史光宇，崔校瑞

（1.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200072；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

500 kV明海湖變電站是連接山西電網(wǎng)大同分區(qū)與忻朔分區(qū)的關(guān)鍵站點(diǎn)，承擔(dān)著雁淮直流跨區(qū)電力輸送、忻朔區(qū)域新能源送出的重要任務(wù)，也是山西北電南送的重要組成部分。為分析極端嚴(yán)重故障情況下電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，做好電網(wǎng)嚴(yán)重故障下的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警工作，加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行第三道防線建設(shè)，本文根據(jù)500 kV明海湖變電站主接線情況，系統(tǒng)梳理了站內(nèi)500 kV及220 kV斷路器接線情況及發(fā)生斷路器拒動(dòng)后，失靈保護(hù)啟動(dòng)流程。結(jié)合PSD-BPA仿真分析軟件，通過(guò)對(duì)山西北部電網(wǎng)開機(jī)方式、故障類型、明海湖站內(nèi)斷路器整定時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行差異化設(shè)置仿真，分析不同情況下明海湖站內(nèi)各個(gè)斷路器發(fā)生拒動(dòng)后忻朔電網(wǎng)功角穩(wěn)定情況，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)明海湖變電站斷路器拒動(dòng)情況做出分析，給出了相關(guān)斷路器失靈整定時(shí)間設(shè)置的建議。

1 明海湖站斷路器拒動(dòng)概述

1.1 明海湖站主站接線及斷路器配置

明海湖變電站是忻朔電網(wǎng)的主站之一，其500 kV側(cè)連接著雁同站、五寨站、丁崖站，是山西北部大同電網(wǎng)和忻朔電網(wǎng)的電力樞紐，同時(shí)明海湖站還連接著雁門關(guān)換流站，是山西交流電網(wǎng)向雁淮直流輸送電力的重要變電站[1]。在220 kV側(cè)，明海湖站連接著向陽(yáng)堡站、水頭站、右玉站、林海站等220 kV變電站，同時(shí)還同臥龍洞風(fēng)電場(chǎng)、彤歐光伏電站相連，對(duì)忻朔電網(wǎng)220 kV電力上送及周邊新能源送出有著重要作用。

明海湖變電站內(nèi)共有38個(gè)斷路器，其中500 kV斷路器21個(gè)，采用3/2接線方式。明海湖變電站500 kV斷路器接線方式如圖1所示，接線情況如表1所示。

1.2 明海湖站斷路器保護(hù)配置及斷路器拒動(dòng)后失靈保護(hù)動(dòng)作流程

明海湖站500 kV及220 kV電壓等級(jí)斷路器均配備失靈保護(hù)，其中220 kV側(cè)失靈保護(hù)集成在母線保護(hù)中，500 kV側(cè)失靈保護(hù)集成在斷路器保護(hù)中[2]。當(dāng)發(fā)生斷路器拒動(dòng)之后，失靈保護(hù)啟動(dòng)，跳開其相鄰的所有斷路器[3]。對(duì)于220 kV電壓等級(jí)，斷路器失靈后要跳開其所連接母線上所有相關(guān)斷路器，以及該支路對(duì)側(cè)線路所連接斷路器，如2802斷路器失靈保護(hù)啟動(dòng)，則需斷開湖水I線水頭側(cè)斷路器，同時(shí)斷開同B母相連的2022、2803、2804這3個(gè)斷路器；對(duì)于500 kV電壓等級(jí)3/2接線的邊斷路器，需要跳開其所連接母線上所有相關(guān)斷路器、同一串上的中斷路器以及其所帶間隔對(duì)側(cè)的斷路器[4]，如5023斷路器失靈保護(hù)啟動(dòng)，則需斷開同一串上中斷路器5022、湖崖II線丁崖側(cè)斷路器，同時(shí)斷開與II母相連的5013、5033、5043、5053、5063、5073、5082斷路器；對(duì)于500 kV電壓等級(jí)3/2接線的中斷路器，需要跳開同一串上的2個(gè)邊斷路器以及其所帶2條支路的對(duì)側(cè)斷路器，如5022斷路器失靈保護(hù)啟動(dòng)，則需斷開同一串上5021、5023斷路器，同時(shí)斷開湖崖II線丁崖側(cè)斷路器以及湖寨II線五寨側(cè)斷路器[5]。

明海湖站220 kV斷路器共計(jì)17個(gè)，采用雙母雙分段接線方式，220 kV斷路器接線情況如表2所示。

表2 明海湖站220 kV斷路器接線表

2 BPA潮流方式數(shù)據(jù)邊界及斷路器整定值設(shè)置

為仿真明海湖站內(nèi)斷路器拒動(dòng)后失靈保護(hù)啟動(dòng)造成的區(qū)域電網(wǎng)功角失穩(wěn)，本文采用PSD-BPA軟件進(jìn)行仿真分析。

2.1 潮流穩(wěn)定故障設(shè)置

表3 不同方式下山西北部電網(wǎng)開機(jī)情況

在確定開機(jī)方式后，分別對(duì)各個(gè)斷路器設(shè)置N-1三相永久短路故障，并在故障開始后根據(jù)明海湖變電站內(nèi)接線情況以及失靈保護(hù)啟動(dòng)流程，切斷其對(duì)應(yīng)母線上所有斷路器、對(duì)側(cè)線路上的斷路器來(lái)模擬其“拒動(dòng)”過(guò)程[6]。在一定時(shí)間后，故障消除，分析忻朔區(qū)域機(jī)組功角穩(wěn)定情況，以此來(lái)判別明海湖變電站不同斷路器發(fā)生斷路器拒動(dòng)后對(duì)忻朔電網(wǎng)穩(wěn)定情況的影響。

