双电源快速切换系统仿真研究

使用ETAP仿真软件对某双电源快速切换变电所进线开关误跳和线路三相短路故障进行了仿真分析。结果表明,进线开关误跳满足快速切换的四个条件(备用母线与工作母线相位差整定值20°),三相短路故障母线残压满足母线残压切换条件,但能达到快速切换目标。在发生进线开关误跳和三相短路故障快速切换过程中,母联开关和电动机保护的冲击电流不大于电流保护整定值,快速切换装置切换成功,实现安全供电。     

双电源快速切换事件过程仿真分析

使用ETAP仿真软件对某变电所进线三相短路故障进行了双电源快速切换分析。结果表明,在发生进线三相短路故障快速切换过程中,母联开关和电动机保护的冲击电流不大于电流保护整定值,快速切换装置切换成功,仿真和实际切换过程具有一致性。但是,快速切换成功的原因并不是满足快速切换的四个条件,而是由于三相短路故障母线残压衰减快满足母线残压切换条件,但又能达到快速切换的目的。     

双电源快速切换事件过程仿真分析

使用ETAP仿真软件对某变电所进线三相短路故障进行了双电源快速切换分析.结果表明,在发生进线三相短路故障快速切换过程中,母联开关和电动机保护的冲击电流不大于电流保护整定值,快速切换装置切换成功,仿真和实际切换过程具有一致性.但是,快速切换成功的原因并不是满足快速切换的四个条件,而是由于三相短路故障母线残压衰减快,满足母线残压切换条件,但又能达到快速切换的目的.     

关于厂用电源快切装置切换判据的探讨

在分析母线残压与备用电源电压之间相位差变化的基础上,介绍了适用于厂用电源切换的理论判据,采用对相位差实时测量和预判的方法确定最佳合闸时刻。求出快速切换时最大允许相位差为63°;考虑断路器合闸时间,针对正常、事故、低压、误跳串联切换方式以及正常同时、事故同时、低压同时切换方式2种情况,分别提出了相应的快速切换理论判据。同期捕捉切换以相位差为0°时作为合闸目标,考虑断路器合闸时间,得出其理论判据。慢速切换判据只需母线残压低于设定的最大允许残压。理论分析和现场运行证明了其可行性和有效性。     

不受非同步采样影响的母线差动保护方案研究

提出了一种新的母线保护原理,该原理通过引入母线电压对现有差动判据进行等式变形得到,可有效消除电流采样非同步的影响。结合陕西电网实际工程,建立了相应的母线故障仿真模型。仿真分析了母线区内、外各种故障情况下,所提保护判据和常规母差保护的动作情况。仿真研究表明,常规母差保护判据在采样数据不同步时,存在区内故障误选相问题和区外故障误动问题;而所提方案可有效消除采样非同步的影响,区内故障保护可靠动作,区外故障可靠不动。同时,保护的定值整定原则与常规母差保护相同,无需特殊整定。     

利用电压暂态量的电压时间型馈线自动化反向合闸闭锁策略改进措施

针对电压时间型馈线自动化中基于残压工频量幅值的反向合闸闭锁判据在相间接地或三相短路低过渡电阻故障下存在失效的问题,提出了利用线电压暂态量有效值提高反向合闸闭锁判据灵敏度的措施。定义了衡量反向合闸闭锁灵敏度的残压检测系数,指出了现有判据的盲区。分析并确定了线电压暂态量有效值计算数据窗,确立了以电压互感器的精工电压作为阀值的实用化策略。PSCAD仿真和实验验证了所提策略的可行性。改进措施可减少因联络开关转供导致的对侧变电站停电次数且无需加装一次设备,所以造价低且易于工程实现。     

一起断路器不能开断的事故分析及重合闸对策

结合一起较大直流分量导致失灵保护跳闸事故,分析了双回线的两侧系统短路容量相差较大时需在一侧投入重合闸检线路侧三相有压功能,但国内的重合闸只能接入一条线路的三相电压,线线串的中间断路器重合闸存在不能有效检测故障线路三相电压的问题。目前的解决方法主要是通过纵联差动保护永跳时联跳对侧,但有些纵联差动保护还不具备联跳功能,纵联距离保护也不具备联跳功能。结合一起线线串的中间断路器保护改造,提出电压切换的方法,以实现中断路器重合闸有效检测故障线路的三相电压。     

基于最小换流母线电压的多馈入直流系统换相失败判断方法

基于最小换流母线电压的概念,提出一种以最小换流母线电压为判据快速判断多馈入直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵,利用节点电压交互作用因子,计算系统中各节点发生短路接地时换流母线电压;以最小换流母线电压为判据判断直流系统是否发生换相失败;分别分析计算多馈入直流输电系统不同子系统受短路故障影响情况。最后,对IEEE-30节点标准测试系统进行仿真计算,验证所提出的基于最小换流母线电压的多馈入直流系统换相失败判断方法的有效性和准确性。     

