电网故障对火电厂发电机组的影响分析.pdf

2 0 1 0 年第 2 8卷第 4期 内 蒙 古 电 力 技 术 I NNE R MoNG 0L I A E L E CT RI C P oWE R 2 7 送 土 流 r 定 电网故障对火 电厂发 电机组 的影响分析 An a l y s i s o f I n f l u e n c e o n P o we r Pl a n t wi t h Po we r Gr i d Fa u l t 王树 一 ， 金玲 ， 郝娟 内蒙古电力科 学研究院 ， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 2 0 [ 文章编号】1 0 0 8 6 2 1 8 2 0 1 0 0 4 0 0 2 7 0 4 1 丰镇发 电厂及区域 电网概况 1 ． 1 丰镇 发 电厂概 况 丰镇 发 电厂位 于 内蒙 古乌 兰察 布市南 部 的丰镇 市 ． 电网连接简图见图 1所示。正常运行时，丰镇发 电厂开 机 方式 为 “ 6保 5 ” 方 式 ．最 大 力 9 0 0 MW ． 最小出力 6 0 0 MW．内蒙古电网东送 电力经丰泉变 电站 以下简称丰泉站 南丰万线输 ， 丰泉站是连 接 内蒙古 电 网与京津 电 网的重要 枢纽 变 电站 丰镇 发 电 厂装 机 容 量为 6台 2 0 0 MW 机 组 ． 是 内蒙古电网连接华北电网的枢纽电厂 ．其中 4台机 组 接 于 2 2 0 k V母线 ，有 3回出线 接 至丰 泉站 2台 机 组接 于 5 0 0 k V母 线 ． 有 1回出线接 至丰 泉站 丰 泉站 、丰镇发 电厂 中的 5 0 0 k V母 线 与 2 2 0 k V母 线 之 间都 有联络 变压 器 以下 简称联 变 。 1 ． 2 机 组 运行情 况 正常运行方式下 ．丰镇发电厂机组运行情况见 表 1 所示 。 1 ． 3 区域 电网潮 流分 布 丰镇 发 电厂 区域 电 网的潮 流分 布如 下 6 5 4 3 2 l 号 号 号 号号 号 机 机3 5 k V 机机机机 丰 5 厂 I 仁锁 上 T L 一 一 I 厂内联变 丰泉站 l 5 】 圣 K】 丰镇 2 1 丰 变 2 1 汗 丰 海 万 5 1 5 2 丰 丰 万 三 5l 5 2 丰 凉 平 新 新 地 城 地 城 丰 2l 2l 21 2 1 2l 图 1 丰 镇 发 电 厂 区域 电 网简 图 1 母 线 电压 丰镇 2 l 母 线 电压 2 2 2 ． 8 9 k V 标 幺值 为 1 ． 0 1 3 丰镇 5 1 母 线 电压 5 1 6 ． 5 5 k V 标 幺值 为 1 ． 0 3 3 。 2 丰泉站 5 0 0 k V及 2 2 0 k V各l叶 I 线功率 表 2所示 。 3 丰泉站 5 0 0 k V与 2 2 0 k V母 线之问联变 丰 变 5 1 一 联 络 变压 器 有功 功 率 为一 3 6 5 ． 0 MW ， 无 功功率为一 1 l 5 ． 8 Mv a r [ 收稿 日期】2 0 1 0 0 6 0 2 【 作者简介】王树一 1 9 5 4 一 ， 男 ， 内蒙古人 ， 学士 ， 高级工程师 ， 从事 电力系统及其 自动化专业工作。 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 0 年第2 8 卷第4 期 表 1 丰镇发电厂机组运行参数 表 2丰泉 变 电站 内 5 0 0 k V 及2 2 0 k V各 出线 功 率 通过潮流分布可知 ． 在正常运行方式下 。 丰镇发 电厂 中 的联 变 退 出运 行 ． 1号一4号 机 组 虽 然 接 人 2 2 0 k V母线 丰镇 2 1 ．