500 kV开关站母差保护启动调试时合环电流计算

2016-06-12吴玉鹏贝俊娟邱立伟中核核电运行管理有限公司浙江海盐34300中国核电工程有限公司北京00840

电力安全技术 2016年4期

吴玉鹏，贝俊娟，李潇，邱立伟，孙斌（.中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 34300；.中国核电工程有限公司，北京 00840）

吴玉鹏1，贝俊娟2，李潇1，邱立伟1，孙斌1
（1.中核核电运行管理有限公司，浙江海盐 314300；2.中国核电工程有限公司，北京 100840）

〔摘要〕根据某500 kV联合开关站主接线方式建立开关站内电流分布计算的等效电路模型和电力网络方程；利用MATLAB的基本编程计算出Ⅰ母侧合环试验时的合环电流，并通过与实测数据对比分析验证了模型的正确性。利用该模型，计算出Ⅱ母侧合环试验时的电流分布特征，为Ⅱ母母差保护校验时合环方式的合理选择提供了依据。

〔关键词〕开关站；母差保护；合环电流；节点电压法；电流分布

0 引言

某500 kV联合开关站采用3/2接线，共有4个完整串和2个不完整串。某核电站2期4台核电机组通过2个完整串和2个不完整串，3期2台核电机组通过秦重5421/5422线和2个完整串，由秦乔5413/5414线、秦由5415线、秦拳5416线送入华东电网，其主接线如图1所示。

图1 500 kV联合开关站主接线

2013年11月，该500 kV联合开关站Ⅰ母母差保护升级改造，并依据《华东电网交流500 kV输变电设备启动投运管理规定》实施投运前的启动调试。根据Ⅰ母母差保护启动调试方案，分别通过5011-5031，5022-5031，5031-5041，5041-5051，5051-5061开关合环运行，利用合环电流校验核对母差保护相关CT极性和接线是否正确，最后通过Ⅰ母合环运行复校母差保护。

在校验过程中，因5051-5061开关合环运行时合环电流很小无法准确测量，导致试验失败，无法验证5061开关支路的CT极性和接线正确性。所以改变了试验方案，改为5031/5061开关合环，对5061开关支路的CT极性和接线的正确性进行验证。

以下通过建立开关站内电流计算模型，计算Ⅰ母侧开关合环运行时的合环电流以及Ⅰ母合环运行时各支路的电流，并与实测数据对比分析，验证计算模型和方法的正确性和有效性。利用该模型，计算Ⅱ母侧的合环电流，为Ⅱ母母差保护校验时的合环方式选择提供了依据。

1 等效电力网络模型

要计算开关站内分布电流，首先建立了开关站的电力网络模型，如图2所示。

（2）支路阻抗以集中参数表示，忽略各支路导体对地分布电容的影响。

（3）站内开关、闸刀、流变的电阻一般为微欧级，网络模型中仅考虑连接导体的阻抗。

（4）主变及线路作为相应节点的电源和负荷，根据实时数据，已知电源电流和负荷电流。

图2 500 kV联合开关站等效电路模型

2 等效电路参数

2.1 支路阻抗

根据GIS厂家提供的参数和导体布置图，单位长度导体电阻为10.66 µΩ/m，单位长度导体电感0.25 µH/m，计算出网络模型中各支路阻抗，如表1所示。

表1 网络模型中各支路阻抗

2.2 节点注入电流

节点注入电流可理解为节点电源电流与负荷电流之和，并规定流向网络的电流为正。为方便计算，假设节点注入电流同相位。网络模型中各节点注入电流如表2所示。

表2 网络模型中各节点注入电流 A

3 电力网络方程

计算开关站内分布电流，即计算开关站等效电力网络的潮流。根据该500 kV联合开关站等值电路网络的已知参数和变量，可直接建立线性的节点电压方程：IB=YBUB，其中：IB是节点注入电流的列向量；UB是节点电压的列向量；YB是节点导纳矩阵。其阶数等于网络中除参考点外的节点数。

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节点电压方程可展开为：

式中，Yii为节点i的自导纳，数值上等于与该节点直接连接的所有支路导纳总和；Yij为节点i，j之间的互导纳，数值上等于连接节点i，j支路导纳的负值。没有直接联系的2节点之间的互导纳为0；站内某开关断开，电路模型中该支路导纳亦为0。结合该500 kV联合开关站等效电路模型，形成22×22阶节点导纳矩阵和节点注入电流列向量，求解出节点电压列向量UB。则支路电流可得：。式中：I˙ij为节点i，j之间的支路电流；U˙i，U˙j为节点i，j的电压。

4 合环电流计算

4.1 Ⅰ母母线保护校验合环电流计算

运用MATLAB强大的矩阵运算能力和基本编程，求解上述22阶的线性复数方程组。按照Ⅰ母母线保护校验方案的合环方式，计算各合环电流。开关合环时的电流如表3所示，表中给出的电流值为二次值，CT变比为2 500/1。由表3可知，保护校验过程中5051-5061开关合环时的合环电流为0，与理论计算基本相符合。Ⅰ母合环时各支路的实测电流和计算电流如表4所示。对比可见，实测值与计算结果基本吻合，说明上述计算模型和方法是正确和有效的。

表3 开关合环时的电流 A

表4 Ⅰ母合环时各支路电流 A

4.2 Ⅱ母母线保护校验合环电流计算

为了在Ⅱ母母线保护校验时，不发生类似Ⅰ母开关合环电流为0（校验失败）的情况，在Ⅱ母母线保护校验方案编制前，利用上述计算模型对Ⅱ母各合环方式下的合环电流进行预测计算。

（1）将各主变和线路的潮流用Ⅰ母母线保护校验时的数据代替。

（2）由于Ⅱ母母线保护校验是在4号机组大修期间进行的，故将3，4号主变的潮流数据对换。

Ⅱ母母线保护校验合环电流预测计算结果如表5所示。从表5可见，5043-5053合环、5043-5063合环、5053-5063合环时，合环电流计算值都较小，在选择合环方式时应避开；检修后，Ⅱ母首次送电时，应选择线路侧开关对Ⅱ母进行冲击，以减少合闸故障对机组的冲击；在校验过程中，应考虑减少开关的倒闸操作次数。