500 kV五寨輸變電系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試的研究

王 亮，譚貝斯，郭偉東

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001;2.國(guó)網(wǎng)華北電力調(diào)控分中心，北京 100053;3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

500 kV五寨輸變電系統(tǒng)由500 kV五寨變電站、朔州變電站、河曲電廠升壓站、固賢變電站、500 kV寨朔I、II線（73.93 km/73.82 km）、曲寨I、II線 （49.48 km/49.06 km) 和寨賢 I、II線（140.66 km/146.36 km）——四站六線組成。其中五寨變電站為本期新建，朔州變電站、河曲電廠升壓站和固賢變電站改造；500 kV寨朔I、II線、曲寨I、II線為原曲朔I、II線π入五寨站而成。

五寨輸變電系統(tǒng)的啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程分為5個(gè)階段，本文提取第一階段進(jìn)行研究，第一階段的調(diào)試方式如下。

方式101：寨賢II線從固賢側(cè)充電（五寨側(cè)高抗退出）。

方式102：寨賢II線從固賢側(cè)充電（五寨側(cè)高抗投入）。

方式103：固賢站空充寨賢I、II線（五寨側(cè)高抗投入），寨朔I線從五寨側(cè)充電。

利用電力系統(tǒng)分析軟件BPA（Bonneville power administration）對(duì)五寨輸變電系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)等值，等值網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

圖1 山西電網(wǎng)五寨輸變電系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)

為滿(mǎn)足投產(chǎn)前系統(tǒng)調(diào)試工程的需要，根據(jù)系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試和運(yùn)行的要求，本文對(duì)各調(diào)試方式的二次電流、工頻過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等進(jìn)行了計(jì)算，以確定相應(yīng)的試驗(yàn)方式和保護(hù)措施，為啟動(dòng)試驗(yàn)和運(yùn)行提供依據(jù)。

1 二次電流計(jì)算

按照規(guī)程規(guī)定，在新建的輸變電工程首次投運(yùn)時(shí)，需要進(jìn)行二次電流向量檢測(cè)，目前測(cè)量向量的器具是鉗型伏安相位表，鉗型伏安相位表測(cè)量電流是依靠感應(yīng)磁場(chǎng)的鉗子來(lái)完成的，理論上當(dāng)所測(cè)的電流最小值為0.005 A，鉗形伏安相位表才能準(zhǔn)確測(cè)量電流值及其相位[1]。

目前，山西電網(wǎng)絕大多數(shù)500 kV輸電線路型號(hào)為4*LGJ-400/35，其單位長(zhǎng)度的正序工頻參數(shù)可近似為 r=0.02 Ω/km，x=0.28 Ω/km，b=4×10-6S/km。設(shè)電壓基準(zhǔn)值為

空載線路帶電后，線路的串聯(lián)阻抗回路電流接近于0，線路三相的無(wú)功功率主要為容性無(wú)功，其值為

線路首端的單相電流為

根據(jù)式（1） 和式（2），可得到方式101、102和103下固賢側(cè)寨賢2線的二次電流和無(wú)功功率，見(jiàn)表1。

表1 理論計(jì)算值

按照?qǐng)D1中的五寨輸變電系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)，在電磁仿真軟件PSCAD（power system computer aided design） 中建立模型，線路模型采用基于分布參數(shù)的Bergeron線路模型[2]。

1.1 方式101

方式101的局部仿真模型如圖2所示，圖3為寨賢2線的二次電流和無(wú)功功率有效值曲線圖?？梢钥吹秸t2線電流有效值為0.074 A，這和理論計(jì)算值0.071 A較為接近。三相無(wú)功功率為170.7 Mvar，與理論計(jì)算值161.1 Mvar也比較接近。

圖2 方式101局部仿真示意圖

圖3 方式101下寨賢2線的計(jì)算電流

作為對(duì)比和驗(yàn)證，固賢站啟動(dòng)過(guò)程中故障錄波裝置的寨賢2線三相電流和電壓如圖4所示，可以看到寨賢2線的電流有效值（0.076 A） 和仿真計(jì)算中結(jié)果非常接近。由于該數(shù)字遠(yuǎn)大于測(cè)量精度要求的0.005 A，方式101下可以順利地進(jìn)行電流向量檢測(cè)。

圖4 方式101下寨賢2線的實(shí)測(cè)電流

1.2 方式102

方式102下由于高壓電抗器對(duì)線路電容的補(bǔ)償作用，二次電流大大減小。圖5是方式102寨賢2線的仿真計(jì)算二次電流（0.012 A） 和無(wú)功功率（27.4 Mvar）。圖6是故錄裝置實(shí)測(cè)二次電流（0.013 A），二者幾乎一致，和理論計(jì)算結(jié)果也很接近。該電流大于向量測(cè)量的精度要求，因此方式102下可以順利進(jìn)行電流向量檢測(cè)。