三相重合时序对暂态电压稳定性的影响

发现合于永久故障时三相重合闸时序对系统暂态电压稳定性有较大影响,以单负荷无穷大系统为例探讨其机理.分别在恒阻抗、恒电流和恒功率3种静态负荷模型以及感应电动机动态负荷模型下,考虑故障点位置变化,推导出交流线路从发生三相短路至三相断路器跳闸、三相重合于永久故障直到后加速三跳的整个过程中,负荷侧母线电压的解析表达式.通过比较2种重合时序下的负荷侧母线电压发现,在恒阻抗、恒电流及动态负荷模型下,由远离负荷的线路首端重合,可增大负荷侧母线电压,动态负荷模型下还可减小保护再次跳闸时的电动机转差率,有利于提高系统暂态电压稳定性;而在恒功率负荷模型下,重合时序受故障位置影响,推导出了影响重合时序的故障距离解析式.鉴于实际系统中运行方式变化,提出了离线计算与在线结合的实用三相重合时序整定策略,以提高系统暂态电压稳定性.对单负荷无穷大系统和2010年南方电网的仿真结果验证了其正确性和有效性.     

风力发电对双电源快速切换的影响

风力发电的大量接入使配电网成为有源网络,影响了快速切换装置的正确动作。以含有风力发电(永磁同步发电机组和双馈异步发电机组)的某石化厂6 kV终端变电站为例,利用电力系统分析软件包EDSA建立仿真模型,分析风力发电对快速切换装置的影响。仿真结果表明:含有永磁同步发电机组的变电站在发出的无功功率小于负载所需的无功功率时,有利于进行快速切换,而在发出的无功功率大于负荷所需的无功功率时,会出现电压升高的情况,很有可能超过设备的保护定值,需要修改现有的切换判据;含有双馈异步发电机组的变电站无论发电机组发出的有功功率大于或小于负荷所需的有功功率,均不利于进行快速切换。针对含有风力发电的变电站提出了改进的快速切换判据:对于含有永磁同步发电机组的变电站增加了现有判据中对母线电压上限的约束,对于含有双馈异步风力发电机组的变电站扩大了现有判据中对母线电压下限的约束。     

单相断路器跳闸对逆变器换相的影响

若直流受端单回交流线路单相高阻接地时逆变器未发生换相失败,此时单相断路器跳闸可能导致换相失败。首先利用对称分量法推导建立了单相断路器跳闸后的换流母线电压表达式,基于表达式分析了影响换流母线电压的主要因素,发现其与系统等效参数相关。随后研究了换流母线电压偏移角对关断角的影响机理,发现单相断路器跳闸后换流母线电压过零点前移是导致关断角减小的主要因素,严重时会诱发换相失败。最后在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件平台搭建交直流仿真模型,仿真验证了受端单回线单相断路器跳闸对逆变器换相过程的影响,仿真结果与理论分析相吻合。     

110kV变电站电压互感器烧损事故分析

某110 kV变电站一条35 kV线路L1相接地故障引起过电压,造成35 kV电压互感器三相短路,电压互感器柜着火,同时1号主变压器中压侧过流保护动作跳开351断路器,造成35 kV母线全停。通过现场调查取证,事故直接原因为线路施工人员作业时接地线挂接位置、数量不符合工作票要求。提出应加强施工人员安全教育,加强现场安全生产管理,严格落实安全生产责任制,以杜绝此类事故的再次发生。     

不同故障下串联谐振式FCL对高压断路器恢复电压的影响

为了使串联谐振式故障电流限制器(series resonance type fault current limiter,SRFCL)能在超高压电网中投入实际应用,采用电磁暂态仿真计算软件ATP-EMTP,研究分析了500 kV电网中在母联处加入串联谐振式FCL对高压断路器在开断不同短路故障时恢复电压的影响。计算结果表明:加入串联谐振式FCL后,当断路器开断出线端短路故障时,恢复电压上升率提高了18%,第一参考电压提高了2.6%。当开断近区故障时,90%额定短路电流和75%额定短路电流条件下,恢复电压起始部分的上升率分别下降了19.26%和25.6%,峰值分别下降了11.05%和15.73%。当开断母线短路故障时,串联谐振式FCL对母联上断路器恢复电压的上升率有显著的影响,加入之后恢复电压上升率比加入之前提高了13.1倍,第一参考电压提高了78.5%。在母线出现短路情况下,恢复电压上升率与第一参考电压的大幅提高将严重影响断路器的开断,在串联谐振式FCL的应用过程中需要加以考虑和解决。     

