羅麗佳
(內(nèi)蒙古京泰發(fā)電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300)
隨著電力系統(tǒng)內(nèi)大容量機(jī)組、超高壓線路相繼投產(chǎn)運(yùn)行,電力系統(tǒng)聯(lián)系越來(lái)越緊密,供電可靠性顯著提高。但相應(yīng)系統(tǒng)短路容量隨之增大,一次系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)增大,導(dǎo)致短路電流呈現(xiàn)新的特點(diǎn):短路電流幅值增大、短路電流非周期分量衰減時(shí)間加長(zhǎng)、短路電流暫態(tài)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)。600 MW發(fā)電機(jī)組及相應(yīng)變壓器均采用雙重化縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為相間短路故障主保護(hù),機(jī)組接入500 kV及以上電網(wǎng)均配置速動(dòng)保護(hù),系統(tǒng)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間≤30 ms,系統(tǒng)故障切除時(shí)間小于90 ms〔1〕,此時(shí)短路電流暫態(tài)過(guò)程尚未結(jié)束,電流互感器暫態(tài)特性直接影響主保護(hù)動(dòng)作性能。與傳統(tǒng)P級(jí)電流互感器相比,暫態(tài)特性保護(hù)用電流互感器具有良好暫態(tài)性能,在大容量機(jī)組、超高壓系統(tǒng)中得到了推廣。其中TPY級(jí)電流互感器由于控制剩磁不大于飽和磁通的10%,且包含非周期分量峰值電流誤差小,在600~1 000 MW級(jí)發(fā)電機(jī)變壓組保護(hù)中獲得了廣泛應(yīng)用〔2〕。
在電流互感器設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)人員根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃容量確定保護(hù)校驗(yàn)故障電流,對(duì)電流互感器進(jìn)行性能計(jì)算和選型,而系統(tǒng)短路電流跟隨系統(tǒng)容量和運(yùn)行方式變化,電流互感器相關(guān)實(shí)際參數(shù)在設(shè)計(jì)階段無(wú)法采用實(shí)測(cè)值。因此有必要對(duì)投產(chǎn)后發(fā)電機(jī)組TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能進(jìn)行定期校驗(yàn)分析,以判斷電流互感器暫態(tài)特性是否滿足保護(hù)動(dòng)作性能要求〔3〕。目前很多電廠及變電站僅在設(shè)備設(shè)計(jì)選型階段對(duì)電流互感器進(jìn)行性能計(jì)算〔4〕,投運(yùn)后并未對(duì)電流互感器暫態(tài)性能進(jìn)行定期系統(tǒng)性校驗(yàn)分析,導(dǎo)致系統(tǒng)容量、運(yùn)行方式變化后、二次設(shè)備或回路改造后無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)電流互感器暫態(tài)性能進(jìn)行判斷分析,從而影響保護(hù)動(dòng)作性能。文獻(xiàn)〔5〕基于電流互感器數(shù)學(xué)模型對(duì)TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)特性相關(guān)參數(shù)測(cè)試方法進(jìn)行闡述,但未給出系統(tǒng)性校驗(yàn)分析方案;文獻(xiàn)〔6〕提出現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)特性判據(jù),并結(jié)合工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn),但未深入展開(kāi)實(shí)例校驗(yàn)分析。
為保證機(jī)組保護(hù)選擇性和縮短故障切除時(shí)間,提高廠用系統(tǒng)供電可靠性,600 MW發(fā)電機(jī)組大多采用裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)接線方式。但由于早期GCB制造困難,造價(jià)較高,工藝技術(shù)尚未成熟,600 MW等級(jí)容量機(jī)組中尚有采用未裝設(shè)GCB接線方式〔7〕。
文章以某裝設(shè)GCB 600 MW發(fā)電機(jī)組及未裝設(shè)GCB 600 MW發(fā)電機(jī)組兩種接線方式下TPY級(jí)電流互感器相關(guān)參數(shù)為基礎(chǔ),以保證保護(hù)可靠性為目的,依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)程,通過(guò)分析TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)判據(jù),提出系統(tǒng)性暫態(tài)性能校驗(yàn)方案。通過(guò)結(jié)合具體校驗(yàn)實(shí)例分析,對(duì)校驗(yàn)方案實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行闡述,規(guī)范化相應(yīng)校驗(yàn)流程,為同類型機(jī)組開(kāi)展校驗(yàn)工作提供參考。
某電廠為內(nèi)蒙地區(qū)坑口火力發(fā)電廠,一期工程為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的2臺(tái)600 MW機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組均采用未裝設(shè)GCB接線方式,機(jī)組通過(guò)升壓變壓器接入500 kV系統(tǒng),一期工程于2009年12月投產(chǎn),發(fā)電機(jī)及主變壓器主要參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 發(fā)電機(jī)及變壓器參數(shù)
一期工程2臺(tái)600 MW機(jī)組發(fā)變組保護(hù)均采用雙重化配置,每臺(tái)機(jī)組共采用6組TPY級(jí)電流互感器,發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置如圖1所示。
