CN108181500B - 一种输变电设备合闸无压定值确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输变电设备合闸无压定值确定方法，将开关并联电容、母线电压互感器电容、线路耦合电容参数数据分析，得到理论值以后再搭建模型进行仿真计算，计算得到的感应电压与实际感应电压进行比较分析，本发明首次对无压定值整定开展研究，现阶段静电耦合对无压功能的整定影响一直缺乏相关研究，无压定值一直是厂家预设或者习惯性设置，没有比较科学的设置方法与设置的依据，因此这项工作对于推进自动控制无压定值设置规范化也有着比较重要的意义。

Description

一种输变电设备合闸无压定值确定方法

技术领域

本发明涉及一种合闸无压定值确定方法，尤其是涉及一种输变电设备合闸无压定值确定方法。

背景技术

随着特高压与超高压设备的建设，感应电压对测控装置操作影响越来越大，特别是母线与线路感应电压过高，容易使得无压操作失去自动控制能力，如2014-2015年在超高压南宁局500kV南宁站和500kV平果站(特点为站内串数较多)就发生6次500kV母线电压过高(近来每年500kV母线操作大概10次，近2年每年失败4-6次，成功率50％，检查汇报并解锁操作延误送电时间1-2小时)，导致开关无压合闸不成功，最后由值班人员使用解锁方式操作，如：500kV南宁站多次在#N2M母线由热备用转为运行合闸充电时，无压合闸失败，现场测控装置无压整定值30％(折算至一次电压为对地87kV左右)，测控装置采样电压远超过87kV；500kV平果站最近一次如在2014年12月07日#P1M母线由热备用转为运行时，无压合闸失败，现场测控装置无压整定值30％(根据自动控制班提供数据，电压为对地电压30％，折算至一次电压为87kV左右)，测控装置采样电压为183kV(线电压)。而在超高压变电站线路较长，感应电压较高导致500kV以及220kV线路无压合闸失败的情况也是经常发生，操作时也需要值班人员将其解锁操作，该功能的禁用无法发挥电气闭锁能力，长此以往，容易养成值班人员习惯于解锁操作母线充电时，运行电压通过各串边开关并联电容、母线对地电容(包括母线CVT电容及母线对地杂散电容)分压，故串数越多母线对地电容上分得的电压就会越高，就有可能使停电母线CVT二次电压超过开关检无压定值。由于感应电压超过检无压定值时，每次操作必须退同期合开关，这样导致开关检无压合闸功能无法投入使用。退两同期操作需要向调度申请，不但延误了操作时间，而且可能造成误操作。更为重要的是感应电压对检无压合闸功能的整定影响一直缺乏相关研究，因此同期装置无压定值一直是厂家预设或者习惯性设置，没有比较科学的设置方法与设置的依据。因此将这个问题在南宁站与平果站通过理论计算，试验分析与仿真计算，研究清楚感应电压造成的电压分布关系，并推广至分析研究其他站点的母线与线路，提出无压整定值分析建议或者测控装置技术建议。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种输变电设备合闸无压定值确定方法，其特征在于，包括：

步骤1，将开关并联电容、母线电压互感器电容、线路耦合电容参数数据分析，得到理论值，具体包括：

步骤1.1，获取母线感应电压理论值：500kV母线一次感应电压主要从两个地方感应而来：一是母线上开关转冷备用后，电压通过边开关并联电容器、母线对地电容产生；二是线路电压通过线路对母线电容、母线对地电容产生；因此需要通过理论分析估算感应电压后，再通过试验测试实际电压，进行分析比较后推荐一个贴近实际的检无压定值，为修改测控装置检无压合闸定值提供依据,虽然很多装置作为固化定值，但是可以在今后技术规范书修订时予以考虑；则母线感应电压为：

步骤1.2，获取线路感应电压理论值：500kV线路一次感应电压主要从两个地方感应而来：一是母线上开关转冷备用后，电压通过边开关并联电容器、热备用线路对地电容产生；二是线路电压通过运行线路对热备用线路电容、热备用线路对地电容产生；通过理论分析估算线路感应电压后，再通过试验测试实际两侧热备用电压，进行分析比较后推荐一个贴近实际的检无压定值，为修改测控装置检无压合闸定值提供依据；则线路感应电压为：

