特高壓線路開(kāi)關(guān)三相跳閘時(shí)的安全運(yùn)行

特高壓線路開(kāi)關(guān)三相跳閘時(shí)的安全運(yùn)行

0特高壓沿線電壓試驗(yàn)高壓通信線具有遠(yuǎn)距離傳輸距離和高壓干燥性的特點(diǎn)。由開(kāi)關(guān)偷跳或特高壓解列裝置動(dòng)作引起任意特高壓線路開(kāi)關(guān)三相跳閘時(shí),將出現(xiàn)特高壓線路空載運(yùn)行的情況,此時(shí)沿線電壓會(huì)大幅增加,充電功率和變壓器第三繞組容性無(wú)功涌向兩側(cè)的500kV系統(tǒng),造成兩側(cè)系統(tǒng)電壓大幅上升,對(duì)設(shè)備和事故后線路的處理、恢復(fù)均產(chǎn)生不利影響。實(shí)際運(yùn)行中,特高壓輸電線路沿線電壓分布并不均勻,與輸送功率水平以及晉東南和荊門(mén)500kV電壓水平等因素相關(guān)。線路空充時(shí)存在費(fèi)仁蒂效應(yīng),線路充電容性電流流經(jīng)線路電感將引起沿線電壓上升。對(duì)于一條無(wú)損線,其送端電壓固定,受端甩空,沿線電壓幅值可通過(guò)式(1)得到式中:Es為空充線路送端母線電壓;l為線路總長(zhǎng)度;x為研究點(diǎn)距空充線路末端的距離;β為相位系數(shù);V為研究點(diǎn)處電壓?？梢?jiàn),隨著與送端距離的增大,沿線電壓逐漸升高,在線路末端電壓達(dá)到最高值。不同送電功率下特高壓沿線電壓分布如圖1所示。從圖1可以看出,特高壓零功率方式下,南陽(yáng)1000kV母線電壓高于兩側(cè)晉東南和荊門(mén)1000kV母線電壓,隨著輸送功率的增加,南陽(yáng)與晉東南和荊門(mén)的壓差逐漸縮小,在特高壓輸送功率為2800MW方式下,南陽(yáng)電壓低于兩側(cè)電壓。特高壓兩側(cè)晉東南和荊門(mén)500kV電壓水平對(duì)特高壓沿線電壓分布的影響如圖2所示。從圖2中可以看出,與晉東南和荊門(mén)500kV母線電壓相等的情況相比,晉東南500kV母線電壓相對(duì)高時(shí),特高壓沿線最高電壓更高,與南陽(yáng)的壓差更大;荊門(mén)500kV母線電壓相對(duì)高時(shí),特高壓沿線最高電壓降低,且晉東南—南陽(yáng)和南陽(yáng)—荊門(mén)2段線路的沿線最高電壓基本相等。開(kāi)關(guān)跳閘后,特高壓沿線電壓的變化將是線路高抗、低壓電容和線路充電功率共同作用的結(jié)果。由線路輸送不同功率時(shí)開(kāi)關(guān)跳閘后的計(jì)算結(jié)果可知,特高壓1000kV母線電壓、近區(qū)500kV母線電壓、變壓器110kV母線電壓可能會(huì)超過(guò)最高運(yùn)行電壓或長(zhǎng)期運(yùn)行允許的最高電壓。1穩(wěn)定和超額控制策略1.1考慮方案1.1.1方案11.1.1.把控機(jī)關(guān)開(kāi)線任一站1000kV線路2個(gè)開(kāi)關(guān)均三相斷開(kāi)后,發(fā)出遠(yuǎn)跳命令將其他站開(kāi)關(guān)跳開(kāi),最終3站的1000kV開(kāi)關(guān)三相全部斷開(kāi)。如晉東南開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,向南陽(yáng)側(cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào),南陽(yáng)側(cè)收到遠(yuǎn)跳信號(hào)后,經(jīng)就地判據(jù)跳開(kāi)本側(cè)2個(gè)開(kāi)關(guān),此時(shí),判別出南陽(yáng)側(cè)的開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)后,向荊門(mén)側(cè)發(fā)遠(yuǎn)跳命令,荊門(mén)側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后,情況相同。如南陽(yáng)側(cè)2個(gè)開(kāi)關(guān)均斷開(kāi),分別向晉東南和荊門(mén)發(fā)遠(yuǎn)跳命令,晉東南和荊門(mén)經(jīng)就地判據(jù)后動(dòng)作跳開(kāi)本側(cè)2個(gè)開(kāi)關(guān)。1.1.1.a產(chǎn)品的發(fā)遠(yuǎn)跳裝置按照已有的特高壓保護(hù)配置方案,在2條特高壓線路的兩側(cè)均裝設(shè)1套R(shí)CS-925A遠(yuǎn)方跳閘及過(guò)電壓保護(hù)裝置和1套CSC-125A遠(yuǎn)方跳閘及過(guò)電壓保護(hù)裝置,這2套裝置的發(fā)遠(yuǎn)跳命令由以下條件啟動(dòng):1)斷路器失靈;2)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作;3)電抗器保護(hù)動(dòng)作。