电网重合闸时间延长对天荒坪抽水蓄能电站保护影响的研究

郑哲+赵峰

摘 要：根据国家电力调度控制中心夏季联合计算分析结论，华东主网500余条交流线路单相重合于单永故障时，会引起复奉、锦苏、宾金三大特高压直流同时换相失败两次，给电网安全稳定运行带来严重影响。为保障电网安全稳定运行，需延长线路断路器单相重合闸时间为1.3s（未投重合闸的线路不需调整）的可行性。

关键词：电网重合闸；抽水蓄能电站；保护

引言

为保障电网安全稳定运行，需延长线路断路器单相重合闸时间为1.3s（未投重合闸的线路不需调整）的可行性。天荒坪抽水蓄能电站共有六台机组，六台机组以单机单变的发变组形式连接，每两台变压器高压侧连成一组与500kV断路器相连。500kV开关站采用内桥接线方式，通过两回500kV出线接入华东电网。天荒坪电站总装机容量为6×300MW，单机额定电流10681A，额定电压18kV。发电机经Yn/Δ-11接线的主变接入500kV电网。

一、非全相运行对机组机械设备的影响

同步发电机转子由原动机驱动，为了控制原动机向发电机输出的机械功率，并保持电网的正常运行频率，并在各运行的发电机之间合理地分配负荷，每一台原动机都配置了调速器，调速器一般通过控制汽轮机的汽门开度或水轮机的导水叶开度实现功率和频率的调节。图1给出了原动机及调速器在电力系统中的作用，及其与其他元件的关系。发电机的转速与给定转速进行比较，其偏差进入调速器，以控制汽轮机的汽门开度或水轮机的导水叶开度，改变原动机输出的机械功率，从而调节速度和调节发电机输出的电磁功率。

发电工况下，机械功率起驱动作用，电磁功率起制动作用。线路由于重合闸单相断开后，发电机电磁功率减少，考虑机械系统的惯性，机械功率不变，功率的不平衡导致转子加速，电磁功率回升，同时转速的偏差导致调速器动作，进而使水轮机的导水叶开度减小，机械功率随之减小。

抽水工况下，机械功率起制动作用，电磁功率起驱动作用。线路由于重合闸单相断开后，发电机电磁功率减少，考虑机械系统的惯性，机械功率不变，功率的不平衡导致转子减速，电磁功率回升，同时转速的偏差导致调速器动作，进而使水轮机的导水叶开度减小，机械功率随之减小。

二、电网单相重合闸时间延长对电厂保护的影响

当电厂出线上发生单相接地故障后，线路主保护跳闸，单跳断开故障线路，线路两相健全相运行，持续时长为重合闸时间定值长度，电网的单相重合闸时间延长，使得线路非全相运行状态延长。此时，由于电网非全相运行，三相不平衡，产生的电气量变化和可能对电厂保护的影响主要有以下几个方面。

第一，在线路中产生零序、负序电压和电流，线路、变压器、发电电动机（只有负序）的保护中，有多种原理采用零序、负序分量作为判据，若零序、负序分量幅值达到判据动作门槛，且持续时间满足延时要求，就会造成这些保护误动作。

零序电流保护方面，华东电网输电线路采用反时限方向零序电流保护作为高阻接地时的后备保护，其灵敏度高，全网统一定值以实现自然配合。根据反时限动作曲线，零序电流越大，保护动作时间越短；零序电流越小，保护动作时间越长。单相重合闸期间非全相运行产生零序电流，当重合闸时间延长时，有可能出现零序反时限保护在重合闸之前动作的情况。为防止零序反时限保护误动，需要重点研究重合闸时间延长对零序反时限方向电流保护的影响，可能会有部分线路输送功率限额需要下调。由于电厂出线同样采用零序反时限方向过流保护，其送出功率可能会受影响。此外，变压器、线路等采用的零序过流也需要校核。

负序电流保护方面，一般发电机和变压器会采用负序定时限及反时限电流保护作为发电机转子及变压器等重要电气设备的后备保护，目前均和现有重合闸时间进行配合。重合闸时间调整后，电厂负序电流保护定值需要校核。

第二，在发电机工况下，电厂出线单相重合闸期间，可能造成重合闸线路电压升高，若出线有过压保护，需要进行校核；此时，发电机转速和频率有可能发生变化，由此也可能对失步保护造成影响。

第三，在电动机工况下，电厂出线单相重合闸期间，可能使得电动机重合闸相关相输入功率不足，可能对发电机低功率保护造成影响；输入功率的降低也可能会对发电机带动的水泵功率造成影响。

三、研究结论

通过研究电厂的发变组保护、高厂变保护、出线线路保护、断路器保护，得到线路断路器重合闸时间延长对保护影响的研究结论。

不受出線单相重合闸时间延长影响的保护有：①发电电动机负序过流保护（发电方向）；②发电电动机负序过流保护（抽水方向）；③发电电动机过电压保护；④发电电动机低频保护；⑤发电电动机低功率保护；⑥主变中性点零序过流保护；⑦主变高压侧过流加低压侧复压闭锁保护；⑧发电电动机失步保护；⑨线路零序差动保护；⑩线路零序方向过流保护。

参考文献：

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