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探讨黑启动过程中继电保护遇到的新问题

时间:2015-11-18  作者:郭森华

摘要:本文介绍了当一个庞大的电力系统发生崩溃后系统的恢复过程,从安全的角度出发,有必要制定地方性的黑启动计划,而在220kV及以上电压等级的电网中,输电线路的主保护为各种不同原理的纵联保护,并以零序电流和距离保护作为后备保护。黑启动过程中,线路保护会遇到一些特殊的问题。
论文关键词:黑启动,系统瘫痪,系统恢复,继电保护,零序电流保护

所谓黑启动(Black-start),是指整个系统因故障停运后,不依赖别的网络的帮助,通过系统中具有自起动能力机组的起动,带动无起动能力的机组,逐渐扩大系统恢复范围,最终实现整个系统的恢复。

随着电力建设和电力市场的发展,电力系统的安全及稳定运行的越发重要。而因为技术、管理,及电力系统的扩大等因素,使电力系统发生灾变的可能性相当大。当系统全停后得不到迅速的恢复,就会造成严重的损失。局部电网的某些个别问题,若处理不当其影响将波及邻近的广大地域,并可能引发恶性连锁反应,最终酿成大面积停电的重大系统故障。如1977年8月的东京地区的停电;1996年美国西部电网连续两次发生大面积停电事故;1996年8月3日马来西亚国家电网发生全国性大面积停电事故;2003年8月14日美国加拿大地区大面积停电。在当时环境条件下,无任何黑启动措施使得停电时间延长,造成国民经济严重损失。

2.黑启动过程中继电保护遇到的新问题

在220kV及以上电压等级的电网中,输电线路的主保护为各种不同原理的纵联保护,并以零序电流和距离保护作为后备保护。黑启动过程中,线路保护会遇到一些特殊的问题,现分析如下:

在黑启动的过程中,系统的容量和规模是逐步扩大的。黑启动初期,系统只是一个很小的孤立系统,运行方式也会随着黑启动的进行变化,主要经过以下3个运行方式:

1) 单侧电源带空载串联长线运行;

2) 单侧电源经串联线路带被启动机组的厂用负荷运行;

3) 通过串联线路相连的双侧电源方式。

黑启动的过程中,系统的容量很小,短路水平远不如正常系统;特别是在单电源的运行方式下,作为高压输电线路的主保护-纵联方向保护在发生故障时难以保障区内故障时的可靠性,因此必须合理整定零序电流和距离保护以适应黑启动的要求。为保证黑启动的顺利实施,避免在黑启动过程中发生故障时由于保护拒动的原因而造成电力设备的损害,继电保护的方案必须经重新计算校验,以满足黑启动过程中电力设备的安全需要。

3.算例的分析

出于简化保护配置的考虑,可以将AB,BC,CD三段线路作为一条长线路来考虑整定。继电保护主要重新整定QF1处的保护定值。所以在设计程序的时候主要考虑的是QF1随着系统的运行方式变化而相应地改变其保护的整定值。

零序电流保护 图1 系统接线图

已知参数:UB=220KV SB=1000MVA ST3=100MVA

G1:XG1=0.296

G2:XG2=0.13143

T1:XT1(1)=XT1(2)= XT1(0)=0.2462

T2:XT2(1)=XT2(2)=XT2(0)=0.0664

TB:XTB(1)=XTB(2)=XTB(0)=1.0

L1:XL1(1)=XL1(2)=0.2537 XL1(0)=0.8106

L2:XL2(1)=XL2(2)=0.1441 XL2(0)=0.4333

L3:XL3(1)=XL3(2)=0.133 XL3(0)=0.4732

3.1分析黑启动过程的运行方式

在上述的系统接线图1中,G1是起动电源,通过由三段输电线组成的长输电线送起动功率至机组G2,这是一个很典型的黑启动方案。从G1开始给输电线路充电到G2恢复发电运行,整个黑启动过程大概可以分为以下三个阶段:

(1) QF0,QF1,QF2闭合,QF3,QF4断开,G1只带着由L1,L2,L3组成的输电线路运行。自启动机组发出的启动功率需经超高压输电线路送出,线路空载充电会释放大量的无功功率,因此要求启动动机组G1具有吸收无功功率的能力。

继电保护图2 运行方式一

(2) QF4也闭合,备用变压器投入运行,即由G1,输电线路,T3组成的系统。备用变压器投入运行,为被启动机组G2提供厂用电。

黑启动图3 运行方式二

(3) QF3闭合,G2得到G1的启动功率后逐步恢复运行,然后经准同期并列,由单电源的小系统变成双电源的系统。

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