步骤2，搭建模型进行仿真计算，计算得到的感应电压与实际感应电压进行比较分析，模型仿真计算基于同塔双回线路进行计算，感应电压分静电感应电压和电磁感应电压；根据电磁感应现象可知,同杆并架双回线路一回正常运行,一回停运,当运行导线中流过交流电流时,在其周围将产生一个交变的电磁场,停运线路与其交链,因此会在停运线路上感应出一个沿导线方向分布的纵电势,且根据停运导线对地绝缘程度的不同而对应于不同的对地电位；

其中，一回线路的三相分别表示为A、B、C,二回线路的三相分别表示为a、b、c，C_Aa、C_Ba、C_Ca和M_Aa、M_Ba、M_Ca分别为运行线路ABC三相与检修线路a相单位长度互电容和互电感，C₀和L为检修线路a相单位程度对地电容和电感，l为线路长度，线路各相电压和电流分别为

根据检修线路两端接地刀闸的几种不同状态，对检修线路a相感应电压进行计算，具体是：

状态一：一回线路正常运行，二回线路停运且两端刀闸不接地；此时停运线路电流为0，静电感应使二回线路上产生容性感应电压，则a相容性感应电压为：

由上式可知，容性感应电压与线路电容参数有关，由于线路运行电压变化很小，因此线路电容参数一定的情况下，容性感应电压与线路运行电压成正比，而与线路长度和输送潮流无关；此时，检修线路上的感应电流为0，电磁耦合在检修线路上产生的感性感应电压为：

由上式可知，感性感应电压与线路电感参数有关，而且与运行线路电流和线路长度成正比，当停运线路两端接地刀闸均不接地时，感性感应电压比容性感应电压小很多，感应电压主要是容性感应分量；

状态二：一回线路正常运行，二回线路停运且一端接地，此时感性感性电流无通路，接地侧流过电流为容性感应电流，容性感性电流的计算式为：

此时，由于检修线路一端接地，其容性感应电压为零，但非接地侧产生感性感应电压，其计算式与(4)式相同；

状态三：一回线路正常运行，二回线路停运且两端接地刀闸都接地；此时，线路容性感应电压为零，线路中存在容性感应电流，计算式与(5)式相同，通过两端接地开关流入大地；由于线路两端接地，故感性感应电压为零，感性感应电流的计算式为：

由上式可知，感性感应电流与线路互感参数有关，而与线路输送潮流成正比，而与线路长度无关；此时，感应电流主要为感性感应电流。

本发明研究范围较广，涉及专业面宽，关键在于500kV感应电压的计算，不同的元件受到的影响不同，母线感应电压主要是各串边开关断口并联电容、线路电容与电压互感器电容的耦合，线路感应电压主要是开关并联电容、线路电压互感器电容、线路对地电容与其他线路对本线路电容的耦合。需要将开关并联电容、母线电压互感器电容、线路耦合电容参数数据分析，得到理论值以后再搭建模型进行仿真计算，计算得到的感应电压与实际感应电压进行比较分析。

因此，本发明具有如下优点：改进现有大型变电站无压合闸失败率较高的后果，确保无压设置规范合理，杜绝运行人员解锁无压合闸操作的情况发生，保住无压电气闭锁不被随意解锁操作的底线。对未来的影响主要是推进整个南方电网的无压定值设置规范化管理，对自动控制规范、专业化技术管理提供理论依据，提高设备运行规范性与培养运行人员良好的操作习惯。本发明首次对无压定值整定开展研究，现阶段静电耦合对无压功能的整定影响一直缺乏相关研究，无压定值一直是厂家预设或者习惯性设置，没有比较科学的设置方法与设置的依据，因此这项工作对于推进自动控制无压定值设置规范化也有着比较重要的意义。