1.3 方式103

方式103相當(dāng)于寨賢2線串聯(lián)寨朔2線空充，高抗補(bǔ)償后，依舊有較大的電容電流和無(wú)功功率。如圖7和圖8所示，寨賢2線的二次電流約為0.05 A，也能滿(mǎn)足啟動(dòng)過(guò)程中電流向量檢測(cè)的靈敏度要求。

圖5 方式102寨賢2線的計(jì)算電流

圖6 方式102寨賢2線的實(shí)測(cè)電流

圖7 方式103寨賢2線的計(jì)算電流

圖8 方式103寨賢2線的實(shí)測(cè)電流

2 工頻過(guò)電壓

計(jì)算空載長(zhǎng)線容升效應(yīng)（K0） 和線路末端單相短路（K1）兩種情況下的工頻過(guò)電壓。本節(jié)工頻過(guò)電壓倍數(shù)是指三相中最大相電壓與系統(tǒng)最高相電壓的比值，其基準(zhǔn)值為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50064—2014《交流電氣裝置的過(guò)電壓和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)定》要求500 kV工程的工頻過(guò)電壓水平為在線路斷路器的變電站側(cè)不宜超過(guò)1.3倍基準(zhǔn)值；線路側(cè)不宜超過(guò)1.4倍基準(zhǔn)值。3種方式的工頻過(guò)電壓計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 工頻過(guò)電壓計(jì)算結(jié)果

可見(jiàn)，3種方式下寨賢2線兩側(cè)產(chǎn)生的工頻過(guò)電壓最大值為1.176倍基準(zhǔn)值，寨朔2線的線路兩側(cè)產(chǎn)生的工頻過(guò)電壓最大值為1.164倍基準(zhǔn)值，低于規(guī)程中要求的1.4倍基準(zhǔn)值。為保證調(diào)試過(guò)程中，各空載線路末端電壓不超過(guò)550 kV：方式101寨賢2線合閘前，固賢側(cè)需控制母線電壓為534.5 kV；方式103寨朔2線合閘前，固賢側(cè)需控制母線電壓為538.5 kV。

3 空載線路操作過(guò)電壓

在操作過(guò)電壓的仿真模型中線路采用基于分布參數(shù)的頻率相關(guān)（相位） 模型，該模型可對(duì)輸電線路電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。根據(jù)正態(tài)分布的“規(guī)則”和絕緣配合中使用的統(tǒng)計(jì)過(guò)電壓UT，鑒于三相開(kāi)關(guān)動(dòng)作的不同期性（開(kāi)關(guān)的不同期時(shí)間大約為5 ms），在計(jì)算中考慮開(kāi)關(guān)預(yù)期合閘時(shí)間在1個(gè)周波內(nèi)服從隨機(jī)均勻分布、開(kāi)關(guān)三相不同期性在5 ms區(qū)間內(nèi)服從正態(tài)分布。在此基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行了120次空充合閘統(tǒng)計(jì)計(jì)算。操作過(guò)電壓的基準(zhǔn)值為1.0倍基準(zhǔn)值449.07 kV。規(guī)程GB/T 50064—2014中要求500 kV系統(tǒng)空載線路合閘產(chǎn)生的操作過(guò)電壓相對(duì)地最大值不宜大于2.0倍基準(zhǔn)值。3種方式下寨賢2線和寨朔2線的操作過(guò)電壓計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 空載線路操作過(guò)電壓UT計(jì)算結(jié)果

可見(jiàn)，寨賢2線的操作過(guò)電壓相地UT為 1.859倍基準(zhǔn)值，寨朔2線的操作過(guò)電壓相地UT為1.772倍基準(zhǔn)值，滿(mǎn)足規(guī)程相地過(guò)電壓不超過(guò)2.0倍基準(zhǔn)值的規(guī)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)五寨輸變電系統(tǒng)投運(yùn)第一階段的3個(gè)方式進(jìn)行了二次電流、工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的仿真，并與故障錄波裝置的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，該3種方式下的系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程可以滿(mǎn)足電流向量測(cè)量的要求，工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓均滿(mǎn)足規(guī)程要求。

[1] 張保會(huì),尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù) [M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2] 張叔禹,吳集光,曹斌.超高壓輸變電系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓分析與PSCAD/EMTDC仿真應(yīng)用 [M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2014.