圖1 發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置
圖1中TA01~TA06電流互感器參數(shù)見(jiàn)表2。
表2 電流互感器參數(shù)
該電廠二期工程為東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的2臺(tái)600 MW機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組均采用裝設(shè)GCB接線方式,機(jī)組通過(guò)升壓變壓器接入500 kV系統(tǒng),二期工程于2018年01月投產(chǎn),發(fā)電機(jī)及主變壓器主要參數(shù)見(jiàn)表3。
表3 發(fā)電機(jī)及變壓器參數(shù)
二期工程2臺(tái)600 MW機(jī)組發(fā)變組保護(hù)均采用雙重化配置,為消除保護(hù)死區(qū)及縮短故障切除時(shí)間,每臺(tái)機(jī)組共采用8組TPY級(jí)電流互感器,發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置如圖2所示。
圖2 發(fā)變組保護(hù)用電流互感器配置
圖2中TA01~TA08電流互感器參數(shù)見(jiàn)表4。
表4 電流互感器參數(shù)
2020年度電網(wǎng)調(diào)度部門給出該電廠500 kV系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表5。
表5 500 kV系統(tǒng)參數(shù)
開(kāi)展發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)用TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)分析,首先需計(jì)算相應(yīng)電流互感器在實(shí)際工作循環(huán)方式下飽和情況,在電流互感器未飽和前提下計(jì)算出暫態(tài)誤差,判斷電流互感器暫態(tài)性能是否滿足保護(hù)要求,為保護(hù)裝置正確動(dòng)作提供基礎(chǔ)。
(1)
式1中,Eal可根據(jù)電流互感器參數(shù)表中參數(shù)計(jì)算得到,見(jiàn)公式2,屬于固有特性參數(shù):
Eal=Kscc×Ktd×(Rct+Rb)×Isr
(2)
(3)
(4)
式中,Ipcf為保護(hù)校驗(yàn)電流,Ipr為電流互感器額定一次電流。
通過(guò)計(jì)算滿足公式1,則相應(yīng)電流互感器在實(shí)際工作循環(huán)方式下不會(huì)飽和。
(5)
(6)
式中,X為實(shí)際一次回路電抗,R為實(shí)際一次回路電阻,f為系統(tǒng)頻率:
(7)
(8)
式中,t′為第一次故障持續(xù)時(shí)間,tfr為故障重現(xiàn)時(shí)間,t″為第二次故障持續(xù)時(shí)間。
(9)
(10)
開(kāi)展發(fā)變組保護(hù)用TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)以檢驗(yàn)電流互感器暫態(tài)誤差是否滿足保護(hù)要求為目的,結(jié)合系統(tǒng)接線方式和相關(guān)實(shí)測(cè)參數(shù),具體校驗(yàn)方案如下:
1)以系統(tǒng)保護(hù)配置為基礎(chǔ),針對(duì)發(fā)電機(jī)組未裝設(shè)GCB及裝設(shè)GCB兩種接線方式,從保護(hù)可靠性方面進(jìn)行分析,選定適當(dāng)故障點(diǎn);
2)根據(jù)機(jī)組投產(chǎn)后相關(guān)實(shí)際參數(shù)及調(diào)度部門下發(fā)的系統(tǒng)等值電抗,計(jì)算出校驗(yàn)電流Ipcf;
該電廠一、二期工程發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)均采用雙重化縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為相間短路主保護(hù),通過(guò)采用比率制動(dòng)或標(biāo)積制動(dòng)特性,對(duì)區(qū)內(nèi)故障具有較高靈敏度;對(duì)區(qū)內(nèi)嚴(yán)重故障引起電流互感器飽和導(dǎo)致差動(dòng)延時(shí)動(dòng)作或拒動(dòng),通過(guò)差動(dòng)速斷輔助保護(hù)快速切除故障。比率制動(dòng)或標(biāo)積制動(dòng)特性在區(qū)外故障時(shí)有一定制動(dòng)性能,但在區(qū)外嚴(yán)重故障引起電流互感器深度飽和時(shí)可能誤動(dòng)。因此該電廠發(fā)變組系統(tǒng)TPY級(jí)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)選取的故障點(diǎn)和校驗(yàn)電流Ipcf應(yīng)為區(qū)外故障時(shí)流經(jīng)互感器最大短路電流,針對(duì)該電廠一、二期工程發(fā)電機(jī)組不同接線方式,分別展開(kāi)電流互感器暫態(tài)性能校驗(yàn)。
在未裝設(shè)GCB接線方式下,發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作行為與主變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作行為相同,僅需校驗(yàn)發(fā)變組區(qū)外故障F1點(diǎn)最大短路電流下電流互感器TA01~06暫態(tài)性能如圖1所示。
表6 未裝設(shè)GCB接線方式下暫態(tài)性能校驗(yàn)
在裝設(shè)GCB接線方式下,發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作行為與主變壓器區(qū)內(nèi)故障時(shí)動(dòng)作行為不同,需校驗(yàn)發(fā)電機(jī)區(qū)外故障F1、F2點(diǎn)最大短路電流下TA01~02、TA05~06暫態(tài)性能,以及主變壓器區(qū)外故障F1、F3點(diǎn)最大短路電流下TA03~04、TA07~08暫態(tài)性能如圖2所示。
表7 裝設(shè)GCB接線方式下暫態(tài)性能校驗(yàn)