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方向電壓保護(hù)兼解列在小水電接入電網(wǎng)中應(yīng)用

時(shí)間:2009-04-02 16:57:48來源:hesp

導(dǎo)語:?在各地區(qū)或縣電網(wǎng)中,或多或少存在一些并網(wǎng)的小水電,其主要特點(diǎn):一是小水電機(jī)組容量大小不一,臺(tái)數(shù)多,受調(diào)峰、來水等因素影響,機(jī)組啟、停頻繁,運(yùn)行方式變化大;
在各地區(qū)或縣電網(wǎng)中,或多或少存在一些并網(wǎng)的小水電,其主要特點(diǎn):一是小水電機(jī)組容量大小不一,臺(tái)數(shù)多,受調(diào)峰、來水等因素影響,機(jī)組啟、停頻繁,運(yùn)行方式變化大;二是小水電出力與并網(wǎng)變電站負(fù)荷往往差距大,主要是依托主網(wǎng)運(yùn)行,由于突然解列對(duì)其安全影響不大,在事故時(shí)一般是解列停機(jī);三是并入網(wǎng)絡(luò)中的繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置配置很簡單,各聯(lián)絡(luò)線主要是簡單的電流、電壓保護(hù),重合閘一般未配置檢定無壓及同期裝置,小電源側(cè)大多未設(shè)置保護(hù),好多還未裝設(shè)開關(guān)。由于大部分并網(wǎng)水電機(jī)組的過流動(dòng)作時(shí)間較長,重合閘無法與其相配合,為防止故障跳閘后對(duì)小水電機(jī)組的非同期重合,在正常運(yùn)行中需停用各聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自動(dòng)重合閘,降低了供電的可靠性。若逐級(jí)加裝保護(hù),須先安裝開關(guān),這不現(xiàn)實(shí)。為此,需要采取積極有效的保護(hù)措施來解決。 [b]1 保護(hù)方式的選擇 [/b]  小水電與系統(tǒng)并網(wǎng)的一次典型接線如圖1所示,對(duì)于變電站Ⅰ通常有兩種構(gòu)成型式:第一種電壓等級(jí)為110/35/10 kV,接線組別為Y0/Y/Δ-11型;第二種電壓等級(jí)為220/110/35 kV,接線組別為Y0/Y0/Δ-11型,如圖虛框所示。對(duì)于開關(guān)1 DL的保護(hù)配置,以第一種型式的接線為例進(jìn)行分析。
[img=373,108]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/45.gif[/img]
   圖1 小水電與系統(tǒng)并網(wǎng)接線圖   1.1 典型保護(hù)配置方式   保護(hù)配置為:方向電流限時(shí)速斷、方向過電流(或采用三段式距離保護(hù))、同期及無壓檢定重合閘、低壓低頻解列。   (1) 限時(shí)電流速斷   按與本線路對(duì)側(cè)母線上的出線電流速斷保護(hù)相配合,并躲過該母線上所接變壓器的另一側(cè)故障進(jìn)行整定。當(dāng)按躲過對(duì)側(cè)母線上所接變壓器的另一側(cè)故障進(jìn)行整定時(shí),因小水電機(jī)組的阻抗相對(duì)于被保護(hù)的線路及變壓器阻抗大若干倍,一般無保護(hù)范圍。  ?。?) 過電流   按保護(hù)正方向通過的最大負(fù)荷電流整定,時(shí)限與下一級(jí)保護(hù)最高時(shí)限配合。正方向最大負(fù)荷電流應(yīng)按變電站Ⅱ甩負(fù)荷fh后考慮,但當(dāng)小水電在小方式運(yùn)行時(shí),往往靈敏度不夠。  ?。?) 距離保護(hù)   小水電為弱電源,其短路電流水平較低,使距離保護(hù)裝置性能處于不穩(wěn)定區(qū),且投資高,使用較少。  ?。?)  同期及無壓檢定重合閘   多數(shù)因解列后不易同步而檢定同期重合無法成功,因小水電與變電站Ⅱ功率一般很難平衡,最終導(dǎo)致小網(wǎng)瓦解。  ?。?) 低壓低頻解列   失去大電源后,因小水電容量較小,在功率缺額較大時(shí),頻率及電壓下降快,低頻繼電器不能出口,且它僅是解列裝置,不能作為線路保護(hù),也不宜采用。   1.2 電流保護(hù)解列方式   保護(hù)配置為:開關(guān)1 DL方向電流延時(shí)動(dòng)作接跳開關(guān)2 DL,在聯(lián)絡(luò)線XL1、XL2故障時(shí),動(dòng)作解列小水電。按與本線路對(duì)側(cè)母線上的出線速斷(或限時(shí)速斷)保護(hù)相配合,并滿足保護(hù)正方向通過的最大負(fù)荷電流,要求在聯(lián)絡(luò)線XL1、XL2故障時(shí)有足夠的靈敏度。   按各聯(lián)絡(luò)線故障有足夠靈敏度計(jì)算的最大動(dòng)作電流,在小水電大方式下,往往不能滿足正方向通過的最大負(fù)荷電流,限制小水電的運(yùn)行;在變電站Ⅱ突然甩負(fù)荷fh的同時(shí),易導(dǎo)致小水電解列。   1.3 電壓保護(hù)解列方式   保護(hù)配置為:開關(guān)1 DL方向低電壓延時(shí)動(dòng)作接跳開關(guān)2 DL,在聯(lián)絡(luò)線XL1、XL2故障時(shí),動(dòng)作解列小水電。當(dāng)為瞬時(shí)故障時(shí),利用線路XL1、XL2靠系統(tǒng)F側(cè)開關(guān)的重合閘恢復(fù)對(duì)用戶的供電。