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宁夏电网故障直流分量影响分析及对策研究

时间:2018-03-15 19:48来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电气工程论文,电气工程(Electrical Engineering),简称EE,是现代科技领域中的核心学科和关键学科。例如正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的
本文是一篇电气工程论文,电气工程(Electrical Engineering),简称EE,是现代科技领域中的核心学科和关键学科。例如正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来,并将改变人类的生活工作模式等等。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电气工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪 论
 
1.1 选题背景及意义
电网发生短路故障后,短路电流中包含周期分量和直流分量,直流分量根据电力网络的时间常数进行衰减衰减[1]。GB 1984—2014《高压交流断路器》规定:直流分量衰减的标准时间常数为 45 ms,特殊工况下的直流分量衰减时间常数分别为 120、75ms;以电力变压器为主的网络中,电力变压器几乎决定了直流分量的时间常数,通常超过 45 ms,并且可能长至 150 ms;一般理论认为,电力系统(除特高压系统外)短路电流直流分量可能的最大起始值为短路瞬间短路电流周期分量的幅值[2]。随着电力系统中发电机、变压器容量的增大和输电网电压等级的提高,各元件的 X/R 比值增大,短路电流直流分量衰减时间常数逐渐增大。此外,电源间联系的加强,短路电流限制措施的使用都有可能使短路电流直流分量的衰减时间常数进一步增大[3]。近年来,随着宁夏电网特高压/高压直流输电通道的建设,大型能源基地送端电网呈现交直流、多种电源规模化近距离集中接入、输电通道多电压等级线路密集架设等特点,已形成已 750kV 电网为骨干网架的超高压多直流外送型电网。随着电网的不断发展,网络结构日趋紧密,电网短路水平不断增加。随着电网的 X/R 比值增大,短路电流直流分量衰减时间常数随之增加,直流分量对电网的影响日益突出[4]。在高压输电线路中,70%以上的故障是单相接地故障,而其中约有 80%为瞬时性故障。因此,为保证电力系统安全供电和稳定运行,单相自动重合闸技术在国内外电力系统得到了广泛应用[5]。线路两侧断路器重合闸时序对系统暂态稳定影响至关重要。2016 年,宁夏网内发生一起 750kV 开关内部盆式绝缘子对地放电故障,事故造成两条 750kV 线路跳闸,一条 750kV 母线跳闸,事故扩大原因为线路两侧系统短路容量强弱相差大,开关重合时间不一致造成换路引起直流分量,因直流分量较大造成断路器无法灭弧,导致开关分闸失败,故障最终由母线失灵保护动作切除,导致事故范围扩大,严重影响电网安全稳定运行[6]。根据直流分量产生机理,分析研究产生直流分量的原因,提出在不增加断路器遮断容量的条件下的抑制直流分量导致断路器分闸失败的措施,具有理论意义及重要的工程实用价值[7]。
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1.2 国内外研究现状
随着电力系统的发展,电源间的联系越来越紧密,系统短路容量超标问题也越来越突出[8]。目前,国内对短路电流计算的关注主要集中在短路电流周期分量的计算方面,实际工程应用中对短路电流中的直流分量及其衰减缺乏应有的重视。都曾经提及短路电流直流分量对断路器开断能力的影响,但都仅限于转述我国的高压断路器标准中的有关描述,未就实际电力系统的情况进行具体分析,更未对影响程度作出定量估计[9]。我国在直流分量问题方面理论研究较多,理论发展比较成熟,但在工程实际及电网运行中,因直流分量问题并未直接引发安全问题,因此在短路电流计算及运行方式中并未考虑直流分量问题[10]。特别是因为短路容量相差较大导致永久性故障重合过程开关分闸失败的案例在国内外均比较罕见,相关研究及对策在国内外目前均没有较为成熟的经验可供借鉴[11]。在实际电网运行中,还没有针对因直流分量造成开关遮断能力降低、开关无法分闸的风险采取相应的应对措施。
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1.3 论文研究内容
论文以宁夏电网内发生的一起 750kV 设备故障为案例,分析事故扩大的原因并进行仿真验证,分析直流分量产生的原因及影响,分析影响直流分量大小的主要因素,并进行仿真分析,并根据分析结果对全网 220kV 及以上线路进行校核,针对存在问题的线路提出切实可行的解决措施,对实施过程中的特殊情况进行考虑分析。分析直流分量对断路器遮断能力的影响,计算宁夏电网 220kV 及以上变电站母线短路电流,对比分析直流分量对开关遮断能力的影响,并提出了降低短路电流的措施,达到解决因直流分量导致开关分闸失败及短路断流超过开关遮断容量的问题,提高电网安全稳定运行水平。
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第 2 章 直流分量产生机理分析
 
