基于仿真的220kV單母線過電壓分析與處理

基于仿真的220kV單母線過電壓分析與處理

金培軍

(新疆地方電力中心試驗研究所，新疆 烏魯木齊844000)

【摘要】下坂地水力發電廠地處南疆高原，遠離南疆電網電源點。下坂地水力發電廠系統反送電時220kV母線運行電壓高，因母線電壓高導致機端運行電壓偏高。為了較好地解決系統電壓高的問題，應用電力系統Matlab/Simulink仿真軟件實現了對擬投入系統設計方案的建模仿真，仿真結果能夠較好地應用于實踐。同時應用Matlab軟件對于分析系統的過渡過程、實現設計優化、預判對系統的動態沖擊、協助查找短路故障點等方面具有較好的現實應用意義。通過對系統仿真圖的分析，對后續類似問題的解決提供了可供借鑒的依據，對類似電站有一定參考價值。

【關鍵詞】線路故障；跳閘；保護；仿真分析；處理

中圖分類號：TM86

Simulation-based 220kV single bus over-voltage analysis and treatment

JIN Peijun

(XinjiangLocalPowerCenterTestInstitute,Urumqi844000,China)

Abstract:Xiabandi hydroelectric power station is located in Southern Xinjiang Plateau, which is far from Southern Xinjiang Power Grid Power Source. When reverse power transmission occurs in Xiabandi Hydroelectric Power Plant system, 220kV bus bar has high operating voltage, and machine-end operation voltage is higher due to high bus voltage. Power system Matlab/Simulink simulation software is applied for realizing modeling and simulation to the design plan of proposed system in order to better solve the problem of high voltage in the system. Simulation results can be well applied to practice. Meanwhile, the application of Matlab software has better realistic application significance in analyzing system transition process, realizing design optimization, anticipating dynamic impact on system, assisting in discovering short-circuit fault points and other aspects. Reference basis can be provided for solving subsequent similar problems through analyzing system simulation diagram, and it has certain reference value for similar power stations.

Key words: line fault; tripping; protection; simulation analysis; treatment

下坂地水力發電廠地處高寒、高海拔山區，裝機容量3×50MW，電氣主接線采用發變組單元接線，機端額定電壓10.5kV，經10.5kV母線送至額定容量為63MVA三相雙線圈無勵磁調壓升壓變壓器SSP9—63000/220的低壓側，主變高壓側送至220kV單母線。220kV單母線經由173km線路送至220kV英吉沙變電站。

1倒送電電廠220kV母線運行電壓情況

下坂地水力發電廠由電網經過輸電線路首次倒送電至220kV母線時，全線路容性無功20Mvar，坂英線下坂地側母線電壓維持在252kV。為確保機組并網，主變壓器擋位調五擋運行，10kV母線運行電壓11kV，機組長期進相運行，嚴重損壞發電機定子、電力電纜、互感器等相關設備的電氣絕緣，同時也影響到了電氣設備的使用壽命。

下坂地電廠地處帕米爾高原，設計爬電比距為：252kV下，不小于3.1cm/kV，相當程度上影響設備的長期安全穩定運行。

2反送電坂英線電壓仿真與分析

下坂地水力發電廠首臺機組并網前[1]，通過220kV對側英吉沙變電所向下坂地220kV母線反送電。為較好地還原系統運行工況，依據設備運行情況及對應參數，利用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱進行系統仿真。Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱功能非常強大，它用于電機系統、電力傳輸等過程的仿真，通過對電路圖中的信號進行穩態分析，可以較好地還原故障發展過程，能夠較好地反映過渡過程。在Simulink模式下搭建電力系統仿真圖[2]。系統仿真如圖1所示。

圖1　系統仿真圖

仿真狀態下，英吉沙變電所220kV母線電壓如下圖2所示。

圖2　反送電英吉沙變電所側220kV母線電壓仿真圖

仿真情況下，下坂地水力發電廠220kV母線電壓如圖3所示。

圖3　反送電下坂地水力發電廠側220kV母線電壓仿真圖

仿真結果顯示：長距離容性線路，在未采取補償措施的情況下，英吉沙變電所側220kV母線電壓242.4kV，下坂地電廠側220kV母線電壓249.2kV。

實際運行電壓與仿真結果吻合，南疆電網感性負荷少，英吉沙變電所通過173km線路送電至下坂地220kV母線，下坂地220kV母線實際運行電壓已達251kV，處于220kV設備運行電壓的上限。220kV設備運行電壓高導致機組運行機端電壓偏高，高原電氣設備電氣爬電比距大，長期運行將嚴重影響設備的絕緣[3]，進而影響高壓設備特別是發電機定子、高壓電纜等的使用壽命。

3機端運行電壓高解決方案

為有效解決下坂地水力發電廠特定系統條件下運行電壓高的問題，經研究決定就近采用并聯電抗器的補償原則，增加電抗器[4]吸收線路無功。

利用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱進行系統仿真，根據被研究的真實系統模型，利用計算機研究數學模型。在Simulink模式下搭建系統仿真圖如圖4所示。

圖4　下坂地電廠側電抗補償仿真圖

增加電抗器后，220kV母線電壓仿真如圖5所示。

圖5　采取電抗補償措施系統仿真電壓圖

仿真結果顯示：增加1組1萬kVar電抗器后，系統電壓維持在245.3kV左右。

實際增加電抗器后，電廠220kV母線在機組基本不進相的情況下[5]，維持在246～248kV，實際運行結果較好地印證了仿真結果。采取增加并聯電抗器后，機組基本處于滯相運行狀態，較好地保證了機組運行工況。

4建議

仿真結果與實際運行相互印證表明：實際應用系統中，設計不合理給電站的安全、穩定運行帶來較大的負面影響[6]。利用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱進行系統仿真，實現了對擬投入系統的電力系統動態過程仿真，為科學、合理決策提供了依據。同時，應用Matlab仿真軟件對于分析系統的過渡過程、實現設計優化、預判對系統的動態沖擊、協助查找短路故障點[7]等方面也具有較好的現實應用意義。

參考文獻

[1]余義華.下坂地水電站1號機組啟動試運行綜述[J].水利水電技術，2012，43(10):68.

[2]肖俊明,余義華,賈良寶,等.基于仿真的主變非完全差動保護誤動分析與處理[J].水利水電技術,2014,45(4):50-54.

[3]余義華.基于MATLAB/Simulink的GIS盆式絕緣子閃絡放電分析與處理[J].水利水電技術,2012,43(10):88.

[4]魯慶.基于MATLAB動態無功補償仿真研究[J].工業控制計算機,2010,23(12):29-30.

[5]DI Haiyan, CHEN Lingfeng. Model-building and simulation of generator transformer based on MATLAB in Tongbai Power Station[J].Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station,2012, 35 (4):16-17.

[6]吳家泉,譚昆玲,阮永平.電力系統無功補償仿真分析[J].電力電容器,2005(4):18-20.

[7]余義華. 基于Simulink的220kV高壓電纜頭閃絡放電分析與處理[J].電工技術,2014(8):17.