在此基礎(chǔ)上,增加1個(gè)啟動(dòng)條件,即“本側(cè)1000kV兩個(gè)開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)”向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào)?！氨緜?cè)1000kV兩個(gè)開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)”的判據(jù)由“RCS-925A”和“CSC-125A”保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。收到遠(yuǎn)跳信號(hào)后,仍然按照原動(dòng)作邏輯跳閘。1.1.1.線路開(kāi)關(guān)聯(lián)跳該方案的優(yōu)點(diǎn)為:在可能出現(xiàn)過(guò)電壓的情況下,將特高壓線路斷開(kāi),保障特高壓設(shè)備的安全;不用新增設(shè)備和通道設(shè)備,即可實(shí)現(xiàn)聯(lián)跳功能。缺點(diǎn)為:任一站線路開(kāi)關(guān)一個(gè)檢修、另一個(gè)無(wú)故障跳開(kāi),會(huì)造成全線退出,影響范圍較大;各開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳開(kāi)后恢復(fù)過(guò)程復(fù)雜;需要修改保護(hù)的邏輯。1.1.2方案21.1.2.基準(zhǔn)電壓1100kv時(shí)用2段過(guò)電壓保護(hù)加預(yù)案的方式實(shí)現(xiàn)。發(fā)生特高壓線路開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)或500kV側(cè)開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)造成線路電壓超過(guò)基準(zhǔn)電壓1100kV時(shí),根據(jù)過(guò)電壓數(shù)值采用不同的措施。當(dāng)電壓超過(guò)1.25倍基準(zhǔn)電壓時(shí),由過(guò)電壓保護(hù)I段動(dòng)作跳開(kāi)本側(cè)線路開(kāi)關(guān)三相,并向?qū)?cè)發(fā)出遠(yuǎn)跳信號(hào);當(dāng)電壓超過(guò)1.1倍的基準(zhǔn)電壓時(shí),由過(guò)電壓保護(hù)II段動(dòng)作跳開(kāi)本側(cè)線路開(kāi)關(guān)三相,并向?qū)?cè)發(fā)出遠(yuǎn)跳信號(hào);當(dāng)電壓在1.0~1.1倍基準(zhǔn)電壓,由運(yùn)行人員按照緊急預(yù)案進(jìn)行操作。1.1.2.置及整定及預(yù)處理該方案的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程需要做以下2方面的工作:1)過(guò)電壓保護(hù)整定。過(guò)電壓保護(hù)配置及整定如表1所示。2)制定電壓在1.0~1.1倍基準(zhǔn)電壓的處理預(yù)案。電壓在1.0~1.1倍基準(zhǔn)電壓時(shí),通過(guò)告警、發(fā)信等方式通知運(yùn)行人員,密切監(jiān)視電壓變化,并由調(diào)度根據(jù)輸送功率和電抗器、電容器的投切方式確定是否需要投入或切除設(shè)備。1.1.2.解決了原有的過(guò)氧化氫問(wèn)題該方案的優(yōu)點(diǎn)為:實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,保護(hù)改動(dòng)的工作量小,僅需增加一段過(guò)電壓保護(hù)即可;整定簡(jiǎn)單;1.1倍以上的過(guò)電壓?jiǎn)栴}均得到有效解決,對(duì)1100~1210kV的過(guò)電壓也采取了措施,可以保證設(shè)備安全。缺點(diǎn)為:需要運(yùn)行人員參與,在接到告警信號(hào)后,迅速按照預(yù)案進(jìn)行控制;設(shè)備有一段時(shí)間運(yùn)行在1100~1210kV之間。1.1.3方案31.1.3.側(cè)開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)采用專用過(guò)電壓保護(hù)功能模塊實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)生特高壓線路開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)或500kV側(cè)開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)造成線路電壓超過(guò)1150kV以上時(shí),按照設(shè)定的時(shí)間,動(dòng)作跳開(kāi)本側(cè)線路開(kāi)關(guān)三相,并向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào)。此方案不聯(lián)跳相鄰線路,相鄰線路是否跳開(kāi),由過(guò)電壓情況確定。