附图说明

附图1是本发明的分析热备用母线感应电压的等效电路图。

附图2是本发明的分析热备用母线感应电压的简化等效电路图。

附图3是本发明的线路感应电压等效电路图。

附图4是本发明的线路感应电压简化等效电路图。

附图5是本发明的同杆双回线路示意图。

附图6是本发明的感应电压计算等效电路图(一回线路正常运行)。

附图7是本发明的感应电流计算等效电路图(一回线路正常运行，二回线路停运且一端接地)。

附图8是本发明的感应电流计算等效电路图(一回线路正常运行，二回线路停运且两端接地刀闸都接地)。

附图9是本发明的感应电压计算等效电路图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

将开关并联电容、母线电压互感器电容、线路耦合电容参数数据分析，得到理论值以后再搭建模型进行仿真计算，计算得到的感应电压与实际感应电压进行比较分析，具体阐述如下。

一、母线感应电压研究。

500kV母线一次感应电压主要从两个地方感应而来：一是母线上开关转冷备用后，电压通过边开关并联电容器、母线对地电容产生；二是线路电压通过线路对母线电容、母线对地电容产生(见图1)。因此需要通过理论分析估算感应电压后，再通过试验测试实际电压，进行分析比较后推荐一个贴近实际的检无压定值，为修改测控装置检无压合闸定值提供依据,虽然很多装置作为固化定值，但是可以在今后技术规范书修订时予以考虑。图1中符号说明如下：

Ux——系统电压

Cn1——第n串双断口开关断口一电容

Cn2——第n串双断口开关断口二电容

Cd——母线对地电容(包括母线CVT电容及母线对地杂散电容)

Cx——线路对母线电容

对图1进一步简化，则等效电路如图2所示：

可计算出母线感应电压为：

二、线路感应电压分析。

500kV线路一次感应电压主要从两个地方感应而来：一是母线上开关转冷备用后，电压通过边开关并联电容器、热备用线路对地电容产生(见图4)；二是线路电压通过运行线路对热备用线路电容、热备用线路对地电容产生。通过理论分析估算线路感应电压后，再通过试验测试实际两侧热备用电压，进行分析比较后推荐一个贴近实际的检无压定值，为修改测控装置检无压合闸定值提供依据。

可计算出线路感应电压为：

三、基于同塔双回线路模型的感应电压仿真计算。

感应电压分静电感应电压和电磁感应电压。根据电磁感应现象可知,同杆并架双回线路一回正常运行,一回停运,当运行导线中流过交流电流时,在其周围将产生一个交变的电磁场,停运线路与其交链,因此会在停运线路上感应出一个沿导线方向分布的纵电势,且根据停运导线对地绝缘程度的不同而对应于不同的对地电位。这种由于停运导线与运行导线之间的磁耦合而产生的感应电压大小决定于电流产生磁场的强弱、运行导线和停运导线之间的耦合系数,以及导线的对地绝缘程度。所以当带电导线流过故障电流时,停运导线上的磁感应电压较为突出。

其中，一回线路的三相分别表示为A、B、C,二回线路的三相分别表示为a、b、c，C_Aa、C_Ba、C_Ca和M_Aa、M_Ba、M_Ca分别为运行线路ABC三相与检修线路a相单位长度互电容和互电感，C₀和L为检修线路a相单位程度对地电容和电感，l为线路长度，线路各相电压和电流分别为

根据检修线路两端接地刀闸的几种不同状态，对检修线路a相感应电压进行分析。

(1)一回线路正常运行，二回线路停运且两端刀闸不接地。此时停运线路电流为0，静电感应使二回线路上产生容性感应电压，等效电路如图所示：

则a相容性感应电压为：

由上式可知，容性感应电压与线路电容参数有关，由于线路运行电压变化很小，因此线路电容参数一定的情况下，容性感应电压与线路运行电压成正比，而与线路长度和输送潮流无关。此时，检修线路上的感应电流为0，电磁耦合在检修线路上产生的感性感应电压为：

由上式可知，感性感应电压与线路电感参数有关，而且与运行线路电流和线路长度成正比，当停运线路两端接地刀闸均不接地时，感性感应电压比容性感应电压小很多，感应电压主要是容性感应分量。

(2)一回线路正常运行，二回线路停运且一端接地，此时感性感性电流无通路，接地侧流过电流为容性感应电流，计算电路图如图7，由图可以得到容性感性电流的计算式为：

此时，由于检修线路一端接地，其容性感应电压为零，但非接地侧产生感性感应电压，其计算式与(4)式相同。

(3)一回线路正常运行，二回线路停运且两端接地刀闸都接地。此时，线路容性感应电压为零，线路中存在容性感应电流，计算式与(5)式相同，通过两端接地开关流入大地。由于线路两端接地，故感性感应电压为零，感性感应电流计算的等值电路如图8，由图可以知道感性感应电流的计算式为：

