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        快速判斷配電網安全合環(huán)條件的應用研究

        2022-10-10 10:07:32劉倩影張啟亮
        黑龍江電力 2022年4期
        關鍵詞:暫態(tài)過程合環(huán)整定值

        劉倩影,張啟亮

        (國網山東省電力公司濟寧供電公司,山東 濟寧 272000)

        0 引 言

        在線路檢修或負荷調整期間,為保障居民、工業(yè)用電的連續(xù)性,需要將受影響用戶降低至最少,因此,合環(huán)調電(熱倒)操作逐漸取代以往“冷倒”方式。對于合環(huán)調電線路,應滿足合環(huán)條件,確保合環(huán)后潮流的變化不會超過繼電保護、設備容量等方面的限定值,并考慮線路保護的靈敏性。同時,調電設備不得與故障區(qū)域連接,防止調電造成故障范圍擴大等危險情況。

        文獻[1-2]闡述了實際工作中進行配網合環(huán)操作的必要性,分析了合環(huán)操作中遇到的問題,總結概述了合環(huán)條件,定性地提出了應對措施,全文重在理論描述相關操作要點。文獻[3-4]結合中小城市配網結構特點,通過建立合環(huán)系統(tǒng)等值模型,推導合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與沖擊電流計算式,分析影響合環(huán)電流的要因,并提出減小合環(huán)電流的措施,全文重在分析合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流與沖擊電流計算式組成要素,而忽略了對配網線路電流三段式保護的影響。文獻[5]在惠州市10 kV配電網等值模型基礎上,依據10 kV配網線路電流三段式保護整定原則,分析合環(huán)操作對繼電保護的影響,并給出配合策略,有一定的參考意義。文獻[6-7]通過研發(fā)配網合環(huán)輔助決策軟件或環(huán)流分析系統(tǒng),合環(huán)操作前,調度員只需輸入合環(huán)線路相關參數即可判斷能否合環(huán),但未考慮配網線路點多、面廣、易變動等特點,不能實時反映現(xiàn)場接線方式,造成計算結果與實際情況偏差較大等問題。文獻[1-7]僅對配網合環(huán)操作某個要點進行了定性或定量研究,計算式所含參數不能直接查詢獲得,實際操作中依然不能快速有效指導配網調控人員判斷是否可以合環(huán)。

        為快速有效判斷配網線路能否合環(huán),該文在濟寧地區(qū)配網典型合環(huán)模型之上,結合調度SCADA系統(tǒng)電網實時運行工況(變壓器及分接頭位置、母線電壓及功率、線路最大容許電流及穩(wěn)態(tài)電流等參數),研究合環(huán)對電流三段式保護的影響,推導出合環(huán)前、后穩(wěn)態(tài)電流的簡化計算式,并得出根據合環(huán)前穩(wěn)態(tài)電流的大小即可判斷出能否合環(huán)的結論。該方法簡單快捷、安全有效,具有一定的可行性。

        1 配電網合環(huán)等值模型

        濟寧地區(qū)典型合環(huán)網絡如圖1所示,110 kV側為甲站A變壓器和乙站B變壓器,10 kV側線路L1和L2現(xiàn)場已核相,初步具備合環(huán)條件,通過聯(lián)絡開關K連接。正常情況下,聯(lián)絡開關K分閘;需要合環(huán)運行時,聯(lián)絡開關K合閘。該合環(huán)網絡實時運行工況參數可從調度SCADA系統(tǒng)中查詢獲得。

        圖1 濟寧地區(qū)典型合環(huán)網絡Fig.1 Typical closed loop network in Jining area

        圖2 濟寧地區(qū)典型合環(huán)網絡簡化圖Fig.2 Simplified diagram of typical closed loop network in Jining area

        2 配電網合環(huán)分析

        2.1 配電網合環(huán)電流

        (1)

        (2)

        式中:k為沖擊系數[8],取1.62。

        定義Imax為10 kV線路最大容許電流,Iset為對應線路電流保護整定值,若有

        (3)

        (4)

