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

0 引言

目前,超特高壓交流線路主網架在河北省南部電網(簡稱“河北南網”)逐漸形成,由于新線路建設,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人員經常面臨的工作。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備的電壓電流相序和相位關系來驗證互感器極性、一次系統接線、二次回路接線是否正確[1-2]。

空載充電過程中負荷側空載,流過線路的電流很小,線路上的壓降_可忽略,一般線路兩側的電壓均與系統電壓一致,因此向量檢查計算主要針對電源側和負荷側的電流。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,并結合現場投運參數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、線路參數和電壓等級有關系。因500 k V線路分布情況相似,線路末端電壓為系統電壓,一般為525 k V,電容參數差別不大,一般為0.013 480 μF/k m,所以無并聯電抗器的線路,取單位長度經驗值1.3 A計算。由于負荷是容性的,所以電源側模擬量相位電壓滯后電流90°。

1.2 并聯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的工頻過電壓現象,常常在線路末端并聯電抗器對輸電線路進行無功補償[4]。帶有并聯電抗器的輸電線路電流分布如圖2所示。

圖2 帶并聯電抗器的輸電線路電流分布

線路空載充電試驗時,負荷側電流為0,電源側電流計算公式如下

流過并聯電抗器感性電流為

并聯電抗器為純感性負荷,所以流過并聯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值,結合變電站內線路TA的極性與變比,可將一次參數值換算為向量檢查所需的二次計算參數值。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電流計算方法如公式(3),過補償線路電源側電流滯后電壓90°,欠補償線路電源側電流超前電壓90°,無并聯電抗器補償線路為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線路兩側的電壓;I·31、I·32為AC線路兩側的電流;I·C2為流過AC線路分布電容電流;U·41、U·42為CB線路兩側的電壓;I·41、I·42為CB線路兩側的電流;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,流過線路并聯電抗器的電流I·L2的計算方法同I·L1。

由公式(5)可知,當I·C2+I·C3＞I·L2＞I·C3時,CB線路C側電流為感性電流,電流滯后電壓90°,對于AC線路C側則為容性電流,電流超前電壓90°,A側為容性電流,即電流超前電壓90°;當I·C2+I·C3＜I·L2時,除AC線路C側為電流超前電壓90°外,其余各側均電流滯后電壓90°;當I·L2＜I·C3時,除AC線路C側為電流滯后電壓90°外,其余各側均電流超前電壓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運行后,若負荷側無其他負載,由于2條線路參數相同,并聯電抗器對2條線路的補償也相同,因此流過并聯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電抗器的電網主接線示意,見圖4。其對應的電流分布示意,見圖5。

圖4 含并聯電抗器的同塔雙回輸電線路主接線

圖5 含并聯電抗器的同塔雙回輸電線路電流分布

由公式(6)計算可得電源側和負荷側電流向量。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線兩側的開關,5011和5012的TA分別分布在開關兩側,TA1和TA2為線路保護在5011開關側的TA,TA13和TA14為線路保護在5012開關側的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 中標注了各TA的極性,極性接反將導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關系,因此只需關注TA的一次極性即可[5]。一般線路各側電流均以母線流向線路為正方向,當電流實際方向與正方向一致時,電流呈現感性,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,電流呈現容性,即電流方向超前電壓90°。

圖7 TA繞組一二次電流對應關系

根據線路的一次電流和變比可以計算其對應的二次電流,如公式(7)

3 某500 k V線路投運采樣數據分析驗證

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

表1 NW雙回輸電線路參數

分4步對N W雙回輸電線路W側進行充電,具體步驟如下:

(1)N站對N W二線空載充電(5051開關合位,其余開關分位);

(2)N站對NW一線空載充電(5061開關合位,其余開關分位);

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

(4)N W雙回合環運行(全部開關均在合位,W站無負荷)。

根據本文2.1和2.2所述方法可計算出上述4個步驟中N側和W側輸電線路二次電流大小及相位,結果如表2計算電流值所示。

根據空載充電時N和W側線路保護裝置顯示的二次電流數據即為空載充電時線路保護的測量值,結果如表2站內實測電流值所示。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果對比

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

4 結束語

本文為預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,縮短調度部門等待時間,并提高工作效率。

結合現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,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。