一種動態模擬1000kV線路保護試驗的方法

2023-10-06 18:13:34 1

專利名稱：：一種動態模擬1000kV線路保護試驗的方法
技術領域：
：本發明涉及一種動態模擬lOOOkV線路保護試驗的方法，屬於電力系統線路繼電保護試驗領域。
背景技術：
：為優化能源資源配置、節省線路走廊用地，我國正在發展特高壓輸電技術，其中建設了晉東南一南陽一荊門1000kV特高壓交流試驗示範工程。為研究1000kV特高壓交流試驗示範工程的系統特性，為特高壓繼電保護裝置試驗提供條件，了解線路繼電保護裝置對1000kV系統的適應性,根據晉東南一南陽一荊門交流特高壓試驗示範工程的實際情況和參數，利用模擬元件高阻抗角線路電抗元件，高品質因數模擬並聯電抗器和CVT等，針對不同類型的繼電保護裝置，建立了1000kV線路保護動態模擬系統，設計了動態模擬1000kV線路保護試驗的方法。
發明內容晉東南一南陽一荊門特高壓交流輸電工程為國家電網重點試驗示範工程。目前，除中國電力科學研究院外國內尚無能夠滿足準確模擬1000kV線路保護動態模擬系統模型的設計方案以及線路保護的試驗方法。為準確模擬1000kV系統的情況，保證1000kV繼電保護裝置動模試驗的質量，中國電力科學研究院動模實驗室在對原型系統進行詳細分析的基礎上，建立了能夠模擬1000kV特高壓交流試驗示範工程的動態模擬系統，設計開發了滿足1000kV系統性能的線路元件模型(線路阻抗角最高可以達到88.4。)、變壓器模型、並聯電抗器模型元件、中性點電抗器模型元件、能夠模擬內部故障的線路並聯電抗器模型元件、不同變比的電流互感器、電容式電壓互感器，研究設計了試驗的方法，在此系統上能夠完成1000kV試驗示範工程的線路保護的動模試驗，為研究1000kV輸電系統暫態特性對繼電保護裝置的影響提供科學依據，為1000kV輸電系統繼電保護裝置的設計、選型、運行提供試驗條件。本發明提出了一種動態模擬1000kV線路保護試驗的方法，其特徵在於首先設計系統模型，模型中採用四臺發電機來模擬一側的等值系統，保護裝置分別安裝在兩條線路的兩側，在試驗線路的兩端和中問共設置了八個故障點，每一個故障點都用於模擬各種類型的金屬性或經過渡電阻短路產生的故障，電壓信號使用變比為lOOOkV/0.lkV的線路側的電容式電壓互感器CVT提供，各電流互感器的變比均為4000A/1A，然後進行的模擬試驗項目包括(1)、進行暫態超越試驗及70%處動作時間測試，僅對距離保護功能進行檢測，控制等值系統的短路容量及短路初瞬時的電壓相位角，模擬線路末端點各種金屬性故障；(2)、進行靜態超越試驗，僅對距離保護功能進行檢測功能進行檢測，控制等值系統的短路容量及短路初瞬時的電壓相位角，模擬線路末端點的各種金屬性故障；(3)、進行線路上金屬性瞬時故障試驗，模擬保護區內金屬性瞬時性單相接地、兩相接地、兩相短路、三相接地及三相短路故障；(4)、進行區外母線上金屬性故障試驗，模擬保護區外母線上金屬性瞬時單相接地、兩相接地、兩相短路、三相接地及三相短路故障；(5)、進行保護區內的金屬性永久性故障試驗；(6)、進行發展性故障試驗，模擬保護區內同一故障點經不同時間由單相接地故障發展成為另一相接地故障，模擬區外-內單相接地故障經不同時間發展成被保護線路出口區內-外異名相單相接地故障；(7)、進行過渡電阻故障試驗，模擬經600Q300Q過渡電阻的區內單相接地故障，和區外三相經小電阻短路故障試驗；(8)、進行系統穩定破壞試驗，模擬全相及非全相振蕩過程故障，以及在全相及非全相振蕩過程中再發生區內、外金屬性短路故障；(9)、進行系統頻率偏移試驗，模擬系統頻率偏移士2Hz，模擬區內外各種金屬性短路故障。(10)、進行系統操作故障試驗，通過操作電源側開關，手合空載線路五次，以及通過操作電源側開關，手合故障線路；(11)、在單側電源方式下，模擬各個區內外故障；(12)、進行斷線故障試驗；(13)、進行各通道的不同工況下對保護裝置的影響試驗；(14)、進行直流電源斷續及直流電壓波動試驗。