1.1.3.過(guò)一相電壓保護(hù)在原有的1000kV過(guò)電壓保護(hù)中實(shí)現(xiàn),需增加2個(gè)功能模塊,其過(guò)電壓保護(hù)計(jì)算均采用相電壓。以下電壓定值為線電壓,整定時(shí)需要折算。1)模塊1,高定值的過(guò)電壓保護(hù)(1210kV以上)。保護(hù)I段:1370kV(線電壓)以上0.5s,一相過(guò)電壓即動(dòng)作(采用“或”邏輯)。保護(hù)II段:1210kV以上最長(zhǎng)20s,三相過(guò)電壓才動(dòng)作,1210~1370kV根據(jù)設(shè)備耐受能力確定(采用“與”邏輯)。2)模塊2,低定值的過(guò)電壓保護(hù)(1150kV以上)。動(dòng)作條件為:三相電壓均大于1150kV的同時(shí)ΔP下降。過(guò)電壓保護(hù)不設(shè)投退壓板,動(dòng)作后跳開(kāi)本側(cè)線路開(kāi)關(guān)三相,并向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào)。其中ΔP下降指從整定的功率值PH下降到低功率PL,PH、PL可整定。動(dòng)作時(shí)間根據(jù)設(shè)備情況確定,應(yīng)符合短時(shí)耐受電壓和文獻(xiàn)的規(guī)定。1.1.3.特高壓線路的過(guò)流保護(hù)該方案的優(yōu)點(diǎn)為:可以全面解決1150kV以上的過(guò)電壓?jiǎn)栴};不損失全部特高壓線路,便于恢復(fù);可以充分考慮到設(shè)備的過(guò)電壓特性,根據(jù)特定不同的過(guò)電壓水平,確定動(dòng)作時(shí)間。缺點(diǎn)為:需要對(duì)過(guò)電壓保護(hù)邏輯進(jìn)行改造,并對(duì)功率值進(jìn)行整定。1.2穩(wěn)態(tài)過(guò)流聯(lián)跳、跳開(kāi)其他100kv開(kāi)關(guān),要從其控制的聯(lián)跳信號(hào),根據(jù)以上各方案的論述,本文建議采用以下方案:由單獨(dú)裝設(shè)的穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置自動(dòng)處理。具體的動(dòng)作邏輯為:過(guò)電壓保護(hù)配置及整定如表2所示,特高壓線路電壓超過(guò)整定值以上時(shí),按照設(shè)定的時(shí)間,動(dòng)作跳開(kāi)本側(cè)1000kV側(cè)線路開(kāi)關(guān)三相,切除低壓電容器,并發(fā)聯(lián)跳信號(hào),跳開(kāi)其他1000kV開(kāi)關(guān);特高壓線路2個(gè)開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)時(shí),發(fā)聯(lián)跳信號(hào)跳開(kāi)其他1000kV開(kāi)關(guān),并切除低壓電容器;特高壓變壓器500kV側(cè)2個(gè)開(kāi)關(guān)三相跳開(kāi)時(shí),聯(lián)跳本側(cè)1000kV開(kāi)關(guān),發(fā)聯(lián)跳命令跳開(kāi)其他1000kV開(kāi)關(guān),并切除低壓電容器;特高壓南陽(yáng)站穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓裝置無(wú)條件轉(zhuǎn)發(fā)收到的聯(lián)跳信號(hào),本裝置發(fā)出的聯(lián)跳信號(hào)可經(jīng)功能壓板選擇投入或退出。為保證可靠性,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓裝置在判據(jù)上做了如下處理:增加有流判別門(mén)檻值以確認(rèn)線路處于運(yùn)行狀態(tài);增加三相無(wú)流判別元件,與開(kāi)關(guān)位置分相構(gòu)成與門(mén)邏輯,并形成三相“三取二”邏輯以確認(rèn)開(kāi)關(guān)處于分位;增加低有功元件,在收到聯(lián)跳信號(hào)時(shí)經(jīng)其閉鎖以確保可靠性。由于正序過(guò)壓保護(hù)I段與II段間電壓值裕度相對(duì)較小,對(duì)保護(hù)裝置的精度及返回系數(shù)均提出了較高要求,返回系數(shù)最終確定為0.99,低于返回值時(shí),裝置計(jì)時(shí)瞬時(shí)清零。2穩(wěn)定過(guò)載裝置的測(cè)試2.1動(dòng)模試驗(yàn)m動(dòng)模試驗(yàn)的試驗(yàn)系統(tǒng)是以國(guó)家電網(wǎng)公司晉東南(長(zhǎng)治)—南陽(yáng)—荊門(mén)1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程系統(tǒng)為原型,參照現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程繼電保護(hù)裝置的技術(shù)條件建立的。