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        基于故障錄波的500 kV線路故障點(diǎn)快速判斷方法

        2022-10-17 09:42:20剛,紅,聰,凱,
        四川水力發(fā)電 2022年4期
        關(guān)鍵詞:錄波錦屏出線

        梁 成 剛, 劉 江 紅, 楊 自 聰, 王 凱, 何 歡

        (雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司,四川 成都 610051)

        1 概 述

        錦屏一級(jí)水電站位于四川省鹽源縣、木里縣交界的雅礱江干流,是雅礱江水能資源最富集的中、下游河段五級(jí)水電開(kāi)發(fā)中的第一級(jí)。水庫(kù)正常蓄水位1 880 m,相應(yīng)庫(kù)容77.6億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3,為年調(diào)節(jié)水庫(kù)[1]。電站裝有6臺(tái)單機(jī)容量600 MW的水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量3 600 MW,設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)4 616 h,設(shè)計(jì)多年平均年發(fā)電量166.20億kWh。錦屏一級(jí)水電站首臺(tái)機(jī)組于2013年8月30日正式投產(chǎn)發(fā)電,2014年7月12日6臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。錦屏一級(jí)水電站作為西電東送主要電源點(diǎn)之一,對(duì)確保電力送出通道安全以及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。

        錦屏一級(jí)水電站共有3回500 kV送出線路,線路長(zhǎng)度為81 km。送出線路經(jīng)過(guò)地質(zhì)條件復(fù)雜的高山峽谷地帶,部分經(jīng)過(guò)區(qū)域海拔高度超過(guò)2 000 m,當(dāng)送出線路經(jīng)過(guò)區(qū)域出現(xiàn)大風(fēng)、冰雪、山火、暴雨、雷電等異常情況時(shí),極易出現(xiàn)線路故障跳閘,同時(shí)錦屏一級(jí)水電站送出線路曾出現(xiàn)兩次因站內(nèi)GIL(SF6氣體絕緣管道母線)異常放電而導(dǎo)致線路跳閘不安全事件。根據(jù)調(diào)度中心要求,當(dāng)線路故障跳閘后須在15 min內(nèi)匯報(bào)電站設(shè)備是否具備試送電條件,因此對(duì)電站運(yùn)行人員快速判斷故障點(diǎn)是否在站內(nèi)提出了更高的要求。同時(shí)若將站內(nèi)故障誤判為站外故障而進(jìn)行試送電,將有可能造成故障擴(kuò)大甚至燒損設(shè)備,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[2]。

        2 錦屏一級(jí)水電站故障錄波系統(tǒng)介紹

        錦屏一級(jí)水電站故障錄波系統(tǒng)由1~6號(hào)發(fā)變組故障錄波裝置、GIS 1號(hào)故障錄波裝置、GIS 2號(hào)故障錄波裝置組成。其主要功能是當(dāng)電氣設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)生故障或事故時(shí),通過(guò)故障量的啟動(dòng),記錄故障前后一段時(shí)間內(nèi)電氣量與非電氣量的變化過(guò)程并生成錄波數(shù)據(jù)[3,4],為分析事故提供依據(jù),以加快事故處理速度,保證設(shè)備及系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

        GIS故障錄波裝置能實(shí)現(xiàn)500 kV系統(tǒng)故障全過(guò)程的信息和數(shù)據(jù)計(jì)算處理結(jié)果。進(jìn)行電流、電壓幅值、峰值、有效值、頻率計(jì)算;有功、無(wú)功功率計(jì)算;諧波,向量、序量的分析等。具有連續(xù)監(jiān)視500 kV線路故障和系統(tǒng)振蕩的能力,當(dāng)任一啟動(dòng)元件動(dòng)作時(shí),即開(kāi)始記錄,故障消除或系統(tǒng)振蕩平息后,啟動(dòng)元件返回,經(jīng)預(yù)先整定的時(shí)間后停止記錄,在線路單相重合閘過(guò)程中也能記錄。

        3 綜合多種信息判斷線路故障點(diǎn)

        3.1 分析方法介紹

        錦屏一級(jí)水電站輸出線路安裝有兩組CT,第一組安裝于線路刀閘內(nèi)側(cè)的出線T區(qū),第二組安裝于出線套管處,兩組CT位于GIL兩端,500 kV線路出線CT原理圖見(jiàn)圖1。出線套管處CT接入安控裝置,線路刀閘處CT接入故障錄波裝置。由于安控裝置提供的電流采樣周期為5 ms,僅能采集幅值且測(cè)值上限為18 000 A,所以故障時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確采集到最大電流,其嚴(yán)重制約了故障分析。