并 与丰泉 站 中的 2 2 0 k V母 线 丰 变 2 1相连 ． 但 是 l号一4号 机 组所 发 功率 大部 分 都经过丰泉站内联变送人 5 0 0 k V系统 ， 并经过 5 0 0 k V丰万双回线送往京津地 区． 具体 的潮流分布如图 2所示 。 由于丰镇发 电厂的特 殊 电气 接线 方式 ．需要 对 一 些操作及故障情况进行稳定计算 。分析对电网可 能产 生 的影响 ．采用 的基 础数据 来源 于 电网运行 方 式 2 厂用电环并切换引起的环流分析 丰 镇 发 电厂 5号 、 6号 机 组 接 人 5 0 0 k V母 线 ， 正常运行时机组厂用电由本机高厂变 自供．厂内联 变接人 2 2 0 k V母 线 ． 与 5 0 0 k V解 环运行 。 高 备变 由 联 变低 压侧 引 出 5号机 厂用 电接线 示意 图见 图 3 。 在检修 5号 、 6号机高厂变或切换 5号 、 6号机 厂用电时． 需进行高厂变和高备变的环并切换。 这时 由于 5号 、 6号机高厂变 电源取 自 5 0 0 k V系统 ， 而 高备变电源取 自2 2 0 k V系统 ． 将形成高低压环 网而 产 生环 流 丰镇发电厂 5 3 2 l 号 号 号 号 机3 5 k V 机 机 机 丰泉站 K 4 l K3 永 汗 圣 海 K 5l 丰 I 变T 变 K 2 l K I ‘ l t l l 图 2丰镇 发 电厂 区域 电 网 潮流 分 布 图 图 3丰镇 发 电 厂 5号机 厂 用 电接 线 示 意 图 2 ． 1 1 号一3号 、 5号机 组投 运 ， 丰泉联 变投 运 环 并前后 的电网潮 流见 表 3所 示 。 表 3 环并前后 电网潮流参数 线 联络线上 电流有效值计算公式为 ， 一 ． 3 U 3 U 经计 算 ． I 3 6 7 A。环 流对 厂用 电 中的变压 器影 响最 大 ． 5号 机 组 高 厂 变 的 容 量 为 2 5 0 0 0 ／ 1 6 0 0 0 9 0 0 0 k V A．电压 为 1 5 7 5 0 5 ％／ 6 3 0 0 6 3 0 0 V． 6 k V侧绕 组 的最大容量为1 6 0 0 0 k V A 即 1 6 M V A ，高厂变 6 k V侧本身 自带 9 i 8 MV A功率 ，加上环并潮流 2 ． 6 i 2 ． 8 MV A后 ， 共带 1 1 ． 6 i l 0 ． 8 MV A功率 ， 即 S 1 5 ． 8 MV A 高厂变 没有 过载 ， 对 厂用 电没有影 响 。 新 事 新 城 平 地 凉 城 丰 地 儿 牛 上 丰 万 罨钽 上 丰 万 2 0 1 0 年第 2 8 卷第 4 期 内 蒙 古 电 力 技 术 2 9 但是 ． 如果 环并操 作 的 6 k V母线 连接 的是 高厂 变 的 9 0 0 0 k V A侧绕组 ， 该高厂变将严重过载『 1 I 。 2 ． 2 1 号一 3号 、 5号 机组 投运 。 丰泉 联变停 运 环并前后的电网潮流见表 4 。 经计算 ， 联络线上 电流有效值 ／ -- 2 0 4 2 A。 表 4环 并前 后 电 网潮 流 参 数 名称 环并前 5号机组高厂变 6 k V侧绕组 的最大容量为 l 6 MV A， 高厂变 6 k V侧本身 自带 9 j 8 MV A功率 ， 通 过以上计算得到环并潮流 2 0 ． 8 i 4 ． 3 MV A后 ， 共带 2 9 ． 8 i 1 2 ． 3 MV A功 率 ， 高厂 变 会严 重过 载 ， 应 当尽 量 避免 这种情 况 的发生 2 ． 3 6台机 组全部 投运 ． 丰泉联变 投运 环并前后的电网潮流见表 5 经计算， 联络线上 电流有效值 I 5 4 1 A 表 5 环并前后电网潮流参数 高厂变 6 k V侧本身 自带 9 j 8 MV A功率 ． 