剩余电流动作断路器电路优化设计

针对剩余电流保护可靠性和安全性的广泛需求,通过分析传统剩余电流动作断路器电路的设计缺陷,提出了解决方案。该方案采用三相桥式整流电路,并将脱扣器放置在压敏电阻和整流桥之后,能有效保证断路器在三相系统中一相断电的情况下,剩余电流保护功能正常;采用以稳压管稳压电路为基础的串联型稳压电路,实现宽电压范围的工作需求;采用高性价比的晶闸管组成双晶闸管串联脱扣电路,耐压值增加1倍。设计更符合电磁兼容特性和剩余电流动作断路器可靠性和安全性的要求。     

万能式断路器保护动作值的计算分析

介绍了低压万能式断路器过载长延时、短路短延时、短路瞬时、接地故障保护动作的特性和动作设定的阀值,并对某实际工程中变压器低压侧的断路器跳闸动作的原因进行了线路系统分析和数据的推导计算.结果表明,断路器保护动作值的合理设定,能有效避免事故的扩大,并能有选择地进行级联保护,有利于电网安全、稳定、可靠地运行.     

断路器操作回路的智能化监测系统设计

为了监测断路器操作回路中跳/合闸回路、压板和保护出口接点的状态,并对其薄弱环节故障进行预警以避免断路器误动或拒动,设计了断路器操作回路的智能化监测系统。该系统改进了现有跳/合闸回路,并给出了系统中元件的选型与参数整定依据,能够实现跳/合闸回路的全工况监视和保护。为了实时监测断路器操作回路压板和保护出口接点的状态,实现压板误操作和保护出口接点故障报警,该系统采取了配合使用电感式接近开关和霍尔电压传感器的方法,并给出了传感器的具体安装位置。该系统采用单片机处理并上传传感器采集的现场信息,利用LabVIEW编写后台软件界面,能够实现实时状态显示、人机交互、历史数据存储和故障报警等功能。     

风电场110kV单回送出线主动探测式三相重合闸方法

风电场110 kV单回送出线因故障而三相跳闸后,输电线路电磁能量迅速衰减,给故障性质识别带来了很大困难,且风电场失去与系统连接后处于孤岛状态,由于功率阻滞,孤岛系统的电压、频率迅速失稳导致切机。提出利用风机变流器向送出线注入低电流实现故障性质识别的方法,在风电机组切机后,先闭合一台风机主断路器和送出线靠近风电场一侧的断路器,短时导通风机网侧变流器电力电子器件,使得其直流侧电容向交流线路放电,利用电流积分特征构造保护判据实现故障性质识别,并提出风电场110 kV单回送出线主动探测式三相自适应重合闸方案。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了故障性质识别和主动探测式重合闸方案的正确性。     

交流系统电压对MMC-HVDC接地故障时换流器闭锁前桥臂电流的影响机理

直流线路接地故障是模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的主要故障类型。发生故障时,为满足直流断路器切断电流要求,应在MMC闭锁前切除故障,而MMC的闭锁时刻取决于子模块中绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)承受故障时桥臂电流的能力,因此对故障时单桥臂电流的特性分析提出了更细致具体的要求。首先介绍了真双极MMC的拓扑结构和工作原理,分析了在发生直流线路单极接地故障时闭锁前故障电流不同成分在MMC桥臂上的流通路径。然后采用复频域计算法,构建了故障时桥臂电流的数学模型,推导了交流系统电压对MMC闭锁前桥臂短路电流的影响机理。研究表明交流系统电压相角对故障时桥臂电流的幅值影响显著。最后,基于PSCAD仿真实验平台,搭建31电平单端及51电平双端MMC-HVDC,在不同电压幅值与相角取值下的仿真结果验证了该机理的正确性。     

特高压GIL接入对断路器瞬态恢复电压的影响

特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的接入对断路器瞬态恢复电压(TRV)幅值和瞬态恢复电压上升率(RRRV)均会产生影响,可能危及断路器开断能力。文中基于同塔双回特高压交流架空线-双回GIL混合输电线路,利用EMTP-ATP仿真研究变电站内断路器端部发生三相短路故障时,GIL长度、接入位置与GIL引接站测量设备对断路器TRV幅值和RRRV的影响。仿真结果表明,GIL的接入对断路器TRV幅值和RRRV有较大影响;GIL长度增加对TRV幅值产生较大影响,但对RRRV影响较小;为了限制RRRV,应将GIL安装在架空线中段,且应安装金属氧化物避雷器 (MOV)限制TRV幅值;GIL引接站测量设备对断路器TRV幅值和RRRV影响均较小。文中研究成果可为含GIL的特高压线路中断路器的TRV计算及参数设计提供参考。