本發明的1000kV線路保護模型系統真實的模擬了以下系統特性(1.1)、1000kV系統非周期衰減時間常數為110ms左右，該特性表明1000kV系統非周期衰減時間常數較大可能會導致距離保護的暫態超越。(1.2)、1000kV系統未經高抗補償的全線(654km)的充電電流大約為2160A(1100kV電壓條件下)；經高抗補償的全線充電電流大約為250A(1050kV電壓條件下)。補償度為88%左右。(1.3)、1000kV動模系統較500kV系統、750kV系統諧波含量豐富，且諧波含量的大小與系統強弱、故障點的位置有關。對於保護安裝處出口短路，諧波含量較少；無論是故障點位於何處，南陽側的諧波非常豐富(九次及以下次均有)(1.4)、電源側開關斷開後，1000kV動模系統電壓衰減到零的時間大約為2s左右本發明的方法的試驗項目能很真實全面的考核1000kV輸電系統繼電保護裝置在可能發生的各種複雜電力系統故障的動作行為，為1000kV輸電系統繼電保護裝置的設計、選型、運行提供了重要的參考依據。圖1是動態模擬1000kV線路保護試驗的方法的流程圖2是動態模擬lOOOkV線路保護試驗的方法所設計的系統模型的接線圖。具體實施例方式1、系統模型的研發設計該工程的系統等值圖參見圖2所示，晉東南至南陽開關站、南陽開關站至荊門線路為1000kV輸電線路；晉東南-南陽開關站特高壓線路長度為363km，南陽開關站-荊門特高壓線路長度為291km。晉東南1000kV母線最大短路容量為10500MVA(最大運行方式)，最小短路容量為4000MVA(最小運行方式)。荊門系統為華中網等值系統，1000kV母線最大短路容量為10750MVA為最大運行方式，最小短路容量為9700MVA為最小運行方式。為了更好的模擬1000kV輸電線路系統，中國電力科學研究院自行設計了一批新元件新設備，搭建了自行設計的1000kV輸電線路模型。模型中採用#3、#4、郞、#11四臺發電機來模擬晉東南側等值系統，用3W無窮大電源模擬荊門等值系統。其中晉東南接有負荷變壓器，負荷變壓器的額定容量為11990MVA，所帶負荷最大容量為7995麗。發電機的主要參數參見表1-1，線路參數參見表l-2、表l-3。表1-1發電機組主要參數tableseeoriginaldocumentpage5tableseeoriginaldocumentpage6表1-2晉東南-南陽線路主要參數(每100km參數)tableseeoriginaldocumentpage6線路主要參數(每100km參數)tableseeoriginaldocumentpage6南陽開關站採用雙斷路器接線方式。晉東南一南陽開關站線路及南陽開關站一荊門線路兩側均配置並聯電抗器，其中性點經小電抗接地。從晉東南至荊門並聯電抗器的容量依次為960Mvar、720Mvar、720Mvar、600Mvar，中性點小電抗的電抗值分別為280Q、327Q、334Q、440Q。線路接線圖參見圖2所示，保護裝置分別安裝在晉東南一南陽和南陽一荊門線路兩側，在試驗線路的兩端和中間共設置了八個故障點，其編號分別為K7、K9、Kll、Kl、K2、K3、K4、KIO，每一個故障點都可以模擬各種類型的金屬性或經過渡電阻短路故障。電壓信號由變比為1000kV/0.lkV的線路側電容式電壓互感器(CVT)提供。各電流互感器的變比均為4000A/1A。針對不同的試驗項目，系統模型考慮六種運行方式，詳細情況參見表l-4。表l-4運行方式tableseeoriginaldocumentpage6tableseeoriginaldocumentpage72、線路保護試驗的方法根據1000kV輸電系統實際可能發生的故障情況，中國電力科學研究院設計了一種動態模擬1000kV線路保護試驗的方法。試驗項目包括(1)、暫態超越試驗及70%處動作時間測試(僅對距離保護功能進行檢測)，這裡僅對距離保護功能進行檢測的意思是這項試驗只對距離保護功能進行檢測。距離保護是一種通過計算保護裝置安裝處到故障點的距離而確定保護動作行為的原理。如果計算得的故障點距離在設定的保護範圍內則動作，在保護範圍外則不動作。