電壓保護(hù)按與下一級(jí)保護(hù)的Ⅰ段或Ⅱ段相配合,并要求在聯(lián)絡(luò)線XL1、XL2故障時(shí)有足夠的靈敏度。   電壓保護(hù)解列克服了電流保護(hù)解列的缺陷:一是小水電運(yùn)行方式越小,電壓保護(hù)靈敏度越高;二是電壓保護(hù)不存在對(duì)小水電發(fā)電出力的限制。既能提高對(duì)用戶供電的可靠性,又能適應(yīng)小水電的各種運(yùn)行方式,是一種經(jīng)濟(jì)、有效的保護(hù)方式。   為防止電壓回路斷線,應(yīng)加裝電壓回路斷線閉鎖裝置(如許繼廠的LB-1A型繼電器)。在方向元件死區(qū)及保護(hù)或開關(guān)拒動(dòng)時(shí),為防止非同期重合,在聯(lián)絡(luò)線XL1、XL2靠系統(tǒng)F側(cè)開關(guān)重合閘裝置中,應(yīng)加裝檢定無壓及同期裝置。根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際,可增設(shè)方向電流電壓聯(lián)鎖Ⅰ段,以快速保護(hù)裝置保護(hù)本線路一部分,以及增設(shè)電流閉鎖回路,增強(qiáng)保護(hù)的可靠性。在低電壓與反向各保護(hù)裝置有配合關(guān)系時(shí),可不設(shè)或停用方向元件。 2 故障時(shí)保護(hù)安裝處的電壓分析   在圖2所示的簡單電網(wǎng)中,設(shè)系統(tǒng)歸算至故障點(diǎn)的正序阻抗等于負(fù)序阻抗為X,系統(tǒng)歸算至故障點(diǎn)的零序阻抗為X0,變壓器一側(cè)電壓計(jì)算點(diǎn)距另一側(cè)故障點(diǎn)正序阻抗為ΔX,計(jì)算中的各值均取其標(biāo)么值的模,則正、負(fù)序分量有:   [img=233,48]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g46-1.gif[/img](1)
[img=342,97]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/46-1.gif[/img]
[align=left]    圖2 簡單電網(wǎng)示意圖   2.1 三相短路   I=1/X, U=ΔX/X             (2)   2.2 兩相(B、C相)短路   [img=231,46]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g46-2.gif[/img](3)   (1) Y/Y-12型變壓器一側(cè)兩相短路   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖3所示,則:   將式(1)、(3)代入上式,得:[/align][img=124,16]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-1.gif[/img]   由于以上電壓是以相電壓為基準(zhǔn)的標(biāo)么值,需以線電壓為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,所以:   [img=187,17]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-2.gif[/img](4)
[img=211,198]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/46-2.gif[/img]
   圖3 Y/Y-12型變壓器一側(cè)BC相短路   (2) Y/Δ-11型變壓器Δ側(cè)兩相短路   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖4所示。     [img=361,95]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-3.gif[/img](5)
[img=159,201]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/47-1.gif[/img]
   圖4 Y/Δ-11型變壓器Δ側(cè)BC相短路  ?。?) Y/Δ-11型變壓器Y側(cè)兩相短路   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖5所示。    [img=361,95]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-4.gif[/img](6)
[img=161,197]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/47-2.gif[/img]
   圖5 Y/Δ-11型變壓器Y側(cè)BC相短路   2.3 兩相(B、C相)短路接地 [img=310,136]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-5.gif[/img]  ?。?) Y0/Y-12型Y0側(cè)兩相短路接地   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖6所示。   [img=340,131]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-6.gif[/img](7)
