500 kV五寨输变电系统启动调试的研究

2018-03-13谭贝斯郭伟东

山西电力 2018年1期

王亮，谭贝斯，郭伟东

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001;2.国网华北电力调控分中心，北京 100053;3.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西太原 030001）

0 引言

500 kV五寨输变电系统由500 kV五寨变电站、朔州变电站、河曲电厂升压站、固贤变电站、500 kV寨朔I、II线（73.93 km/73.82 km）、曲寨I、II线（49.48 km/49.06 km) 和寨贤 I、II线（140.66 km/146.36 km）——四站六线组成。其中五寨变电站为本期新建，朔州变电站、河曲电厂升压站和固贤变电站改造；500 kV寨朔I、II线、曲寨I、II线为原曲朔I、II线π入五寨站而成。

五寨输变电系统的启动调试过程分为5个阶段，本文提取第一阶段进行研究，第一阶段的调试方式如下。

方式101：寨贤II线从固贤侧充电（五寨侧高抗退出）。

方式102：寨贤II线从固贤侧充电（五寨侧高抗投入）。

方式103：固贤站空充寨贤I、II线（五寨侧高抗投入），寨朔I线从五寨侧充电。

利用电力系统分析软件BPA（Bonneville power administration）对五寨输变电系统进行网络等值，等值网络如图1所示。

图1 山西电网五寨输变电系统等值网络

为满足投产前系统调试工程的需要，根据系统启动调试和运行的要求，本文对各调试方式的二次电流、工频过电压、操作过电压等进行了计算，以确定相应的试验方式和保护措施，为启动试验和运行提供依据。

1 二次电流计算

按照规程规定，在新建的输变电工程首次投运时，需要进行二次电流向量检测，目前测量向量的器具是钳型伏安相位表，钳型伏安相位表测量电流是依靠感应磁场的钳子来完成的，理论上当所测的电流最小值为0.005 A，钳形伏安相位表才能准确测量电流值及其相位[1]。

目前，山西电网绝大多数500 kV输电线路型号为4*LGJ-400/35，其单位长度的正序工频参数可近似为 r=0.02 Ω/km，x=0.28 Ω/km，b=4×10-6S/km。设电压基准值为

空载线路带电后，线路的串联阻抗回路电流接近于0，线路三相的无功功率主要为容性无功，其值为

线路首端的单相电流为

根据式（1）和式（2），可得到方式101、102和103下固贤侧寨贤2线的二次电流和无功功率，见表1。

表1 理论计算值

按照图1中的五寨输变电系统等值网络，在电磁仿真软件PSCAD（power system computer aided design）中建立模型，线路模型采用基于分布参数的Bergeron线路模型[2]。

1.1 方式101

方式101的局部仿真模型如图2所示，图3为寨贤2线的二次电流和无功功率有效值曲线图。可以看到寨贤2线电流有效值为0.074 A，这和理论计算值0.071 A较为接近。三相无功功率为170.7 Mvar，与理论计算值161.1 Mvar也比较接近。

图2 方式101局部仿真示意图

图3 方式101下寨贤2线的计算电流

作为对比和验证，固贤站启动过程中故障录波装置的寨贤2线三相电流和电压如图4所示，可以看到寨贤2线的电流有效值（0.076 A）和仿真计算中结果非常接近。由于该数字远大于测量精度要求的0.005 A，方式101下可以顺利地进行电流向量检测。

图4 方式101下寨贤2线的实测电流

1.2 方式102

方式102下由于高压电抗器对线路电容的补偿作用，二次电流大大减小。图5是方式102寨贤2线的仿真计算二次电流（0.012 A）和无功功率（27.4 Mvar）。图6是故录装置实测二次电流（0.013 A），二者几乎一致，和理论计算结果也很接近。该电流大于向量测量的精度要求，因此方式102下可以顺利进行电流向量检测。

1.3 方式103

方式103相当于寨贤2线串联寨朔2线空充，高抗补偿后，依旧有较大的电容电流和无功功率。如图7和图8所示，寨贤2线的二次电流约为0.05 A，也能满足启动过程中电流向量检测的灵敏度要求。

图5 方式102寨贤2线的计算电流

图6 方式102寨贤2线的实测电流

图7 方式103寨贤2线的计算电流

图8 方式103寨贤2线的实测电流

2 工频过电压

计算空载长线容升效应（K0）和线路末端单相短路（K1）两种情况下的工频过电压。本节工频过电压倍数是指三相中最大相电压与系统最高相电压的比值，其基准值为国家标准GB/T 50064—2014《交流电气装置的过电压和绝缘配合设计规定》要求500 kV工程的工频过电压水平为在线路断路器的变电站侧不宜超过1.3倍基准值；线路侧不宜超过1.4倍基准值。3种方式的工频过电压计算结果见表2。

表2 工频过电压计算结果

可见，3种方式下寨贤2线两侧产生的工频过电压最大值为1.176倍基准值，寨朔2线的线路两侧产生的工频过电压最大值为1.164倍基准值，低于规程中要求的1.4倍基准值。为保证调试过程中，各空载线路末端电压不超过550 kV：方式101寨贤2线合闸前，固贤侧需控制母线电压为534.5 kV；方式103寨朔2线合闸前，固贤侧需控制母线电压为538.5 kV。

3 空载线路操作过电压

在操作过电压的仿真模型中线路采用基于分布参数的频率相关（相位）模型，该模型可对输电线路电磁暂态过程进行精准计算。根据正态分布的“规则”和绝缘配合中使用的统计过电压UT，鉴于三相开关动作的不同期性（开关的不同期时间大约为5 ms），在计算中考虑开关预期合闸时间在1个周波内服从随机均匀分布、开关三相不同期性在5 ms区间内服从正态分布。在此基础上，分别进行了120次空充合闸统计计算。操作过电压的基准值为1.0倍基准值449.07 kV。规程GB/T 50064—2014中要求500 kV系统空载线路合闸产生的操作过电压相对地最大值不宜大于2.0倍基准值。3种方式下寨贤2线和寨朔2线的操作过电压计算结果见表3。