所以要對其暫態超越和動作時間進行測試。暫態超越是指在故障後的暫態過程中，由於電壓電流中的諧波成份大會使距離保護計算得的故障點距保護安裝處的距離不準確，出現超出範圍的情況。(2)、靜態超越試驗(僅對距離保護功能進行檢測)(3)、線路上金屬性瞬時故障(4)、區外母線上金屬性故障(5)、線路上永久故障(6)、發展性故障(7)、經過渡電阻故障(8)、系統穩定破壞(9)、系統頻率偏移(10)、系統操作(11)、單側電源方式(12)、TV斷線(僅距離保護)(13)、TA斷線(僅差動保護)(14)、通道不同工況對保護裝置的影響試驗(15)、直流電源斷續及直流電壓波動試驗具體試驗項目內容為暫態超越試驗及70%處動作時間測試(僅對距離保護功能進行檢測)試驗內容在方式六和方式五下，控制等值系統的短路容量及短路初瞬時的電壓相位角，模擬線路末端K1(K7)點各種金屬性故障，試驗中對測距結果進行記錄，參見表2-l。tableseeoriginaldocumentpage8注l:共120次。試驗要求①暫態超越芸50/0②70y。處動作時間^30ms。靜態超越試驗(僅對距離保護功能進行檢測)試驗內容:在方式一下，控制等值系統的短路容量及短路初瞬時的電壓相位角，模擬線路末端K3(K9)點各種金屬性故障。具體項目參見表2-2。表2-2靜態超越試驗項目tableseeoriginaldocumentpage9試驗要求晉東南側距離一段保護不超越。線路上金屬性瞬時故障試驗內容①分別在方式一和方式二下，模擬保護區內金屬性瞬時性單相接地、兩相接地、兩相短路、三相接地及三相短路故障。具體項目參見表2-3。表2-3金屬性故障試驗項tableseeoriginaldocumentpage9tableseeoriginaldocumentpage10注h兩種方式共96次。試驗要求①保護不拒動。不超範圍誤動。②動作時間應滿足光纖縱差保護全線^30ms。光纖距離保護近故障端^20ms，遠故障端^40ms。③單相接地故障，保護應選相動作，保護動作單相跳開再重合後不應誤動。區外母線上金屬性故障試驗內容分別在方式一、方式二下，模擬保護區外母線上金屬性瞬時單相接地、兩相接地、兩相短路、三相接地及三相短路故障。故障持續時間為120ms。具體項目參見表2-4。表2-4區外故障試3tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11注l:兩種方式共16次。試驗要求保護不誤動。線路上永久故障試驗內容在方式一下，模擬保護區內金屬性永久性故障，由實驗室程序控制儀控制重合閘過程，重合方式為單相重合閘，重合時間為荊門側1S，南陽側1.1S;南陽側ls，晉東南側l.ls。具體項目參見表2-5。表2-5永久性故障試驗項目tableseeoriginaldocumentpage11試驗要求重合於永久性故障後，保護應能夠加速動作切除永久性故障，不拒動。發展性故障試驗內容①在方式一下，模擬保護區內同一故障點經不同時間由單相接地故障發展成為另一相接地故障。具體項目參見表2-6。表2-6發展性故障試驗項目tableseeoriginaldocumentpage11tableseeoriginaldocumentpage12②在方式一下，模擬區外(內)單相接地故障經不同時間發展成被保護線路出口區內(外)異名相單相接地故障，相繼發生故障的時間間隔為0ms200ms，在模擬區外故障時，模擬相鄰線保護正確動作相繼跳開兩側開關，近故障端50ms，遠故障端110ms。具體項目參見表2-6(續)。表2-6發展性故障試驗項目(續)tableseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13試驗要求①對於區內轉區內故障，保護應在第二次故障後三相跳閘。②對於區外母線發展成區內故障，發展成區內故障後，裝置不應拒動。③南陽開關站側兩段線異名相間的發展性故障，兩側保護應跳開三相。經過渡電阻故障試驗內容分別在方式一和方式二下進行以下試驗，兩種方式共48次。