晉東南(長(zhǎng)治)—南陽(yáng)開(kāi)關(guān)站特高壓線路長(zhǎng)度為363km,南陽(yáng)開(kāi)關(guān)站—荊門(mén)特高壓線路長(zhǎng)度為291km。晉東南(長(zhǎng)治)1000kV母線最大短路容量為10500MVA(大方式),最小短路容量為4000MVA(小方式);荊門(mén)系統(tǒng)為華中網(wǎng)等值系統(tǒng),1000kV母線最大短路容量為10750MVA(大方式),最小短路容量為9700MVA(小方式)。動(dòng)模試驗(yàn)包括以下幾項(xiàng):1)線路金屬性瞬時(shí)故障。試驗(yàn)結(jié)果:單相故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng);多相故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠動(dòng)作。2)區(qū)外母線金屬性故障。試驗(yàn)結(jié)果:穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng)。3)系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。試驗(yàn)結(jié)果:在全相振蕩過(guò)程和非全相振蕩過(guò)程中,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng);全相振蕩過(guò)程中區(qū)內(nèi)故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠動(dòng)作;全相振蕩過(guò)程中區(qū)外故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng);非全相振蕩過(guò)程中發(fā)生各種區(qū)外故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng)。4)系統(tǒng)頻率偏移。試驗(yàn)結(jié)果:區(qū)內(nèi)多相故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠動(dòng)作;區(qū)外故障,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng);區(qū)內(nèi)單相故障單跳重合,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng)。5)幾種系統(tǒng)操作。試驗(yàn)結(jié)果:①單端充電手分特高壓開(kāi)關(guān)時(shí),穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng);②系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行后,確認(rèn)二次電流I>0.2后做下面的試驗(yàn),即投入遠(yuǎn)方聯(lián)跳壓板,手分南陽(yáng)站開(kāi)關(guān),晉東南(長(zhǎng)治)站、荊門(mén)站穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠動(dòng)作;退出遠(yuǎn)方聯(lián)跳壓板,手分南陽(yáng)站開(kāi)關(guān)時(shí),晉東南(長(zhǎng)治)站、荊門(mén)站穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置不誤動(dòng);退出遠(yuǎn)方聯(lián)跳壓板,手分晉東南(長(zhǎng)治)開(kāi)關(guān)時(shí),南陽(yáng)站、荊門(mén)站穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置動(dòng)作。2.2穩(wěn)態(tài)電壓控制裝置可靠試驗(yàn)試驗(yàn)系統(tǒng)的接線圖見(jiàn)圖3,分別在晉東南站、南陽(yáng)站、荊門(mén)站進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)試儀1模擬晉東南站電流、電壓、斷路器位置信號(hào),測(cè)試儀2模擬南陽(yáng)站電流、電壓、斷路器位置信號(hào),測(cè)試儀3模擬荊門(mén)站電流、電壓、斷路器位置信號(hào),測(cè)試儀輸出連接至屏內(nèi)端子排。功能試驗(yàn)包括以下幾個(gè)試驗(yàn):1)特高壓開(kāi)關(guān)分相跳試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果:特高壓開(kāi)關(guān)單相跳閘穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠不動(dòng);多相跳閘穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置在記憶2s內(nèi)可靠動(dòng)作;本站跳低壓電容器,另2站滿足低有功條件,聯(lián)跳特高壓開(kāi)關(guān)。