        當式(3)、(4)同時成立時,合環(huán)穩(wěn)態(tài)電流在線路自身承受范圍內,暫態(tài)過程也不會引起繼電保護誤動作,可確保合環(huán)的安全性。

        對于配網線路電流三段式保護,其整定值滿足

        Imax≤Iset

        (5)

        由式(3)~(5)求解,得到

        I1≤Imax-Ic

        (6)

        當式(6)成立且Ic可計算時,值班人員便可根據合環(huán)前線路穩(wěn)態(tài)電流I1的大小,判斷能否直接合環(huán)。

        根據疊加定理及圖2所示參數,可得

        (7)

        設阻抗Z為Z1、Z2、ZH1、ZH2之中最小有效值,則由式(6)、(7)聯(lián)立求得

        (8)

        同理可得

        (9)

        2.2 合環(huán)對繼電保護的影響

        定義tsetⅡ為合環(huán)線路電流三段式保護中Ⅱ段時間設定值,一般整定為0.3 s,tT為合環(huán)線路合環(huán)過程中暫態(tài)電流非周期分量的衰減時間,對于濟寧地區(qū)典型合環(huán)網絡接線方式,滿足tT≤tsetⅡ條件[9],即合環(huán)暫態(tài)過程對過流Ⅱ段式保護的影響可不考慮。

        定義IDZ為線路過負荷保護電流設定值,則有

        IDZ=kDZImax≥Imax

        (10)

        式中:kDZ為可靠系數,kDZ=1.105。

        聯(lián)立式(3)、式(10),可得合環(huán)暫態(tài)過程對線路過負荷保護也無影響。因此,對于濟寧地區(qū)典型合環(huán)網絡,安全合環(huán)的條件確定為:2條合環(huán)線路合環(huán)前穩(wěn)態(tài)電流滿足式(8)、式(9)即可。

        在實際工作中,利用算式計算出每條合環(huán)線路所滿足的合環(huán)前穩(wěn)態(tài)電流值,并整理為表格數據。當需要合環(huán)操作時,值班調度員只需核對線路實際電流在表格數據范圍內,即可做出能否安全合環(huán)的判斷,簡單快捷、安全有效。對于不滿足表格數據的合環(huán)線路,需進行進一步計算或試驗,以便確保合環(huán)后各環(huán)節(jié)潮流的變化不超過繼電保護、電網穩(wěn)定和設備容量等方面的限額。

        3 算例驗證

        在地區(qū)典型合環(huán)網絡中,2臺110 kV變壓器容量都為50 MVA,主變TA變比nZB為3000/5,主變低壓側限時速斷保護電流二次整定值為10.50 A;合環(huán)線路采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜YJV22-3×400,線路阻抗為(0.087 6+j 0.120 0)Ω/km,線路TA變比nL為600/5,最大容許電流為600 A;基準容量為1 000 MVA,基準電壓為10.50 kV,基準電流為54.99 kA,基準阻抗為0.11 Ω,調度SCADA系統(tǒng)中其他電網參數如表1所示。

        表1 合環(huán)網絡中等值阻抗Table 1 Equivalent impedance in closed loop network

        3.1 繼電保護驗證

        目前,供電公司在配網線路繼電保護定值整定時,一般采用簡化算式進行計算。設線路相間過流Ⅰ段保護一次整定值、二次整定值分別為Iqb1、Iqb2,線路過負荷保護一次整定值、二次整定值分別為Iop1、Iop2。

        首先,考慮線路相間過流Ⅰ段保護整定值與線路變電站側配合時,其二次值為

        Iqb2=Im,min/nL=32.42 A

        (11)

        式中:Im,min為最小方式母線電流;nL為線路TA變比。

        線路相間過流Ⅰ段保護整定值還需要考慮與主變低壓側限時速斷反配,其二次值為

        Iqb2=IdznZB/(nLk)=43.75 A

        (12)