①模擬經600Q300Q過渡電阻的區內單相接地故障。具體項目參見表2-7。表2-7經過渡電阻試驗項目tableseeoriginaldocumentpage13tableseeoriginaldocumentpage14試驗要求①經過渡電阻的區內單相接地故障時，差動電流大於800A差動保護應能切除故障，差動保護應能選相動作。②區外經小電阻短路，距離保護不應誤動。系統穩定破壞試驗內容在方式三下①模擬靜穩破壞引起的全相振蕩(振蕩周期為300ms1.5s)。②模擬因K7點A相故障，保護動作，線路開關A相跳開引起的非全相振蕩。③模擬因晉東南側開關A相偷跳引起的非全相振蕩。④在全相及非全相振蕩過程中再發生區內、外金屬性短路故障。具體項目參見表2-9。表2-9振蕩及振蕩中再故障試驗項目tableseeoriginaldocumentpage14tableseeoriginaldocumentpage15①全相振蕩過程中不動作。②非全相振蕩過程中不動作。③全相振蕩過程中區內故障應動作，區外不對稱故障應不誤動，區外對稱故障被快速切除時，保護不應誤動。非全相振蕩過程中發生各種區內故障應能夠三相動作切除故障。⑤非全相振蕩過程中發生各種區外故障不動作。系統頻率偏移試驗內容在方式四下，模擬系統頻率偏移土2Hz，模擬區內外各種金屬性短路。具體項目參見表2-10。表2-10頻率偏^tableseeoriginaldocumentpage15表2-10頻率偏移試驗項目(續)tableseeoriginaldocumentpage16表2-10頻率偏移試驗項目(續)tableseeoriginaldocumentpage17試驗要求①區內故障，保護不拒動。②區外故障，保護不誤動。系統操作試驗內容①通過操作電源側開關，手合空載線路五次。併網後分相合拉5SK、6SKt②通過操作電源側開關，手合故障線路。具體項目參見表2-11。表2-11系統操作試驗項目tableseeoriginaldocumentpage17試驗要求①手合空載線路，保護不應誤動作。②手合故障線路，保護應加速動作三相跳閘，動作時間應《40m、單側電源方式試驗內容①在方式五下，模擬以下區內外故障，參見表2-12。表2-12單側電源方式試驗項目tableseeoriginaldocumentpage17tableseeoriginaldocumentpage18求①區內故障應正確動作。TV斷線(僅距離保護)試驗系統方式一。試驗內容①模擬晉東南側CVTA相斷線。②模擬晉東南側CVT三相斷線。③模擬晉東南側CVTA相閃絡性斷線。模擬晉東南側CVTA相斷線後的區內外故障。具體項目參見表2-13:表2-13TV斷線試驗項目tableseeoriginaldocumentpage18試驗要求斷線後，保護不誤動，發出告警信號，閉鎖相關保護。TA斷線(僅差動保護)試驗內容①在線路帶不同功率的情況下，模擬荊門側19TAA相斷線。具體項目參見表2-lt表2-14TA斷線試驗項目tableseeoriginaldocumentpage18tableseeoriginaldocumentpage19②模擬荊門側19TAA相斷線後的區內外故障。具體項目參見表2-15c表2-15TA斷線試驗項目tableseeoriginaldocumentpage19表2_15TA斷線試馬tableseeoriginaldocumentpage19試驗要求①當負荷電流達到差動保護差電流啟動值時，斷線後應發出告警信號。當負荷電流小於差動保護差電流啟動值時，不做考核。②斷線後模擬故障，保護動作行為與裝置設計一致。通道不同工況對保護裝置的影響試驗試驗內容在方式一下，模擬通道不同的工況情況下，對保護裝置的影響。包括①通道誤碼和中斷，測試STM-1通道誤碼性能對保護裝置動作行為的影響。通道的誤碼率控制在10—210—9之間。表2-16通道誤碼試驗項目tableseeoriginaldocumentpage19tableseeoriginaldocumentpage20要求在誤碼率小於10—6時，保護裝置動作行為應正確；保護裝置不應因通道誤碼誤動；通道中斷保護應告警，並閉鎖相應保護。