2)特高壓側(cè)有流記憶試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果:特高壓側(cè)任意相有流超過(guò)10s開(kāi)放穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置,并且記憶2s;動(dòng)作后本站跳低壓電容器,另2站滿足低有功條件時(shí),聯(lián)跳特高壓開(kāi)關(guān)。3)中壓開(kāi)關(guān)分相跳閘試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果:中壓開(kāi)關(guān)單相跳閘時(shí),穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠不動(dòng);多相跳閘時(shí),穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置在記憶2s內(nèi)可靠動(dòng)作;本站跳特高壓開(kāi)關(guān)。4)中壓側(cè)有流記憶試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果:中壓側(cè)任意相有流超過(guò)10s開(kāi)放穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置,記憶2s;本站跳特高壓開(kāi)關(guān)。5)聯(lián)跳其他2站特高壓開(kāi)關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果:其他2站收到聯(lián)跳信號(hào)時(shí),如單相滿足低有功條件,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠不動(dòng);多相滿足低有功條件,穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制裝置可靠動(dòng)作。6)穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果:按穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓2段整定值及時(shí)間正確動(dòng)作,并聯(lián)跳其他2站特高壓開(kāi)關(guān)。2.3試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)在特高壓晉東南(長(zhǎng)治)站、南陽(yáng)站、荊門(mén)站現(xiàn)場(chǎng)分別用測(cè)試儀模擬線路電壓、電流,操作真實(shí)開(kāi)關(guān)跳閘,進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目同功能試驗(yàn),經(jīng)調(diào)試驗(yàn)證動(dòng)作正確。3穩(wěn)態(tài)從根處跳開(kāi)本側(cè)開(kāi)關(guān)—穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓裝置在系統(tǒng)調(diào)試中的動(dòng)作情況穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓裝置在2次系統(tǒng)調(diào)試中具體的動(dòng)作情況為:1)2008年12月27日,在南陽(yáng)站進(jìn)行T032投切空載南荊I線試驗(yàn)時(shí),荊門(mén)、南陽(yáng)站過(guò)電壓穩(wěn)定控制裝置正確動(dòng)作。具體動(dòng)作過(guò)程為:荊門(mén)站過(guò)電壓穩(wěn)定控制裝置過(guò)壓II段動(dòng)作,發(fā)聯(lián)跳信號(hào)至南陽(yáng)站,南陽(yáng)站收到聯(lián)跳信號(hào)后,跳開(kāi)本側(cè)開(kāi)關(guān),同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)跳信號(hào)至長(zhǎng)治站;南陽(yáng)站、晉東南站穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓裝置收到荊門(mén)站聯(lián)跳信號(hào),判別就地低有功條件滿足,跳開(kāi)1000kV斷路器;南陽(yáng)站過(guò)電壓穩(wěn)定控制裝置讀出二次值為62.28~62.40V,換算至一次值為1078.7~1080.8kV,未達(dá)到過(guò)電壓整定值,過(guò)電壓邏輯不動(dòng)作。2)2008年12月30日,在南陽(yáng)站長(zhǎng)南I線0718號(hào)塔基