        圖1 500 kV線路出線CT原理圖

        500 kV線路故障定位分析過(guò)程中主要應(yīng)用基爾霍夫電流定律,在集總電路中,任何時(shí)刻,對(duì)任意結(jié)點(diǎn),所有流出結(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零。即對(duì)任一結(jié)點(diǎn)有:∑i=0。根據(jù)基爾霍夫電流定律,當(dāng)故障點(diǎn)在站內(nèi)K1處時(shí),線路保護(hù)差流值等于出線場(chǎng)CT值加隔刀側(cè)CT值,且出線場(chǎng)CT測(cè)量值應(yīng)與換流站測(cè)量值一致。當(dāng)故障點(diǎn)在線路側(cè)K2處時(shí),出線場(chǎng)CT測(cè)量值與隔刀側(cè)CT值一致,線路保護(hù)差流應(yīng)為本側(cè)故障電流加上對(duì)側(cè)故障電流。同時(shí)結(jié)合行波測(cè)距、故障錄波測(cè)距、線路保護(hù)裝置測(cè)距以及對(duì)側(cè)行波測(cè)距裝置進(jìn)行測(cè)距分析,便可以判斷故障點(diǎn)是否為站內(nèi)故障。500 kV線路出線CT位置簡(jiǎn)化示意圖見(jiàn)圖2。

        圖2 500 kV線路出線CT位置簡(jiǎn)化示意圖

        3.2 案例分析

        3.2.1 事件經(jīng)過(guò)及現(xiàn)象

        2016年6月,錦屏一級(jí)水電站西錦Ⅲ線線路保護(hù)1、2動(dòng)作,跳開(kāi)線路兩側(cè)開(kāi)關(guān)B相,經(jīng)重合閘動(dòng)作重合于故障后,線路保護(hù)1、2三跳。線路保護(hù)裝置測(cè)距結(jié)果為0 km,行波測(cè)距裝置單端測(cè)距結(jié)果為故障點(diǎn)距離錦屏換流站82.588 km(即距離本站0.662 km)。因此需要確認(rèn)故障點(diǎn)位于站內(nèi)還是線路區(qū)域。

        3.2.2 故障分析過(guò)程

        由圖2可知,若接地故障發(fā)生在線路側(cè),則對(duì)于安控裝置和故障錄波裝置的CT回路而言,該電流為穿越性電流,兩組CT所測(cè)量電流及相位應(yīng)相同。如果故障點(diǎn)發(fā)生在安控裝置所用CT和故障錄波裝置所用CT之間,由于故障錄波裝置所測(cè)量電流為該側(cè)母線給故障點(diǎn)直接提供的故障電流,而安控裝置所測(cè)量電流為錦屏換流站通過(guò)線路(存在線路阻抗)提供的故障電流[5],因此故障錄波所測(cè)量電流會(huì)大于安控裝置所測(cè)量電流。

        根據(jù)事故處理時(shí)現(xiàn)場(chǎng)抄錄的數(shù)據(jù)可知,在故障時(shí),故障錄波裝置所測(cè)量最大電流為24 472 A,而安控裝置所測(cè)量最大電流僅為6 480 A。兩組CT所測(cè)量電流大小不一致,由于安控裝置僅能記錄電流有效值數(shù)據(jù),而不能記錄波形,因此無(wú)法進(jìn)行相位比較。

        該次故障排查范圍包含了西錦Ⅲ線GIL和GIS的西錦Ⅲ線故障錄波所用CT外的T區(qū)部分,根據(jù)上述分析可以判斷西錦Ⅲ線接地故障點(diǎn)應(yīng)位于安控裝置所用CT和故障錄波裝置所用CT之間,即為站內(nèi)故障。

        3.3 存在的問(wèn)題

        該次故障,雖然利用現(xiàn)有條件分析得出站內(nèi)故障的結(jié)果,也通過(guò)事后驗(yàn)證,但分析過(guò)程不精準(zhǔn),存在以下問(wèn)題:(1)在安控裝置上查看線路故障瞬時(shí)最大電流值和最小電壓值的操作步驟較為繁雜,存在誤操作風(fēng)險(xiǎn)。(2)現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)查看安控裝置和故障錄波裝置上線路故障瞬時(shí)最大電流值和最小電壓值耗時(shí)較長(zhǎng),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作發(fā)現(xiàn),不能滿足國(guó)調(diào)規(guī)程在規(guī)定時(shí)間內(nèi)匯報(bào)相關(guān)信息的要求。(3)線路保護(hù)裝置測(cè)距與行波測(cè)距裝置測(cè)距結(jié)果存在誤差,無(wú)法確定故障點(diǎn)位于站內(nèi)區(qū)域還是線路區(qū)域。需要大量的數(shù)據(jù)采集與分析,排查范圍也需擴(kuò)大,增加了人力資源成本和時(shí)間成本。

        4 基于故障錄波判斷線路故障點(diǎn)