加 上 环并潮 流 4 ． 7 3 ． 1 MV A后 ，共 带 1 3 ． 7 i l 1 ． 1 MV A功率 ． 即 5 1 7 ． 6 MV A。厂用电过载 1 0 ％． 对厂 用电有影响 ． 高厂变不能长时间环并运行 如果环并 操作的 6 k V母线连接的是高厂变的 9 0 0 0 k V A侧 绕组 ． 该 高厂 变将严 重过 载 。 2 ． 4 6台机组 全部 投运 ． 丰泉 联变 停运 环并前 后 的电 网潮流见 表 6 经计算 ． 联 络线 上 电流 有效值 ， - 2 8 7 2 A 表 6环并前后 电网潮流参数 5号机组高厂变 6 k V侧绕组的最大容量为 I 6 MV A， 高厂变 6 k V侧本身 自 9 j 8 MV A功率 ， 通 过以上计算得到环并潮流 2 9 ． 6 j 3 ． 8 MV A后 ． 共带 3 8 ． 6 j l 1 ． 8 MV A功率 ， 高厂变会严重过载 ， 应 当尽 量 避免 这种情 况 的发生 。 3 丰丰线检修， 丰万线故障时系统稳定性分 析 3 ． 1 系统接 线 丰镇发电厂厂外 5 0 0 k V丰丰线路检修时 ． 丰镇 发 电厂 的 5号 、 6号机组可 以经过厂 内联变 由 5 0 0 k V母 线 向 2 2 0 k V系统 供 电 在 5 0 0 k V 丰丰线路 检 修前． 丰镇发电厂内联变投入运行 ． 丰泉站内联变也 投人 运行 ．并 列运行 的厂 内联 变 与站 内联 变 构成 了 1 个 5 0 0 k V和 2 2 0 k V 的电磁环 网 5 0 0 k V丰 丰线 路检修前 。 丰镇发电厂电气主接线简图如图 4 a 所 示 。图 中忽 略厂 用 电 ， 厂 内联 变投 入 运行 ， 2端 连人 5 0 0 k V和 2 2 0 k V母线 丰镇 发 电厂厂 内联 变投入 运行 ． 断开 5 0 0 k V 丰 丰线路进行检修后． 电网的拓扑结构将发生变化 ． 如 图 4 b 所 示 。 丰镇 发 电厂 的 5号 、 6号机组 经 厂 内联 变 向外供电时． 电厂附近电网将出现新的潮流分布 ， 对 2 2 0 k V系统稳定性产生影响 3 - 2 丰 丰线检修 前 潮流分 布 3 ． 2 ． 1 1号一3号 、 5号机 组投 运 ． 丰泉联 变投 运 丰镇 发 电 厂 1号一 3号机 组接 入 2 2 0 k V母 线 ． 5号 机组 接入 5 0 0 k V母 线 ． 此 时 厂 内联 变 与 丰泉 站 内联 变构 成 了 1 个 5 0 0 k V和 2 2 0 k V 的电磁 环 网 从潮 流分 布情 况可 以看 出 ．丰 镇发 电厂 厂 内联 变 的 有 功 功 率 为 1 0 2 ． 4 MW ， 无 功 功 率 为 3 8 Mv a r ． 方 向 为从 2 2 0 k V系统 流 向 5 0 0 k V系统 经计 算 ． 厂 内联 变 5 0 0 k V侧 电流有效值 I 1 2 0 A 丰 镇 发 电 厂 厂 内联 变 容 量 为 2 5 0 0 0 0 ／ 2 5 0 0 0 0 ／ 6 3 0 0 0 k VA，电压 为 5 5 0 ／ 3 ／ 2 3 0 ／ 3 1 0 ％／ 3 8 ． 5 k V． 5 0 0 k V侧 的额定容量为 2 5 0 MV A．额定 电流为2 7 4 ． 9 3 A． 因此 不会造 成 厂 内联 变 的过 载 运行 3 ． 2 _ 2 6台机组 全投 ． 丰泉 联 变投 运 丰镇 发 电 厂 l号一4号机 组 接人 2 2 0 k V母 线 ． 5号 、 6号 机 组 接人 5 0 0 k V母 线 ．