500kV变电站备用电源自投装置的功能设计和应用

文章编号:10072290X(2007)1120052204500kV变电站备用电源自投装置的功能设计和应用张荫群1,蔡镇坤2(11广东省电力调度中心,广州510600;21南方电网调峰调频发电公司,广州510630)摘要:500kV变电站备用电源自投是提高电网供电可靠性和保证电网安全运行的一项重要措施。

为此,分析了500kV变电站备用电源自投装置的功能技术要求,提出了设计原则和安全运行注意事项,并介绍了其在广东电网的应用成果。

关键词:500kV变电站;备用电源自投;可靠性中图分类号:TM63;TM76211 文献标志码:BFunctional Design and Application of Automatic Stand2by Pow er SwitchingDevice for500kV SubstationsZ HAN G Yin2qun1,CA I Zhe n2kun2(11Guangdong Power Gird Disp atching Center,Gua ngzhou510600,China;21CS G Power Generation Comp a ny, Gua ngzhou510630,China)Abstract:Aut omatic closing2in of reserve p ower supply f or500kV substations is a n imp ortant measure t o imp rove t he p ower supply reliability a nd ensure t he saf e operation of p ower grid1This p aper a nalyzes t he f unction a nd technical require ments of t he automatic stand2by p ower switching device f or500kV substations,p uts f orward t he design p rinciple a nd p oints f or attention in operation,and describes its application results in Guangdong p ower grid1K ey w ords:500kV substation;aut omatic closing2in of reserve p ower supply;reliability 随着国民经济的迅速发展,广东电网的供电负荷快速增长。

为了满足供电的需求,在网架结构不够合理的情况下,大量的电厂、500kV变电站及线路、220kV变电站及线路相继投产,一些网点电气元件过于密集,造成不少500kV变电站的220kV母线短路电流超标。

根据2007年度的稳定计算结果分析,如不采取解环措施,500kV增城、香山、鹏城、广南、罗洞等变电站的220kV母线短路电流会超过相应的220kV母线开关遮断容量,如控制不当,会危害开关设备和电网的安全运行。

此外,500kV变电站供电的一些220kV输电线路经常处于满载甚至过载状态。

这几年,广东电网采取了特殊的解环分区供电运行方式,将一些500kV变电站的220kV母线开关解列,使220kV母线分列运行,将一些220 kV环网解环运行。

采取这些措施后,短路电流得到了控制,也解决了局部电网正常情况下线路重载问题和N-1故障情况下相应输电线路严重过载问题,提高了供电能力。

在控制了短路电流和提高了供电能力的同时,由于母线解列线路解环,一些负荷甚至一片电网出现了由单台500kV主变压器供电的情况,供电的可靠性下降了。

面对这样的情况,必须要研究和解决的课题是:如何做到既要限制短路电流,提高供电能力,又要保证供电的可靠性。

要提高500kV主变压器向220kV电网供电的可靠性,可以在500kV变电站的220kV母线开关的解列点设置备用电源自投装置,当主变压器　第20卷第11期广东电力V ol120N o111 2007年11月GUANG DONG E LECTRIC POWER N ov12007　收稿日期:2007208229跳闸,主供电源中断或过载时,迅速自动投入备用电源。

近几年来,500kV变电站备用电源自投已经成为电网提高供电可靠性的一项重要措施。

1　备用电源自投装置功能设计500kV变电站的220kV母线开关备用电源自投装置的功能和方式,不像一般的检无压单一形式自投装置那么简单。

根据电网运行实际,按照功能和作用划分,500kV变电站220kV母线开关的备用电源自投装置一般有4种备用电源自投形式。

111　主变压器跳闸自投主要是提高由单台或两台500kV主变压器供电的负荷的可靠性。

解列后,由单台500kV主变压器供电的220 kV电网负荷,当唯一的主变压器高压侧(或中压侧)开关三相跳闸后,即失去主供电源。

解列后,由两台500kV主变压器供电的220kV电网负荷或一片电网,当其中一台主变压器开关三相跳闸后,失去部分主供电源,很可能造成另一台主变压器或输入功率的220kV线路过载。

如果不迅速采取措施,500kV跳闸主变压器原来所供电的220 kV电网可能会崩溃。

在主变压器跳闸的短时间内,如果原来所带的220kV电网还与其它有电源的220kV线路相连,不会马上失压,只要同期投入新的电源,该电网就得到支撑,恢复正常运行。

因此,可以采用检测500kV主变压器高压侧或中压侧跳闸即同期自投220kV母线解列开关的措施来挽救电网。

由于解列或解环后的两侧电网不一定同期运行,为确保安全,一定要检测自投开关两侧电网同期才能自投。

112　过载检定自投当一台500kV主变压器高压侧(或中压侧)开关三相跳闸后检定另外的500kV主变压器或输入功率的220kV线路过载,即同期自投220kV母线开关(备用电源),通过自动引入新主变压器电源的措施来分流部分负荷,达到消除主变压器或线路过载的目的。

