電網重合閘時間延長對天荒坪抽水蓄能電站保護影響的研究

鄭哲+趙峰

摘 要：根據國家電力調度控制中心夏季聯合計算分析結論，華東主網500余條交流線路單相重合于單永故障時，會引起復奉、錦蘇、賓金三大特高壓直流同時換相失敗兩次，給電網安全穩定運行帶來嚴重影響。為保障電網安全穩定運行，需延長線路斷路器單相重合閘時間為1.3s（未投重合閘的線路不需調整）的可行性。

關鍵詞：電網重合閘；抽水蓄能電站；保護

引言

為保障電網安全穩定運行，需延長線路斷路器單相重合閘時間為1.3s（未投重合閘的線路不需調整）的可行性。天荒坪抽水蓄能電站共有六臺機組，六臺機組以單機單變的發變組形式連接，每兩臺變壓器高壓側連成一組與500kV斷路器相連。500kV開關站采用內橋接線方式，通過兩回500kV出線接入華東電網。天荒坪電站總裝機容量為6×300MW，單機額定電流10681A，額定電壓18kV。發電機經Yn/Δ-11接線的主變接入500kV電網。

一、非全相運行對機組機械設備的影響

同步發電機轉子由原動機驅動，為了控制原動機向發電機輸出的機械功率，并保持電網的正常運行頻率，并在各運行的發電機之間合理地分配負荷，每一臺原動機都配置了調速器，調速器一般通過控制汽輪機的汽門開度或水輪機的導水葉開度實現功率和頻率的調節。圖1給出了原動機及調速器在電力系統中的作用，及其與其他元件的關系。發電機的轉速與給定轉速進行比較，其偏差進入調速器，以控制汽輪機的汽門開度或水輪機的導水葉開度，改變原動機輸出的機械功率，從而調節速度和調節發電機輸出的電磁功率。

發電工況下，機械功率起驅動作用，電磁功率起制動作用。線路由于重合閘單相斷開后，發電機電磁功率減少，考慮機械系統的慣性，機械功率不變，功率的不平衡導致轉子加速，電磁功率回升，同時轉速的偏差導致調速器動作，進而使水輪機的導水葉開度減小，機械功率隨之減小。

抽水工況下，機械功率起制動作用，電磁功率起驅動作用。線路由于重合閘單相斷開后，發電機電磁功率減少，考慮機械系統的慣性，機械功率不變，功率的不平衡導致轉子減速，電磁功率回升，同時轉速的偏差導致調速器動作，進而使水輪機的導水葉開度減小，機械功率隨之減小。

二、電網單相重合閘時間延長對電廠保護的影響

當電廠出線上發生單相接地故障后，線路主保護跳閘，單跳斷開故障線路，線路兩相健全相運行，持續時長為重合閘時間定值長度，電網的單相重合閘時間延長，使得線路非全相運行狀態延長。此時，由于電網非全相運行，三相不平衡，產生的電氣量變化和可能對電廠保護的影響主要有以下幾個方面。

第一，在線路中產生零序、負序電壓和電流，線路、變壓器、發電電動機（只有負序）的保護中，有多種原理采用零序、負序分量作為判據，若零序、負序分量幅值達到判據動作門檻，且持續時間滿足延時要求，就會造成這些保護誤動作。

零序電流保護方面，華東電網輸電線路采用反時限方向零序電流保護作為高阻接地時的后備保護，其靈敏度高，全網統一定值以實現自然配合。根據反時限動作曲線，零序電流越大，保護動作時間越短；零序電流越小，保護動作時間越長。單相重合閘期間非全相運行產生零序電流，當重合閘時間延長時，有可能出現零序反時限保護在重合閘之前動作的情況。為防止零序反時限保護誤動，需要重點研究重合閘時間延長對零序反時限方向電流保護的影響，可能會有部分線路輸送功率限額需要下調。由于電廠出線同樣采用零序反時限方向過流保護，其送出功率可能會受影響。此外，變壓器、線路等采用的零序過流也需要校核。

負序電流保護方面，一般發電機和變壓器會采用負序定時限及反時限電流保護作為發電機轉子及變壓器等重要電氣設備的后備保護，目前均和現有重合閘時間進行配合。重合閘時間調整后，電廠負序電流保護定值需要校核。

第二，在發電機工況下，電廠出線單相重合閘期間，可能造成重合閘線路電壓升高，若出線有過壓保護，需要進行校核；此時，發電機轉速和頻率有可能發生變化，由此也可能對失步保護造成影響。

第三，在電動機工況下，電廠出線單相重合閘期間，可能使得電動機重合閘相關相輸入功率不足，可能對發電機低功率保護造成影響；輸入功率的降低也可能會對發電機帶動的水泵功率造成影響。

三、研究結論

通過研究電廠的發變組保護、高廠變保護、出線線路保護、斷路器保護，得到線路斷路器重合閘時間延長對保護影響的研究結論。

不受出線單相重合閘時間延長影響的保護有：①發電電動機負序過流保護（發電方向）；②發電電動機負序過流保護（抽水方向）；③發電電動機過電壓保護；④發電電動機低頻保護；⑤發電電動機低功率保護；⑥主變中性點零序過流保護；⑦主變高壓側過流加低壓側復壓閉鎖保護；⑧發電電動機失步保護；⑨線路零序差動保護；⑩線路零序方向過流保護。

參考文獻：

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