由上式可知，感性感应电流与线路互感参数有关，而与线路输送潮流成正比，而与线路长度无关。此时，感应电流主要为感性感应电流。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种输变电设备合闸无压定值确定方法，其特征在于，包括：

步骤1，将开关并联电容、母线电压互感器电容、线路耦合电容参数数据分析，得到理论值，具体包括：

步骤1.1，获取母线感应电压理论值：500kV母线一次感应电压主要从两个地方感应而来：一是母线上开关转冷备用后，电压通过边开关并联电容、母线对地电容产生；二是线路电压通过线路对母线电容、母线对地电容产生；因此需要通过理论分析估算感应电压后，再通过试验测试实际电压，进行分析比较后推荐一个贴近实际的检无压定值，为修改测控装置检无压合闸定值提供依据；则母线感应电压为：

其中，U_X为母线电压，c_d为线路对地电容，c_x为线路对母线电容，c_b为所有边开关口等效电容；

步骤1.2，获取线路感应电压理论值：500kV线路一次感应电压从两个地方感应而来：一是母线上开关转冷备用后，电压通过边开关并联电容、热备用线路对地电容产生；二是线路电压通过运行线路对热备用线路电容、热备用线路对地电容产生；通过理论分析估算线路感应电压后，再通过试验测试实际两侧热备用电压，进行分析比较后推荐一个贴近实际的检无压定值，为修改测控装置检无压合闸定值提供依据；则线路感应电压为：

步骤2，搭建模型进行仿真计算，计算得到的感应电压与实际感应电压进行比较分析，模型仿真计算基于同塔双回线路进行计算，感应电压分静电感应电压和电磁感应电压；根据电磁感应现象可知,同杆并架双回线路一回正常运行,一回停运,当运行导线中流过交流电流时,在其周围将产生一个交变的电磁场,停运线路与其交链,因此会在停运线路上感应出一个沿导线方向分布的纵电势,且根据停运导线对地绝缘程度的不同而对应于不同的对地电位；

其中，一回线路的三相分别表示为A、B、C,二回线路的三相分别表示为a、b、c，C_Aa、C_Ba、C_Ca和M_Aa、M_Ba、M_Ca分别为运行线路ABC三相与检修线路a相单位长度互电容和互电感，C₀和L为检修线路a相单位程度对地电容和电感，l为线路长度，线路各相电压和电流分别为

根据检修线路两端接地刀闸的几种不同状态，对检修线路a相感应电压进行计算，具体是：

状态一：一回线路正常运行，二回线路停运且两端刀闸不接地；此时停运线路电流为0，静电感应使二回线路上产生容性感应电压，则a相容性感应电压为：

由上式可知，容性感应电压与线路电容参数有关，由于线路运行电压变化很小，因此线路电容参数一定的情况下，容性感应电压与线路运行电压成正比，而与线路长度和输送潮流无关；此时，检修线路上的感应电流为0，电磁耦合在检修线路上产生的感性感应电压为：

由上式可知，感性感应电压与线路电感参数有关，而且与运行线路电流和线路长度成正比，当停运线路两端接地刀闸均不接地时，感性感应电压比容性感应电压小很多，感应电压主要是容性感应分量；

状态二：一回线路正常运行，二回线路停运且一端接地，此时感性感性电流无通路，接地侧流过电流为容性感应电流，容性感性电流的计算式为：

此时，由于检修线路一端接地，其容性感应电压为零，但非接地侧产生感性感应电压，其计算式与(4)式相同；

状态三：一回线路正常运行，二回线路停运且两端接地刀闸都接地；此时，线路容性感应电压为零，线路中存在容性感应电流，计算式与(5)式相同，通过两端接地开关流入大地；由于线路两端接地，故感性感应电压为零，感性感应电流的计算式为：

由上式可知，感性感应电流与线路互感参数有关，而与线路输送潮流成正比，而与线路长度无关；此时，感应电流主要为感性感应电流。

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