600 MW发电机组TPY级电流互感器暂态性能校验分析

2021-07-22罗丽佳

青海电力 2021年2期

罗丽佳

(内蒙古京泰发电有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 010300)

0 引言

随着电力系统内大容量机组、超高压线路相继投产运行，电力系统联系越来越紧密，供电可靠性显著提高。但相应系统短路容量随之增大，一次系统时间常数增大，导致短路电流呈现新的特点：短路电流幅值增大、短路电流非周期分量衰减时间加长、短路电流暂态持续时间延长。600 MW发电机组及相应变压器均采用双重化纵联差动保护作为相间短路故障主保护，机组接入500 kV及以上电网均配置速动保护，系统主保护动作时间≤30 ms，系统故障切除时间小于90 ms〔1〕，此时短路电流暂态过程尚未结束，电流互感器暂态特性直接影响主保护动作性能。与传统P级电流互感器相比，暂态特性保护用电流互感器具有良好暂态性能，在大容量机组、超高压系统中得到了推广。其中TPY级电流互感器由于控制剩磁不大于饱和磁通的10%，且包含非周期分量峰值电流误差小，在600～1 000 MW级发电机变压组保护中获得了广泛应用〔2〕。

在电流互感器设计阶段，设计人员根据系统规划容量确定保护校验故障电流，对电流互感器进行性能计算和选型，而系统短路电流跟随系统容量和运行方式变化，电流互感器相关实际参数在设计阶段无法采用实测值。因此有必要对投产后发电机组TPY级电流互感器暂态性能进行定期校验分析，以判断电流互感器暂态特性是否满足保护动作性能要求〔3〕。目前很多电厂及变电站仅在设备设计选型阶段对电流互感器进行性能计算〔4〕，投运后并未对电流互感器暂态性能进行定期系统性校验分析，导致系统容量、运行方式变化后、二次设备或回路改造后无法准确对电流互感器暂态性能进行判断分析，从而影响保护动作性能。文献〔5〕基于电流互感器数学模型对TPY级电流互感器暂态特性相关参数测试方法进行阐述，但未给出系统性校验分析方案;文献〔6〕提出现场校验TPY级电流互感器暂态特性判据，并结合工程实测数据进行检验，但未深入展开实例校验分析。

为保证机组保护选择性和缩短故障切除时间，提高厂用系统供电可靠性，600 MW发电机组大多采用装设发电机出口断路器(GCB)接线方式。但由于早期GCB制造困难，造价较高，工艺技术尚未成熟，600 MW等级容量机组中尚有采用未装设GCB接线方式〔7〕。

文章以某装设GCB 600 MW发电机组及未装设GCB 600 MW发电机组两种接线方式下TPY级电流互感器相关参数为基础，以保证保护可靠性为目的，依据国家相关标准和行业规程，通过分析TPY级电流互感器暂态性能校验判据，提出系统性暂态性能校验方案。通过结合具体校验实例分析，对校验方案实现过程进行阐述，规范化相应校验流程，为同类型机组开展校验工作提供参考。

1 系统概述

某电厂为内蒙地区坑口火力发电厂，一期工程为上海汽轮发电机有限公司生产的2台600 MW机组，每台机组均采用未装设GCB接线方式，机组通过升压变压器接入500 kV系统，一期工程于2009年12月投产，发电机及主变压器主要参数见表1。

表1 发电机及变压器参数

一期工程2台600 MW机组发变组保护均采用双重化配置，每台机组共采用6组TPY级电流互感器，发变组保护用电流互感器配置如图1所示。

图1 发变组保护用电流互感器配置

图1中TA01～TA06电流互感器参数见表2。

表2 电流互感器参数

该电厂二期工程为东方电机股份有限公司生产的2台600 MW机组，每台机组均采用装设GCB接线方式，机组通过升压变压器接入500 kV系统，二期工程于2018年01月投产，发电机及主变压器主要参数见表3。

表3 发电机及变压器参数

二期工程2台600 MW机组发变组保护均采用双重化配置，为消除保护死区及缩短故障切除时间，每台机组共采用8组TPY级电流互感器，发变组保护用电流互感器配置如图2所示。

图2 发变组保护用电流互感器配置

图2中TA01～TA08电流互感器参数见表4。

表4 电流互感器参数

2020年度电网调度部门给出该电厂500 kV系统最大运行方式下系统参数见表5。

表5 500 kV系统参数

2 暂态性能校验分析

开展发变组保护系统用TPY级电流互感器暂态性能校验分析，首先需计算相应电流互感器在实际工作循环方式下饱和情况，在电流互感器未饱和前提下计算出暂态误差，判断电流互感器暂态性能是否满足保护要求，为保护装置正确动作提供基础。

2.1 TPY级电流互感器饱和判据

(1)

式1中,Eal可根据电流互感器参数表中参数计算得到，见公式2，属于固有特性参数:

Eal=Kscc×Ktd×(Rct+Rb)×Isr

(2)

(3)

(4)

式中,Ipcf为保护校验电流，Ipr为电流互感器额定一次电流。

通过计算满足公式1，则相应电流互感器在实际工作循环方式下不会饱和。

(5)

(6)

式中,X为实际一次回路电抗，R为实际一次回路电阻，f为系统频率:

(7)

(8)

式中,t′为第一次故障持续时间，tfr为故障重现时间，t″为第二次故障持续时间。

(9)

2.2 TPY级电流互感器暂态误差判据

(10)

2.3 TPY级电流互感器暂态性能校验方案

开展发变组保护用TPY级电流互感器暂态性能校验以检验电流互感器暂态误差是否满足保护要求为目的，结合系统接线方式和相关实测参数，具体校验方案如下：

1)以系统保护配置为基础，针对发电机组未装设GCB及装设GCB两种接线方式，从保护可靠性方面进行分析，选定适当故障点；

2)根据机组投产后相关实际参数及调度部门下发的系统等值电抗，计算出校验电流Ipcf；

3 算例分析

该电厂一、二期工程发变组保护系统均采用双重化纵联差动保护作为相间短路主保护，通过采用比率制动或标积制动特性，对区内故障具有较高灵敏度；对区内严重故障引起电流互感器饱和导致差动延时动作或拒动，通过差动速断辅助保护快速切除故障。比率制动或标积制动特性在区外故障时有一定制动性能，但在区外严重故障引起电流互感器深度饱和时可能误动。因此该电厂发变组系统TPY级电流互感器暂态性能校验选取的故障点和校验电流Ipcf应为区外故障时流经互感器最大短路电流，针对该电厂一、二期工程发电机组不同接线方式，分别展开电流互感器暂态性能校验。