        式中:Idz為低壓側限時速斷電流整定值;nZB為主變TA變比,k為可靠系數。

        在同時滿足式(11)、式(12)的情況下,Iqb2可取值為35 A,這時可計算線路相間過流Ⅰ段一次側整定值為Iqb1=Iqb2nL=4 200 A,滿足式(4)要求。

        其次,考慮線路過負荷保護整定值與線路變電站側配合時,其二次值為

        Iop2=kIL,maxnL=5.53 A

        (13)

        式中:IL,max為最大負荷電流600 A,k=1.105。

        這時可計算線路過負荷一次整定值為Iop1=Iop2nL=663.6 A,滿足式(10)要求。

        因此,實際工作中,合環(huán)線路繼電保護定值均滿足計算要求,進一步驗證了安全合環(huán)條件的正確性。因調度SCADA系統(tǒng)每5min中采集一次電網實時參數,不能有效反映合環(huán)電流暫態(tài)過程,還需仿真驗證。

        3.2 仿真驗證

        合環(huán)操作時,電壓差一般允許在20%以內,以確保合環(huán)后各環(huán)節(jié)潮流的變化不超過繼電保護、電網穩(wěn)定和設備容量等方面的限額。配網線路長度設定為5 km,因此確保安全合環(huán)前的配網線路電流需滿足式(8)、式(9)。

        (14)

        即對于該典型合環(huán)模型,安全合環(huán)條件簡化為配網線路合環(huán)前承載電流滿足I2≤337 A的要求。

        通過Matlab/Simulink模塊搭建地區(qū)典型合環(huán)網絡仿真模型,對合環(huán)前后線路電流進行仿真,模型如圖3所示。

        圖3 地區(qū)典型合環(huán)網絡仿真模型Fig.3 Regional typical closed loop network simulation model

        仿真過程中,設定0.06 s時將聯(lián)絡開關K控合,進行合環(huán)操作,該過程中合環(huán)電流波形如圖4所示。

        圖4 合環(huán)前后線路電流波形圖Fig.4 Line current waveform before and after loop closing

        從圖4中可以看出:合環(huán)電流暫態(tài)過程持續(xù)時間大約為0.02 s,滿足tT≤tsetⅡ條件;合環(huán)前線路穩(wěn)態(tài)電流有效值為141 A,在文中所提該線路安全合環(huán)條件范圍內(不大于337 A);合環(huán)過程最大沖擊電流為411 A,小于瞬時速斷保護動作整定值4 200 A;合環(huán)后線路穩(wěn)態(tài)電流有效值約為212 A,小于該線路最大容許電流600 A。綜上所述,該種情況不會觸發(fā)線路繼電保護誤動作,滿足安全合環(huán)條件,可以合環(huán)。

        隨著合環(huán)前線路承載電流逐漸增大,合環(huán)沖擊電流、合環(huán)后穩(wěn)態(tài)電流也將隨著越來越大。當合環(huán)前線路穩(wěn)態(tài)電流有效值I2=310 A時,合環(huán)前后線路電流波形圖如圖5所示。從圖5可以得出,合環(huán)沖擊電流將升高至930 A,合環(huán)后穩(wěn)態(tài)電流有效值也將提升至590 A,接近該線路最大容許電流。該種情況下合環(huán)存在一定的安全隱患,需進行進一步計算或試驗,以便確保合環(huán)后各環(huán)節(jié)潮流的變化不超過繼電保護、電網穩(wěn)定和設備容量等方面的定值。

        圖5 臨界值合環(huán)前后線路電流波形圖Fig.5 Waveform diagram of line current before and after critical value loop closing

        4 結 語

        在濟寧地區(qū)典型合環(huán)網絡基礎上,通過對合環(huán)電流暫態(tài)過程、穩(wěn)態(tài)過程及繼電保護影響的分析,總結出安全合環(huán)條件。結合實際算例和仿真試驗,驗證了合環(huán)前線路穩(wěn)態(tài)計算的可行性。對于某一特定線路,當合環(huán)前線路實時電流小于最大合環(huán)前線路穩(wěn)態(tài)電流時,即可安全合環(huán)。該方法簡化了判別依據,為調度員快速判斷提供參考。

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