霍永紅,李洪戰(zhàn),宋志明,王 莉
(山東電力職工技能培訓(xùn)中心,山東 泰安 271000)
110 kV及以上系統(tǒng)屬于大接地電流系統(tǒng),當(dāng)發(fā)生接地故障后,電壓和電流的變化比較復(fù)雜。采取有效的方法進(jìn)行分析,幫助運(yùn)行人員做出正確的決策,保證供電的可靠性意義重大。通常采用的方法是利用對稱分量法,求出故障后的電壓,電流等參數(shù)量,再進(jìn)行定性的分析[1],但根據(jù)多年的培訓(xùn)和教學(xué)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)這種方法需要畫出各參數(shù)的相量圖,復(fù)雜且抽象,不利于掌握,這已經(jīng)成為擺在現(xiàn)場變電運(yùn)行和繼電保護(hù)維護(hù)人員面前的難題,影響了現(xiàn)場工作人員對保護(hù)的動(dòng)作行為和特性的進(jìn)一步分析。如何提高培訓(xùn)質(zhì)量,使復(fù)雜的過程淺顯化,使抽象的問題形象化,迫切需要一種簡單易行、便于理解和掌握的方法。采用加拿大進(jìn)口的RTDS(Real Time Digital Simulator)設(shè)備,搭建了一個(gè)220 kV單側(cè)電源供電系統(tǒng)的模型,專門設(shè)置各種接地故障,獲取波形,形象、直觀地分析大接地電流系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)電壓和電流等參數(shù)的變化特點(diǎn),便于學(xué)員理解和掌握。
等效電源。電壓等級為115 kV,等效內(nèi)阻抗為阻感性1.0+j0.1,頻率50 Hz,初始的有功輸出是100 MW,無功輸出為50 MVAR.,初始相角為0°,中性點(diǎn)直接接地。
配置兩臺(tái)變壓器TRF1和 TRF2。TRF1是△/Y-11接線,一次側(cè)電壓為115 kV,勵(lì)磁電流為1.0%,二次電壓為230 kV,勵(lì)磁電流為1.0%,兩變壓器勵(lì)磁特性均為線性。
輸電線路。采用Bergeron模型,理想換位,電壓等級是230 kV,線路長度為100 km。
負(fù)載。三相并聯(lián)電阻,每相為529 Ω,接成星形,中性點(diǎn)直接接地。
設(shè)置單相接地,兩相接地和三相接地故障,對于110 kV及以上大接地電流系統(tǒng),接地故障的主要保護(hù)類型為各種類型的差動(dòng)保護(hù)、接地距離保護(hù)和零序(方向)電流保護(hù)。輸電線路發(fā)生接地故障后,培訓(xùn)學(xué)員需掌握的參數(shù)量主要有:輸電線路上的三相電流、零序電流、故障點(diǎn)的三相電壓和零序電壓。因?yàn)榫€路保護(hù)的電壓量來自母線上的電壓,因而還需監(jiān)測母線上的殘余電壓和零序電壓。故障點(diǎn)的接地電阻為0.1 Ω,故障位置選在輸電線路長度為整個(gè)線路全長的50%處。
圖1 220kV單側(cè)電源供電的系統(tǒng)模型
1)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)的三相電流波形如圖2所示。
圖2 A相單相接地故障三相電流波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí),故障相的電流急劇增大,非故障相會(huì)流過小的負(fù)荷電流。
2)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電流波形如圖3所示。
當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電流。
3)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形如圖4所示。
圖3 A相單相接地故障點(diǎn)零序電流波形
圖4 A相單相接地故障點(diǎn)電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí),故障點(diǎn)的故障相電壓變?yōu)榱?,非故障相電壓仍為故障前的相電壓,波形基本未發(fā)生明顯變化。
4)A相發(fā)生單相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電壓波形如圖5所示。
圖5 A相單相接地故障點(diǎn)零序電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電壓,故障切除后零序電壓逐漸衰減直至很小。
5)A相發(fā)生單相接地故障時(shí),母線上的殘余電壓波形如圖6所示。
圖6 A相單相接地故障時(shí)母線電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí),在故障發(fā)生時(shí)A相電壓增大,而C相電壓下降,但總體上變化不明顯。
6)A相發(fā)生單相接地故障時(shí),母線上零序電壓波形如圖7所示。
圖7 A相單相接地故障時(shí)母線上零序電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生單相接地故障時(shí),在故障發(fā)生時(shí)母線上出現(xiàn)零序電壓。
1)BC相發(fā)生接地故障時(shí)三相電流波形如圖8所示。
圖8 BC相接地故障三相電流波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí),發(fā)生故障的兩相電流急劇增大,并且相位相反,非故障相會(huì)流過小的負(fù)荷電流。