电力系统是由发电机、变压器和输电线路等电阻和电感元件组成的,在高压远距离输电线路上,为了保证电力系统的稳定运行,对继电保护的快速性提出了严格的要求,要求保护动作时间在 20ms 以内。而大容量发电机和具有分裂导线的输电线路有效电阻很小,短路的暂态过程的衰减时间常数大[12]。众所周知,在电感元件组成的电力系统中发生短路时,短路的暂态过程中将出现随时间衰减的非周期性自由分量,输电线路不仅有电感,而且线与线之间、线与地之间有电容,且这些参数是沿线路分布的,在不考虑线路的分布电容时,电路就成为由电阻和电感组成的电路。由于电感中的电流是不能突变的,一般情况下为了维持电感元件中的电流在短路的初瞬间不突变就产生了直流分量,此直流分量按其流经回路的时间常数衰减。此直流分量在高压和低压电网中都存在[13]。
对于单个电源通过单支路馈入短路电流的情况,短路电流的计算很简单,可用解析方法直接计算[17];对于辐射状的电网,也可通过多个单支路分别解析的方法求和直接计算,直流分量将存在多个衰减时间常数;对于网状电网,解析方法将非常困难,原理上直流分量的精确时域解只能通过电磁暂态方法计算。工程应用中,通过简化计算仅保留一个时间常数[18]。
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第 3 章 银川东换流站 7530 断路器故障保护动作分析...........7
3.1 事故概述..........7
3.2 保护动作情况.............7
3.2.1 灵武电厂.........7
3.2.2 银川东换流站...........8
3.2.3 京能宁东电厂...........9
3.3 保护动作情况分析.............10
第 4 章 直流分量导致断路器无法分闸原因分析及采取措施.........17
4.1 直流分量导致断路器无法分闸原因分析........17
4.2 仿真分析验证...........19
4.3 全网线路直流分量问题排查....... 21
4.3.1 排查判据分析.........21
4.3.2 全网线路排查.........26
4.4 解决措施........34
第 5 章 短路电流直流分量及其对开关开断能力的影响分析及采取措施..........38
5.1 短路电流直流分量对断路器开断能力的影响...........38
5.2 宁夏电网短路电流计算.....39
5.3 直流分量对断路器遮断能力影响计算.............41
5.4 短路电流控制措施分析.....44
 
第 5 章 短路电流直流分量及其对开关开断能力的影响分析及采取措施
 
5.1 短路电流直流分量对断路器开断能力的影响
一方面,随着 750 千伏主网架的不断完善,电网的 X/R 比值不断增大,短路电流直流分量衰减时间常数不断增加,直流分量衰减减慢。另一方面,随着继电保护的不断发展,超高压电网主保护动作时间不断缩短。因此,故障后开关跳闸时刻短路电流直流分量的比例不断增加,影响开关实际开断故障电流的能力[25-28]。从图 5-1 可以看出,衰减时间常数越大,同一时刻直流分量的百分比越大;同一衰减时间常数下,保护动作时间越短,故障电流中直流分量百分比越大。计算采用的边界条件如下:(1)计算网架:计算基于宁夏电网 2017 年冬季网架。(2)电源投产:灵绍直流配套电源全部投产,配套电源升压变均为 25%高阻抗变压器;中铝银星、枣泉、国华二期电厂升压变中性点加装 60 欧小电抗,鸳鸯湖二期、方家庄电厂升压变中性点加装 40 欧小电抗。哈纳斯热电二厂 8台机组全部投运。(3)电磁环网:宁夏电网330/220千伏电磁环网解环运行;甘宁断面 750/330千伏电磁环网解环运行;330 千伏罗灵州 I、II 线合环运行。(4)中性点小电抗:银川东主变中性点加装 14 欧的小电抗,沙湖主变中性点加装 5 欧的小电抗,贺兰山主变中性点加装 5 欧的小电抗,黄河变主变中性点加装 10 欧小电抗。短路电流计算结果:单相和(或)三相短路电流超过开关额定容量的 90%的母线统计如表 5-2 所示。330 千伏 3 站(银川东、黄河、甜水河变)、220 千伏 5 站(沙湖、贺兰山、镇朔、金凤、步桥)短路电流超标。其中银川东 750千伏母线单相短路电流达到 49.7 千安;银川东 330 千伏单相短路电流达到 73.9千安,三相短路电流达到 70.4 千安;黄河变 330 千伏单相短路电流达到 62.9千安,三相短路电流达到 65.3 千安;沙湖 220 千伏单相短路电流 64.5 千安,三相短路电流达到 65.0 千安,超过开关遮断容量。
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结 论
 
本文通过详细分析宁夏电网发生的一起750kV电网故障发生及扩大的整个过程,分析了宁夏电网交流系统故障直流分量导致开关无法灭弧问题产生的机理及原因,通过理论分析及仿真分析,针对电厂并网线路、终端用户线路、局部小系统并网线路可能产生的直流分量问题,通过计算特征因子进行全网线路计算排查,并提出了解决措施。研究了系统衰减时间常数超过断路器标准时间常数引起的直流分量问题,通过短路电流计算,分析了直流分量对开关遮断能力的影响分析,提出了降低短路电流的措施。通过以上措施,将解决直流分量问题,提高电网安全稳定运行水平。主要研究结论如下:
(1)两回及以上并联线路两侧系统短路容量强弱相差较大时,线路发生单相永久故障跳闸后,如果弱系统侧先重合于永久故障,强系统侧后合,会导致短路电流发生转移,在先合开关(弱系统侧)产生较大的直流分量,且弱系统侧提供短路电流较小,先合开关电流无法形成过零点致使开关无法分闸。通过仿真计算分析,电厂并网线路、局部小系统并网联络线、终端变电站线路均可能存在此类风险。
(2)通过调整重合闸方式固定线路一侧重合闸后合解决故障直流分量导致断路器无法分闸问题。对于 3/2 接线方式,采取在线路一侧投入单重检三相有压方式解决;对于双母(双母分段)接线方式,线路保护具备联跳功能时采取弱侧系统延迟 0.3 秒重合的方式解决,线路保护不具备联跳功能时采取弱侧系统重合闸停运的方式。
(3)因故障直流分量造成宁夏网内部分变电站开关遮断能力下降,短路电流超过开关遮断能力,通过调整变电站近区机组开机方式、主变接地方式及热备线路等措施,降低短路电流,解决短路电流超过开关遮断能力问题。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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