丰 泉站 内联 变 投 运 、 丰镇发 电 厂厂 内联变 投运 ， 潮流计 算 得到 丰镇 发 电厂 厂 内联 变 的有功 功率 为 1 4 1 ． 4 MW． 无 功功 率 为 4 5 ． 8 Mv a r 。经计算 ．联变 5 0 0 k V侧 电流有效值 ， ． 1 6 3 A． 小 于 其 额定 电流 2 7 4 ． 9 3 A． 所 以不 会 导致 联 变 过 载 3 ． 3 丰 丰线检 修 、 丰万 线 故障 下 2 2 0 k V 系统 稳定 性 丰丰线 路 检修 ． 丰镇 发 电 厂 5号 、 6号机 组 经厂 内联变由 2 2 0 k V并人系统 ．假设 5 0 0 k V丰万线发 生严重故障 ． 分析 2 2 0 k V系统的稳定性 以及对设备 内 蒙 古 电 力 技 术 2 0 1 0 年第 2 8 卷第 4 期 a 5 0 0 k V丰丰线路检修前 b 5 0 0 k V丰丰线路检修后 图 4丰镇发电厂电气主接线简图 线 线 运行的影响 ． 考虑 3 种 5 0 0 k V丰万线故障类型 3 ． 3 ． 1 丰 万线 发 生三 相短路 故障 1 故障前丰镇发电厂 1 号一3号 、 5号机组投 运 ． 5 0 0 k V 丰 万线 发 生 三相 短 路 故 障 ． 0 ． 1 S 后 故 障 被切除 在故障暂态期间 ． 运行各台机组的机端电压 能够恢复到接近正常水平 标 幺值在 0 ． 9 6 ～ 1 ． 0 5 ． 频 率 变化 偏差也 保持 在一 0 ． 0 8 5 ～ 0 ． 0 8 5 Hz ．说 明机 组在 故障期间能够保持稳定同 在故障暂态过程中部分变 压 器 过 载 ． 超 出部分 已达 1 ． 5 5倍 额定 负 荷 ． 短 时 间 内会对 变压器 产生 一定 影响 这些 变压 器包括 丰 泉 站内联变 、 号一3号机组主变压器 ， 但当故障暂态 结 束进 入稳态 后 ． 电流低 于额定 电流 ． 不 会造成 这些 变压 器 的过 载1 2 故障前丰镇发 电厂所有机组投运 。 每 台机 组 容量 2 0 0 MW． 可 以看 出 ． 当 5 0 0 k V丰 丰 线 检 修 退 出运 行后 ， 5号 、 6号 机组 只有 通过 厂 内联 变接 人 2 2 0 k V系统 ． 将造 成 厂 内联 变 严重 过 载 在 故 障后 暂 态期 间 ．所有 机组 的机端 电压 能够恢 复 到接近 正 常水平 标 幺值在 0 ． 9 7 ～ 1 ． 0 5 ． 频率变化偏差也保持 在一 0 ． 2 ～ 0 ． 0 2 H z ． 说明所有机组在故障期间能够保持 稳定 ； 故障时的线路电流很大， 可能会引起保护的 I 、 I I 段误动作 ． 由于故障电流达到了额定电流的 2倍 ． 因此 也要 防止 线路 过负 荷引起 的其 他故 障 在 故 障 暂态过程中部分变压器过载 ． 超 出部分达 1 ． 5 5倍额 定负荷 ．建议适当调节变压器分接头或更换更大容 量 的变压器 这些 变压器 包括丰 泉站 内联变 、 1号一4 号机组主变压器 ．但 当故障暂态结束进入稳态后． 电流 低于额定 电流 ． 不会造 成这些 变压 器的过载 3 3． 2 丰万线 发 生单相短路 故 障 并重合成 功 1 故障前丰镇发电厂 号一3号、 5号机组投 运 ．故障暂 态期 间运行 机组 的机 端 电压能 够恢 复到 接近正常水平 标 幺值在 0 ． 9 7 ～ 1 ． 0 ． 故障后频率变 化偏 差也 保持 在 一 0 ． 0 0 7 5 ～ 0 ． 0 0 5 5 H z范 围 ． 且 有 1 个 逐步 减小 的趋势 ．说 明运 行机组 在故 障期 间能 够保 持稳定在故障暂态期间以及故障后稳态线路电流 都 在额 定范 同之 内 ． 