        4.1 分析方法介紹

        為更好地對(duì)比出線套管處CT與線路刀閘處CT的電流相位與幅值,快速判斷故障點(diǎn)是否在站內(nèi),錦屏一級(jí)水電站在2019年利用線路檢修機(jī)會(huì),先后將三回線路出線場(chǎng)線路電流引入到GIS故障錄波裝置。目前出線套管處CT和線路刀閘處CT已接入錦屏一級(jí)水電站GIS故障錄波裝置中,實(shí)現(xiàn)高頻準(zhǔn)確采樣,分別采集出線場(chǎng)側(cè)線路電流和GIS側(cè)線路電流。

        由圖2可以看出,當(dāng)故障發(fā)生在出線套管處CT和線路刀閘處CT之間的K1處(即站內(nèi))時(shí),從故障錄波波形上來(lái)看,故障相出線場(chǎng)側(cè)電流和GIS側(cè)電流方向相反,必為一正一負(fù)。當(dāng)故障發(fā)生在線路側(cè)K2處(即站外)時(shí),從故障錄波波形上來(lái)看,故障相出線場(chǎng)側(cè)電流和GIS側(cè)電流方向相同。因此,在故障發(fā)生后只需根據(jù)故障錄波波形對(duì)比故障時(shí)刻線路GIS側(cè)電流與出線場(chǎng)側(cè)電流相位即可。

        4.2 案例分析

        4.2.1 事件經(jīng)過(guò)及現(xiàn)象

        2019年11月,錦屏一級(jí)水電站西錦Ⅲ線線路保護(hù)1、2動(dòng)作,跳開(kāi)線路兩側(cè)開(kāi)關(guān)C相,開(kāi)關(guān)重合閘動(dòng)作成功。線路保護(hù)裝置測(cè)距結(jié)果為46.4 km,行波測(cè)距裝置單端測(cè)距結(jié)果為65.48 km,雙端測(cè)距結(jié)果為57.62 km。其故障錄波波形見(jiàn)圖3。

        圖3 故障錄波波形圖

        4.2.2 故障分析及結(jié)論

        故障時(shí)刻線路GIS側(cè)電流與出線場(chǎng)側(cè)電流幅值及相位均相同,可以準(zhǔn)確判斷出故障點(diǎn)位于站外。結(jié)合行波測(cè)距及線路保護(hù)測(cè)距結(jié)果也進(jìn)一步驗(yàn)證了其分析結(jié)果的正確性。

        4.3 基于故障錄波判斷線路故障點(diǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)

        (1)故障定位僅需對(duì)比故障錄波波形圖即可,無(wú)需大量的數(shù)據(jù)采集與分析。目前錦屏一級(jí)水電站中控室已接入全廠故障錄波裝置終端,送出線路發(fā)生故障后,無(wú)需到繼電保護(hù)室查看,在中控室故障錄波終端即可查看故障錄波波形,減少了人力資源成本和時(shí)間成本,能滿足國(guó)調(diào)規(guī)程在規(guī)定時(shí)間內(nèi)匯報(bào)相關(guān)信息的要求,同時(shí)也減少現(xiàn)場(chǎng)檢查誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

        (2)當(dāng)故障點(diǎn)靠近站內(nèi)時(shí),由于故障測(cè)距結(jié)果存在一定誤差,導(dǎo)致無(wú)法精確判斷故障點(diǎn)是否在站內(nèi),通過(guò)故障錄波波形對(duì)比故障時(shí)刻線路GIS側(cè)電流與出線場(chǎng)側(cè)電流相位,則能夠準(zhǔn)確地判斷出故障點(diǎn)位于站內(nèi)區(qū)域還是線路區(qū)域。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        將出線套管處CT與線路刀閘處CT接入故障錄波裝置,同時(shí)采集出線場(chǎng)側(cè)線路電流和GIS側(cè)線路電流,在線路發(fā)生故障時(shí)通過(guò)故障錄波波形直觀地對(duì)比出線套管處CT與線路刀閘處CT的電流相位,能夠快速、準(zhǔn)確地判斷出線路故障點(diǎn)是否位于電站內(nèi)。通過(guò)錦屏一級(jí)水電站的多次線路故障事故處置經(jīng)驗(yàn)證明,通過(guò)故障錄波波形判斷線路故障點(diǎn)的方法極大地縮短了查看數(shù)據(jù)和故障分析所需的時(shí)間,且能準(zhǔn)確地判斷出線路故障點(diǎn)是否位于電站內(nèi),有利于及時(shí)恢復(fù)線路運(yùn)行,確保送出通道安全,保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        基于故障錄波判斷線路故障點(diǎn)的方法對(duì)同類型水電站相關(guān)設(shè)計(jì)、改造具有很好的借鑒意義,建議后續(xù)同類型電站輸出線路在進(jìn)行設(shè)計(jì)或改造時(shí),可設(shè)計(jì)兩組CT用來(lái)測(cè)量出線場(chǎng)側(cè)及開(kāi)關(guān)站側(cè)線路電流,并將兩路線路電流均引入故障錄波裝置,即可通過(guò)故障錄波圖快速判斷線路故障點(diǎn)是否位于站內(nèi)。

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