[img=209,196]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/47-3.gif[/img]
[align=left]    圖6 Y0/Y-12型變壓器Y0側(cè)BC相短路接地  ?。?) Y0/Δ-11型Y0側(cè)兩相短路接地   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖7所示。     [/align]
[img=332,221]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-7.gif[/img](8)
[img=189,194]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/47-4.gif[/img]
   圖7 Y0/Δ-11型Y0側(cè)BC相短路接地   2.4 單相(A相)接地   IA1=IA2=1/(2X+X0)   UA1=(X+X0)/(2X+X0)   UA2=X/(2X+X0)   (1) Y0/Y-12型Y0側(cè)單相接地   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖8所示。    
[img=236,126]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g48-1.gif[/img]
(9)
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   圖8 Y0/Y-12型變壓器Y0側(cè)A相接地   (2) Y0/Δ-11型Y0側(cè)單相接地   計(jì)算點(diǎn)的電壓矢量圖如圖9所示。   
[img=212,133]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g48-2.gif[/img]
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   圖9 Y0/Δ-11型變壓器Y0側(cè)A相接地 [b]3 電壓保護(hù)解列的整定計(jì)算 [/b]  3.1 動(dòng)作電壓按保護(hù)靈敏度整定   (1) 故障為三相短路、兩相短路及兩相短路接地時(shí)   從式(2)、(4)、(7)可得:
[img=276,37]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g48-3.gif[/img]
  式中 Udz.j——低電壓繼電器動(dòng)作電壓;   Zbh——保護(hù)安裝處至被保護(hù)線路末端阻抗;   Zxtf.max——保護(hù)安裝處背側(cè)小水電系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下阻抗;   KE——發(fā)電機(jī)電勢與PT一次額定電壓的比值,取為1.1;   KK——可靠系數(shù),取為1.3。   由于小水電機(jī)組的阻抗較大,若Zxtf.max是Zbh的3倍,則Udz.j=35.75V,按額定電壓為100 V的DY系列低壓繼電器的最小刻度取為40 V,可充分滿足整定要求。若定值要求較小,可用靜態(tài)電壓繼電器。  ?。?) 故障為線路XL1單相接地時(shí)   從式(9)可知,保護(hù)安裝處繼電器電壓大于50 V,故低電壓保護(hù)解列不可能動(dòng)作。但當(dāng)線路XL1靠系統(tǒng)F側(cè)開關(guān)單相接地保護(hù)動(dòng)作跳閘后,對(duì)變電站Ⅰ:若主變高壓側(cè)中性點(diǎn)不接地,其間隙保護(hù)以一定延時(shí)(一般為0.5 s)切除故障;若主變高壓側(cè)中性點(diǎn)接地,其零序保護(hù)以一定延時(shí)切除故障。因此,在單相接地時(shí)用主變間隙保護(hù)及零序保護(hù)與系統(tǒng)F側(cè)開關(guān)重合閘相配合,可彌補(bǔ)低電壓保護(hù)解列的不足。   3.2 動(dòng)作電壓與對(duì)側(cè)母線各出線的配合   以圖1所示接線為例,設(shè)保護(hù)延伸至下級(jí)線路的電抗為X,當(dāng)?shù)碗妷豪^電器動(dòng)作電壓為Udz.j時(shí),有如下方程,求得延伸范圍X后,即可確定與對(duì)側(cè)母線各出線的配合關(guān)系。
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  式中 KZ——為助增系數(shù),等于(XMF.min+XXL2+XNf.min)/XMF.min   XNf.min——最小方式下,小水電f歸算至母線N的電抗;   XMF.min——最小方式下,系統(tǒng)F歸算至母線M的電抗;   XXL2——線路XL2的電抗。   3.3 動(dòng)作電壓與對(duì)側(cè)主變第三側(cè)的配合   在圖10所示接線中,母線M為低電壓保護(hù)解列安裝處,設(shè)母線N所屬線路的零序電抗為其正序電抗的n倍,低電壓動(dòng)作電壓標(biāo)么值為Udz,只要求出在各種故障時(shí)延伸出母線N的范圍X1,就能方便地驗(yàn)算與母線N各出線保護(hù)的配合關(guān)系。