不会 造 成线路 的过 负荷故 障 与三相短路故障相 比．线路中过负荷的现象已 经减少． 大部分线路都可以经受住 5 0 0 k V单相接地 故障 各变压器电流都在额定范围之内． 不会造成变 压器过负荷 ． 与i相短路故障相比． 变压器过负荷的 程 度 已经大 大减 少 ．说 明单 相短路 对线 路 和变压 器 的过负荷影响要小得多 2 故障前丰镇发电厂所有机组全部投运 ， 故 障暂态期间运行机组的机端电压能够恢复到接近正 常水平 标 幺值在 0 ． 9 8 4 ～ 1 ． 0 0 2 ． 故障后频率变化偏 差也保持在一 0 ． 0 0 7 ～ 0 ． 0 0 7 H z ．且有 1 个逐步减小的 趋势 ．说明丰镇发电厂中的所有机组可以保持稳定 运行 线路 单相接地 故 障暂态 期 间不会造 成线 路 的 过负荷 ． 与i相短路故障相比． 线路中过负荷的现象 已经减少． 但丰镇发电厂厂内联变将严重过载 3 ． 3 ． 3 丰 万线 发 生单相短路 故 障且 重合 不成功 1 故障前丰镇发电厂 l 号一3号 、 5号机组投 运．故障暂态期问运行机组 的机端电压能够恢复到 接近 正常 水平 标 幺值 在 0 ． 9 7 7 ～ 1 ． 0 0 3且波 动不 大 ，故 障后 频率 变化 偏 差也保 持在一 0 ． 0 1 ～ 0 ． 0 2 H z ， 且有 1 个逐 步减 小 的趋势 ．说 明运行 机组 在故 障期 问能够保持稳定 线路 电流都在额定范围之内． 并且 没有变压器过载 冈此 与三相短路故障相比． 系统对 该 故障 有较强 的抵 御能 力 故障前丰镇发电厂所有机组全部投运．在故障 暂 态期 间运行 机组 的机端 电压能够 一 一 l _ ． 2 0 1 0 年第 2 8 卷第 4 期 内 蒙 古 电 力 技 术 3 3 一一 一__ -- 一 一一一 ⋯一一 二 种崭新的测漏技术 通过对内蒙古电网 5 0 0 k V永圣 域变电站 S 断路器 5 0 3 3 相气 体泄漏 的检测 ， 说明使用红外成像仪在被测充气设备不需停电情况 下 ． 实现 了实时 、 远 距离 捕 捉 微量 气 体 泄 漏 ， 可准 确 找到 泄漏位 置 ． 极 大地 节省 时 间 、 人力 以及 因停 电维 修而 带来 的损 失 。 同时为 S 断路 器气 体泄 漏 的检 测及消缺措施提供了新 的方法 【 参考文献] 【 1 ]陈化钢． 电力设 备预防性试验方法及诊断技 术[ M ] ． 北京 中 国科学技术出版社 ． 2 0 0 1 ． f 2 1刘英卫 ， 钟世 强 ， 祁炯 ， 等． 六氟化硫气体 回收处理技术及 设备【 J ] ． 电力设备 ， 2 0 0 8 ， 9 8 1 4 一 l 7 ． 【 3 】张 丽娜 ， 霍凤 鸣． S F 6 断路器检 漏方法 【 J J ． 河北 电力技术 ， 1 9 9 8， l 7 5 5 7 5 9 ． f 4 1华北 电网有 限公 司． Q ／ H B W 1 4 7 0 1 --2 0 0 8华北 电网有 限 公司 电力设备 交接 和预防性试验规程 2 0 0 8年版 f S 1 ． 北 京 中国电力出版社 ． 2 0 0 8 ． 『 5 1国家技术质量监督局．G B l 1 0 2 3 --1 9 8 9高压开关设备六 氟化硫气体密封试验方法f s 1 ． 北京 中国标准出版社 ， 1 9 8 9 ． 编 辑 郭 昆 审 审 P ．． 、 ， ， j、恢 复到接近正常水平f 标 幺值在 0 ． 9 7 3 5 ～ 1 ． 0 0 3 5且波动不大 ， 而故障后频率变化偏 差也保持在一 0 ．0 0 5 ～ 0 ． 0 0 5 Hz ．