2.2 斷路器整定值設(shè)置

本文共設(shè)置了6種不同整定時(shí)間的失靈保護(hù)，分析不同斷路器保護(hù)配置情況下發(fā)生斷路器拒動(dòng)后的系統(tǒng)功角穩(wěn)定情況，具體計(jì)算故障設(shè)置如表4所示。例如，方式一考慮發(fā)生N-1三相永久故障后，主保護(hù)動(dòng)作，單相斷路器失靈，依靠失靈保護(hù)動(dòng)作跳開相鄰斷路器三相隔離故障。故障切除時(shí)間：500 kV系統(tǒng)考慮0 ms故障、500 ms徹底切除故障，其中500 kV系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間取100 ms，100 ms時(shí)A相斷路器拒動(dòng)，B、C相斷路器正路跳開，啟動(dòng)失靈保護(hù)，斷路器失靈保護(hù)整定值按照300 ms考慮，則100～400 ms為斷路器失靈保護(hù)整定時(shí)間，此階段斷路器維持A相拒動(dòng)，B、C相跳開；斷路器動(dòng)作時(shí)間按照100 ms考慮，400～500 ms為相鄰斷路器三相跳開時(shí)間。220 kV系統(tǒng)考慮0 ms故障、740 ms徹底切除故障，其中主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間取120 ms、失靈保護(hù)整定時(shí)間500 ms、斷路器動(dòng)作時(shí)間120 ms。

表4 不同方式下山西北部電網(wǎng)開機(jī)情況 單位：ms

3 明海湖站斷路器拒動(dòng)對(duì)忻朔電網(wǎng)機(jī)組功角穩(wěn)定的影響

根據(jù)上節(jié)內(nèi)容，分別對(duì)山西北部電網(wǎng)開機(jī)方式、故障類型、明海湖站內(nèi)斷路器整定時(shí)間做了不同的設(shè)置。明海湖變電站不同斷路器整定值設(shè)置下，斷路器拒動(dòng)后對(duì)忻朔電網(wǎng)功角穩(wěn)定的影響很大，尤其是500 kV電壓等級(jí)，多數(shù)情況下都失穩(wěn)。具體情況如表5所示。

表5 明海湖變電站不同斷路器整定值設(shè)置下斷路器拒動(dòng)后忻朔電網(wǎng)功角穩(wěn)定情況

由表5可知，通過(guò)分別對(duì)山西北部電網(wǎng)開機(jī)方式、故障類型、明海湖站內(nèi)斷路器整定時(shí)間做不同的設(shè)置，計(jì)算分析得到如下結(jié)果。

a）明海湖站500 kV斷路器發(fā)生拒動(dòng)時(shí)，失靈保護(hù)啟動(dòng)引起的忻朔電網(wǎng)功角穩(wěn)定問(wèn)題較為嚴(yán)重，而220 kV斷路器發(fā)生拒動(dòng)時(shí)，則不會(huì)因失靈保護(hù)啟動(dòng)引起穩(wěn)定問(wèn)題。

b）不同故障引起的失靈保護(hù)啟動(dòng)所帶來(lái)的電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題區(qū)別很大，由N-1三相永久故障引起的穩(wěn)定問(wèn)題較大，忻朔電網(wǎng)發(fā)生功角失穩(wěn)現(xiàn)象，而由N-1單相永久故障引起的斷路器拒動(dòng)失靈保護(hù)啟動(dòng)則不會(huì)出現(xiàn)忻朔電網(wǎng)功角失穩(wěn)現(xiàn)象。

c）明海湖站500 kV斷路器失靈整定時(shí)間會(huì)影響失靈保護(hù)后忻朔電網(wǎng)穩(wěn)定情況，在500 kV斷路器失靈整定時(shí)間大于等于100 ms時(shí)，忻朔電網(wǎng)均失穩(wěn)，而當(dāng)將斷路器失靈整定時(shí)間降低到20 ms后，絕大多數(shù)斷路器不會(huì)因拒動(dòng)引起忻朔電網(wǎng)失穩(wěn)情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力行業(yè)中，斷路器是電力工作中的常用設(shè)備，它的作用是切斷和接通負(fù)荷電流，以及截?cái)喙收想娐罚溥\(yùn)行質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文根據(jù)500 kV明海湖變電站主接線情況，系統(tǒng)梳理了站內(nèi)500 kV及220 kV斷路器接線情況及發(fā)生斷路器拒動(dòng)后失靈保護(hù)啟動(dòng)流程。結(jié)合PSDBPA仿真分析軟件，通過(guò)對(duì)山西北部電網(wǎng)開機(jī)方式、故障類型、明海湖站內(nèi)斷路器整定時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行差異化設(shè)置，仿真分析不同情況下明海湖站內(nèi)各個(gè)斷路器發(fā)生拒動(dòng)后忻朔電網(wǎng)功角穩(wěn)定情況，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)明海湖變電站斷路器拒動(dòng)情況做出分析。