節點電壓列向量UB。則支路電流可得：。式中：I˙ij為節點i，j之間的支路電流；U˙i，U˙j為節點i，j的電壓。

4 合環電流計算

4.1 Ⅰ母母線保護校驗合環電流計算

運用MATLAB強大的矩陣運算能力和基本編程，求解上述22階的線性復數方程組。按照Ⅰ母母線保護校驗方案的合環方式，計算各合環電流。開關合環時的電流如表3所示，表中給出的電流值為二次值，CT變比為2 500/1。由表3可知，保護校驗過程中5051-5061開關合環時的合環電流為0，與理論計算基本相符合。Ⅰ母合環時各支路的實測電流和計算電流如表4所示。對比可見，實測值與計算結果基本吻合，說明上述計算模型和方法是正確和有效的。

表3 開關合環時的電流 A

表4 Ⅰ母合環時各支路電流 A

4.2 Ⅱ母母線保護校驗合環電流計算

為了在Ⅱ母母線保護校驗時，不發生類似Ⅰ母開關合環電流為0（校驗失敗）的情況，在Ⅱ母母線保護校驗方案編制前，利用上述計算模型對Ⅱ母各合環方式下的合環電流進行預測計算。

（1）將各主變和線路的潮流用Ⅰ母母線保護校驗時的數據代替。

（2）由于Ⅱ母母線保護校驗是在4號機組大修期間進行的，故將3，4號主變的潮流數據對換。

Ⅱ母母線保護校驗合環電流預測計算結果如表5所示。從表5可見，5043-5053合環、5043-5063合環、5053-5063合環時，合環電流計算值都較小，在選擇合環方式時應避開；檢修后，Ⅱ母首次送電時，應選擇線路側開關對Ⅱ母進行沖擊，以減少合閘故障對機組的沖擊；在校驗過程中，應考慮減少開關的倒閘操作次數。