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   圖10 與主變第三側(cè)配合接線示意圖   對(duì)照第2節(jié),有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系   ΔX=K1fz.X1M+X1N+X1   X=X1NΣ.min+X1   X0=X0NΣ.max+n.X1   式中 X1NΣ.min——即(X1f.min+X1M)∥(X1F.min+X1N),最小方式下歸算到母線N的綜合正序電抗;   X0NΣ.min——零序大運(yùn)行方式下歸算到母線N的綜合零序電抗;   K1fz——即X1F.min/(X1f.min+X1M+X1F.min),母線M側(cè)的正序分支系數(shù);   X1f.min——最小運(yùn)行方式下小水電f歸算至母線M的正序電抗;   X1F.min——最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)F歸算至主變O點(diǎn)的正序電抗;   X1M——母線M與主變O點(diǎn)間正序電抗;   X1N——主變第三側(cè)電抗;   X1——低電壓保護(hù)伸出母線N的正序電抗。   則,X1的求解方程分別如下:  ?。?) 單相接地   將ΔX、X、X0的值代入式(10),得:
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 ?。?) 兩相短路接地   將ΔX、X、X0的值代入式(8),得:
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  上式為一元四次方程,可借助微機(jī),利用優(yōu)選法或?qū)Ψ址焖偾蠼狻?  ?。?) 兩相短路   從式(5)、(6)可知,保護(hù)安裝處繼電器電壓大于50 V,因此低電壓保護(hù)不能伸出主變。   (4) 三相短路   將ΔX、X的值代入式(2),得:
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  3.4 動(dòng)作電壓與背側(cè)保護(hù)配合   以圖1所示接線為例,設(shè)開關(guān)1DL低電壓保護(hù)反向伸出母線N的電抗為X,當(dāng)?shù)碗妷豪^電器動(dòng)作電壓為Udz.j時(shí),有如下方程:
[img=263,38]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g49-4.gif[/img]
  式中 XfNΣ.min——最小運(yùn)行方式下,小水電歸算至母線N的電抗;   XFNΣ.min——最小運(yùn)行方式下,系統(tǒng)F歸算至母線N的電抗。   根據(jù)計(jì)算的X,若與背側(cè)母線所屬各開關(guān)保護(hù)有配合關(guān)系,則可將方向元件停用,以消除其死區(qū)。   3.5 動(dòng)作時(shí)間的整定   通過上述計(jì)算,低電壓保護(hù)若和各有關(guān)保護(hù)的瞬時(shí)段有配合關(guān)系,其動(dòng)作時(shí)間tdz=Δt;若需和有關(guān)保護(hù)的Ⅱ段相配合,動(dòng)作時(shí)間tdz=tⅡ+Δt;對(duì)側(cè)各聯(lián)絡(luò)開關(guān)重合閘時(shí)間tzch是指在檢定無壓及同期成功后進(jìn)行重合的延時(shí)。若時(shí)間繼電器和開關(guān)的時(shí)間性能優(yōu)越,保護(hù)的最小時(shí)間級(jí)差Δt可取為0.3s,以盡快切除故障點(diǎn)。在故障點(diǎn)恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的前提下,重合閘時(shí)間tzch最小也可取為0.3s,以盡快恢復(fù)供電。 [b]4 應(yīng)用實(shí)例 [/b]  1998年5月,漳河水電站新建2×3 000 kW機(jī)組投運(yùn),其一次系統(tǒng)圖及阻抗標(biāo)么值等見圖11。
[img=390,113]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/49.gif[/img]
  圖11 漳河水電站與系統(tǒng)并網(wǎng)接線圖   1998年6月10日4時(shí)35分,煙化在未報(bào)告調(diào)度的情況下,自行減負(fù)荷停產(chǎn)檢修,導(dǎo)致漳33開關(guān)方向過流動(dòng)作,跳開漳34開關(guān);同日10時(shí)8分,因水電站發(fā)電出力過大,該保護(hù)又動(dòng)作解列;11日16時(shí)15分,同樣由于水電站未將出力控制好,該保護(hù)再次動(dòng)作解列。在以往的運(yùn)行中,曾好幾次發(fā)生因漳35開關(guān)跳閘,同時(shí)導(dǎo)致漳34開關(guān)跳閘情況。   原運(yùn)行中定值按單臺(tái)800 kW機(jī)組運(yùn)行,在漳河線棗側(cè)故障有足夠靈敏度整定:
[img=357,115]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g49-5.gif[/img]
  若按躲過最大負(fù)荷電流整定,顯而易見,即使3臺(tái)800 kW機(jī)組全開,也不能滿足保護(hù)靈敏度的要求。因此需采用其它元件,代替電流元件。   1998年6月28日,根據(jù)上述原理,將漳河小水電在漳河變并網(wǎng)中的方向過流解列,改為方向低電壓解列后,再未發(fā)生類似問題,目前運(yùn)行一直正常。

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