2)BC相發(fā)生接地故障時(shí),故障點(diǎn)的零序電流波形如圖9所示。
圖9 BC相接地故障點(diǎn)零序電流波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了幅值較大的零序電流。
3)BC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形如圖10所示。
圖10 BC相接地故障點(diǎn)三相電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí),故障的兩相電壓變?yōu)榱?,非故障相電壓仍為故障前的相電壓?/p>
4)BC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電壓波形如圖11所示。
圖11 BC相接地故障點(diǎn)零序電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生相間接地故障時(shí),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電壓。
5)BC相發(fā)生接地故障時(shí),母線上的殘余電壓波形如圖12所示。
圖12 BC相接地故障時(shí)母線電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生BC相接地故障時(shí),在故障發(fā)生時(shí)C相電壓增大,而AB相電壓下降,但總體上變化不明顯。
6)BC相發(fā)生接地故障時(shí),母線上零序電壓波形如圖13所示。
圖13 BC相接地故障時(shí)母線上零序電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生BC相接地故障時(shí),在故障發(fā)生時(shí)母線上出現(xiàn)零序電壓。
1)ABC相發(fā)生接地故障時(shí)三相電流波形如圖14所示。
圖14 ABC相接地故障三相電流波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生三相接地故障時(shí),故障相的電流急劇增大。
2)ABC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電流波形如圖15所示。
當(dāng)輸電線路上發(fā)生三相接地故障時(shí),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電流,但是時(shí)間非常短,約 0.011 1 s[2]。
3)ABC相發(fā)生三相接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形如圖16所示。
圖15 ABC相接地故障零序電流波形
圖16 ABC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的電壓波形
當(dāng)輸電線路上三相接地故障時(shí),所有故障相電壓變?yōu)榱恪?/p>
4)ABC相發(fā)生接地故障時(shí)故障點(diǎn)的零序電壓波形如圖17所示。
當(dāng)輸電線路上發(fā)生三相接地故障時(shí),系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了零序電壓,故障切除后零序電壓逐漸衰減直至很小。
5)ABC相發(fā)生接地故障時(shí),母線上的殘余電壓波形如圖18所示。
當(dāng)輸電線路上發(fā)生ABC相接地故障時(shí),在故障發(fā)生時(shí)B相電壓增大,而AC相電壓下降,但總體上變化不明顯。
6)ABC相發(fā)生接地故障時(shí),母線上零序電壓波形如圖19所示。
圖17 ABC相接地故障故障點(diǎn)零序電壓波形
圖18 ABC相接地故障時(shí)母線電壓波形
圖19 ABC相接地故障時(shí)母線上零序電壓波形
當(dāng)輸電線路上發(fā)生ABC相接地故障時(shí),在故障發(fā)生時(shí)母線上出現(xiàn)零序電壓,存在時(shí)間短,約0.011 1 s,后迅速衰減[2]。
通過上述從系統(tǒng)模型中獲取的波形分析,能夠?qū)崿F(xiàn)形象直觀地進(jìn)行大接地電流系統(tǒng)發(fā)生接地故障分析的目的,進(jìn)而把抽象復(fù)雜的推理運(yùn)算簡單化,可以使培訓(xùn)學(xué)員輕松地掌握接地故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的變化:發(fā)生接地故障時(shí),故障相的電流急劇增大,故障點(diǎn)故障相電壓下降為零,系統(tǒng)中長時(shí)間如不對稱故障或短時(shí)如三相短路故障,出現(xiàn)了很大的零序電流,與此相似,輸電線路和母線上長時(shí)間如不對稱故障或短時(shí)如三相短路故障出現(xiàn)了很大的零序電壓。對于基于反應(yīng)故障后電壓和電流的變化特點(diǎn)而形成的輸電線路的差動(dòng)保護(hù)和零序電流保護(hù),通過分析使學(xué)員能夠正確判斷保護(hù)的動(dòng)作行為和特性??紤]到母線上的三相殘余電壓變化不大的特點(diǎn),使得保護(hù)中涉及到的方向和阻抗元件要?jiǎng)幼骺煽?。這種直觀的培訓(xùn)模式,加深了學(xué)員的理解,提高了培訓(xùn)質(zhì)量,幫助學(xué)員解決了學(xué)習(xí)中面臨的疑難問題,達(dá)到了事半功倍的效果。