且有 1个逐步减小的 趋势 说 明各 台 机组在 故 障期 间 能够保 持稳 定 在故 障暂 态过 程 中有 部 分线 路 电 流超 出线 路额 定 电 流 ． 在 故 障后 的稳 态状 况 下 线 路 电流 也 大 于额 定 电流 ． 对 线路安 全运 行不 利 ． 应避免 这种情 况 的发 生 。 厂 内 联变始终超负荷运行 ． 影响该变压器的安全运行。 在 故障过程 中丰泉站内联变电流也超过了变压器额定 电流 与 相短路故障相比． 变压器过负荷的程度 已 经大 大减 少 ．这说 明单相 短路 对线路 和 变压 器 的过 负荷 影响要 小得 多 ． 但 是 与重合 闸成 功相 比 ． 过 负荷 的线路和变压器还是较多，所以提高重合闸成功率 有助 于 电网的安 全性 4 结论 4 ． 1 丰 泉站联 变投 运 ． 厂 用 电环并 操作 当丰泉 站 内联 变 投入运 行 时 ．丰镇 发 电厂 中接 人 5 0 0 k V 系统 的 6 k V 厂用 电母 线 和接 人 2 2 0 k V 系统 的 6 k V厂用 电备用 母线 之 间的 电压差 不大 ． 引 起 的环 流也不 大 在丰 镇发 电厂 6台机 组全 部投 运 、 丰泉联变投运的情况下 ．厂用 电环并操作将造成高 厂 变过 载 1 0 ％ 此 时 可 以通 过调 节厂 内联 变和高 备 变的分接头 ． 减小环流 。 恢复高厂变的安全运行 当丰泉站内联变退出运行时 ．厂用 电母线之间 的电压差会增大． 电压幅值和电压相位差均增大 ． 厂 用电环并操作将引起较大的环流 ．造成高厂变严重 过 载 通 过计 算证 明 ， 调 节厂 内联 变和 高备变 的分 接 头不能降低高厂变电流到额定范围以内，所以当丰 泉站 内联变 退 出运行 时应避 免进 行 高压 厂用 电的环 并操作 。 4 ． 2 5 0 0 k V丰丰线检修 。 丰万线故障对系统的影响 5 0 0 k V丰丰 线路 检修 停 运前 ．投 入厂 内联 变 ． 与丰 泉站 内联 变构成 了 1个 5 0 0 k V和 2 2 0 k V的 电 磁 环 网 ． 当丰 镇发 电厂 机组全 部投 运 和部分投 运 时 ． 不会导致联变过载 当 5 0 0 k V丰丰线路检修退出运 行 后 、丰镇 发 电厂 机组 全部 投运 时 ，丰镇 发 电厂 5 号 、 6号机 组 通 过 厂 内联 变 向 2 2 0 k V 系统 送 电 ， 厂 内联变 将严 重 过载 5 0 0 k V 丰万线 发 生 3种典 型 故 障 ． 丰镇发电厂的各台机组都能保持稳定． 在故障后 暂态期间．所有机组 的机端电压都能够恢复到接近 正常水平 标 幺值在 0 ． 9 6 ～ 1 ． O 5 ， 而频率变化偏差也 保持在一 0 ． 2 ～ 0 ． 0 8 5 H z 当丰万线发生三相短路故障 时 ． 部分 2 2 0 k V线路故障电流很大 ． 可能会 引起保 护的 I 、 I I 段误动作 ．有的故障电流达到 了2倍额定 电流 ． 要 防止线 路过 负荷 引起 的其他 故 障 ， 在故 障暂 态 过 程 中部 分变压 器 过载 ． 过 负 荷达 1 ． 5 5倍 额 定 负 荷 ．建议适 当调节变 压器 分接 头或更 换更 大容 量 的 变压器． 但当故障暂态结束进入稳态后 ， 电流低于额 定 电流 ． 不 会造成 变 压器 的过载 【 参考文献】 【 1 ]李先彬． 电力系统 自动化 第四版 【 M】 ． 北京 中国电力出版 社 ， 2 0 0 4 1 6 9 ． 【 2 ]D L 7 5 5 2 0 0 l电力系统安 全稳定导则【 S 】 ． 北 京 中国电 力 出版社 ． 2 0 0 1 ． [ 3 】李光琦． 电力系统暂态分析 第二版 【 M] ． 北京 中国电力出 版社 ， 2 0 0 5 2 4 3 ． 编辑 郭 昆