②通道延時及通道切換，測試STM-16通道、STM-4通道中通道時延和通道切換過程對保護裝置的影響。表2_17通道延時及通道切換試驗項目tableseeoriginaldocumentpage20要求在通道切換和通道時延的情況下，保護裝置動作行為正確。③通道壓力測試，在STM-1通道中加載不同程度的誤碼、告警等壓力對保護裝置動作行為的影響。表2-18通道壓力測試tableseeoriginaldocumentpage20直流電源斷續及直流電壓波動試驗試驗內容在方式一下進行①拉合保護裝置的直流電源。②快速多次拉合保護裝置的直流電源。③調整保護裝置的直流電壓在80%110%之間波動。試驗要求保護不誤動。3、系統調試通過對模型參數的測定，檢測是否每個參數合乎要求。4、試驗檢測接入繼電保護裝置，按照試驗方法進行試驗項目的檢測。5、結束根據國家電力產品檢測標準和行規對於試驗結果予以判斷，滿足標準的通過試驗檢測，不滿足標準的則不通過試驗檢測，需修改待重新檢測。此處己經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。權利要求1、一種動態模擬1000kV線路保護試驗的方法，其特徵在於首先設計系統模型，模型中採用四臺發電機來模擬一側的等值系統，保護裝置分別安裝在兩條線路的兩側，在試驗線路的兩端和中間共設置了八個故障點，每一個故障點都用於模擬各種類型的金屬性或經過渡電阻短路產生的故障，電壓信號使用變比為1000kV/0.1kV的線路側的電容式電壓互感器CVT提供，各電流互感器的變比均為4000A/1A，然後進行的模擬試驗項目包括(1)、進行暫態超越試驗及70％處動作時間測試，僅對距離保護功能進行檢測，控制等值系統的短路容量及短路初瞬時的電壓相位角，模擬線路末端點各種金屬性故障；(2)、進行靜態超越試驗，僅對距離保護功能進行檢測功能進行檢測，控制等值系統的短路容量及短路初瞬時的電壓相位角，模擬線路末端點的各種金屬性故障；(3)、進行線路上金屬性瞬時故障試驗，模擬保護區內金屬性瞬時性單相接地、兩相接地、兩相短路、三相接地及三相短路故障；(4)、進行區外母線上金屬性故障試驗，模擬保護區外母線上金屬性瞬時單相接地、兩相接地、兩相短路、三相接地及三相短路故障；(5)、進行保護區內的金屬性永久性故障試驗；(6)、進行發展性故障試驗，模擬保護區內同一故障點經不同時間由單相接地故障發展成為另一相接地故障，模擬區外-內單相接地故障經不同時間發展成被保護線路出口區內-外異名相單相接地故障；(7)、進行過渡電阻故障試驗，模擬經600Ω～300Ω過渡電阻的區內單相接地故障，和區外三相經小電阻短路故障試驗；(8)、進行系統穩定破壞試驗，模擬全相及非全相振蕩過程故障，以及在全相及非全相振蕩過程中再發生區內、外金屬性短路故障；(9)、進行系統頻率偏移試驗，模擬系統頻率偏移±2Hz，模擬區內外各種金屬性短路故障。(10)、進行系統操作故障試驗，通過操作電源側開關，手合空載線路五次，以及通過操作電源側開關，手合故障線路；(11)、在單側電源方式下，模擬各個區內外故障；(12)、進行斷線故障試驗；(13)、進行各通道的不同工況下對保護裝置的影響試驗；(14)、進行直流電源斷續及直流電壓波動試驗。全文摘要本發明基於為研究1000kV特高壓交流試驗示範工程的系統特性，為特高壓繼電保護裝置試驗提供條件，了解線路繼電保護裝置對1000kV系統的適應性，根據晉東南-南陽-荊門交流特高壓試驗示範工程的實際情況和參數，利用自行設計的模擬元件，針對不同類型的繼電保護裝置，建立了1000kV線路保護動態模擬系統，發明了動態模擬1000kV線路保護試驗的方法。文檔編號H02H7/26GK101420120SQ20081022784公開日2009年4月29日申請日期2008年12月1日優先權日2008年12月1日發明者周春霞,周澤昕,張曉莉,明李,李仲青,杜丁香,董明會,詹智華,詹榮榮,琰賈申請人:中國電力科學研究院