这种自投措施的优点在于它充分利用解环点两侧主变压器的备用容量互补,不损失任何供电负荷,比检测主变压器或线路过流切负荷措施更优越,因为后者要损失被切除的负荷。

113　无压检定自投主要是提高由单台500kV主变压器供电的负荷的可靠性。

当单一主变压器电源运行中因故跳闸后,如果原来所供电的是一个单独的220kV电网,分区分片供电后网内再没有其它220kV电源线路相连,马上就会失压,检定220kV母线失压即自投220kV母线解列开关备用电源。

电网失压后,不存在同期问题,不需要检测自投开关两侧电网的同期。

114　双备用电源补充自投500kV变压器的供电负荷较重,一般有一些较重要的负荷,而且500kV变电站有多个220kV 母线开关可供选择自投,为了提高供电的可靠性,应该采用双备用补充自投的方式。

当第一个母线开关自投不成功时,再启动自投第二个备用母线开关。

目前,500kV增城变电站、香山变电站、鹏城变电站、广南变电站、顺德变电站的220kV母线开关备自投都是采用这种双备用自投方式。

2　功能和技术要求211　500kV主变压器跳闸的判据由于500kV主变压器高压侧或中压侧开关三相跳闸都会导致所供的220kV负荷失去电源,所以高压侧和中压侧开关均应检测。

同时,无论高压侧或中压侧开关跳闸,中压侧开关均无正常电流,但由于低压侧有电容电抗,中压侧开关跳闸时高压侧开关尚有电流。

因此,可以采用检测高压侧或中压侧开关跳闸与中压侧开关无流的判据来检定500 kV主变压器跳闸。

212　防止自投于故障元件为了自投后供电的安全可靠,除了检测原供电主变压器确已跳闸外,还要保证备用电源开关处于正常、待命的状态,防止自投于故障或失压的母线上。

因此,一般要检测备自投母线的运行电压在整定的合格范围内(一般可整定为85%U n)。

因为变压器跳闸,故障点可能在500kV侧,也有可能在变压器内部。

为了有效隔离故障点,自投220kV母线开关前,自投装置应再跳开一次220kV中压侧开关。

213　设计要灵活,适应多种运行方式的需要一般情况下,环网中开环的500kV变电站的220kV母线开关最基本的备自投方式有3种。

以常规500kV变电站常用的220kV母线分列运行方式为例说明,如图1所示。

35　第11期张荫群等:500kV变电站备用电源自投装置的功能设计和应用图1　500kV变电站常用的220kV母线接线方式a)图1中220kV母线分段开关2026(或2015)和母联开关2056解列,母线W6(或W5)带1台主变压器运行,其余2台主变压器挂在母线W1,W2,W5(或W6)运行。

当解列为两部分母线中的任一台主变压器(高压侧或中压侧)开关跳闸,均先自投母线分段开关2026(或2015),如自投不成功,再自投母联开关2056。

b)图1中220kV母线分段开关2015和2026解列,母线W5,W6带1(或2)台主变压器运行,母线W1,W2带其余2(或1)台主变压器运行。

当解列为两部分母线单元中的任一台主变压器(高压侧或中压侧)开关跳闸,均先投母线分段开关2015,如自投不成功,再自投分段开关2026。

c)220kV母线分段开关2015(或2026)和母联开关2012也可以解列运行。

其原理、自投方式、过程与上述a节相似,不再重复介绍。

214　有旁路代供自动切换功能备自投的220kV母线开关有时会由旁路开关代路供电,为了保证旁路开关代供时的自投功能,设计时应将旁路开关的TV,TA二次回路接入装置,设置代路自动切换开关,软件写入自动代路功能。

215　自投的并环并列同期要求如果500kV主变压器跳闸,原来所供电的220kV电网还与其它电源相连,由于尚有部分电源支撑不会马上失压,自投后关系到环网间的同期运行问题,一定要检同期(相角差可整定为小于25°,电压差整定范围为20%U n～25%U n)才能自投。

对于原来所供电的220kV电网没有其它电源相连的500kV主变压器跳闸,该220kV电网一般较小,没有电源支撑很快就会失压,两个电网间不存在同期运行问题,不需要检同期,可以检无压(无压定值整定范围为20%U n～30%U n)直接自投。

216　闭锁功能要求为防止自投于故障母线以及误动作造成事故扩大,装置必须设置闭锁功能,根据电网运行中可能出现的情况,装置应考虑设置以下4种闭锁功能:a)为防止备用电源自投于故障母线,设置母线差动保护或失灵保护动作闭锁母线开关自投的功能,须等到手动复归信号后,装置自投功能才重新开放;b)为防止母线开关在检修时误动自投,设置备投开关检修自动闭锁自投功能,但应注意仅闭锁正在检修的开关的自投,其余非检修开关的自投功能照常开放;c)对于检主变压器开关三相跳闸自投装置,还应设置手跳高压侧、中压侧开关闭锁自投的功能,防止手跳开关后误作主变压器三相跳闸自投,但应注意所有的手跳闭锁功能仅闭锁该手跳开关对自投装置的启动功能;d)设置人工闭锁备自投总压板,当主变压器测试、检修时方便人工闭锁整套装置,人工解除闭锁后经解除闭锁时延(Tbs)延时,自投功能重新开放。