基于仿真的220kV单母线过电压分析与处理

基于仿真的220kV单母线过电压分析与处理

金培军

(新疆地方电力中心试验研究所，新疆 乌鲁木齐844000)

【摘要】下坂地水力发电厂地处南疆高原，远离南疆电网电源点。下坂地水力发电厂系统反送电时220kV母线运行电压高，因母线电压高导致机端运行电压偏高。为了较好地解决系统电压高的问题，应用电力系统Matlab/Simulink仿真软件实现了对拟投入系统设计方案的建模仿真，仿真结果能够较好地应用于实践。同时应用Matlab软件对于分析系统的过渡过程、实现设计优化、预判对系统的动态冲击、协助查找短路故障点等方面具有较好的现实应用意义。通过对系统仿真图的分析，对后续类似问题的解决提供了可供借鉴的依据，对类似电站有一定参考价值。

【关键词】线路故障；跳闸；保护；仿真分析；处理

中图分类号：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

下坂地水力发电厂地处高寒、高海拔山区，装机容量3×50MW，电气主接线采用发变组单元接线，机端额定电压10.5kV，经10.5kV母线送至额定容量为63MVA三相双线圈无励磁调压升压变压器SSP9—63000/220的低压侧，主变高压侧送至220kV单母线。220kV单母线经由173km线路送至220kV英吉沙变电站。

1倒送电电厂220kV母线运行电压情况

下坂地水力发电厂由电网经过输电线路首次倒送电至220kV母线时，全线路容性无功20Mvar，坂英线下坂地侧母线电压维持在252kV。为确保机组并网，主变压器挡位调五挡运行，10kV母线运行电压11kV，机组长期进相运行，严重损坏发电机定子、电力电缆、互感器等相关设备的电气绝缘，同时也影响到了电气设备的使用寿命。

下坂地电厂地处帕米尔高原，设计爬电比距为：252kV下，不小于3.1cm/kV，相当程度上影响设备的长期安全稳定运行。

2反送电坂英线电压仿真与分析

下坂地水力发电厂首台机组并网前[1]，通过220kV对侧英吉沙变电所向下坂地220kV母线反送电。为较好地还原系统运行工况，依据设备运行情况及对应参数，利用Matlab仿真软件中的Simulink工具箱进行系统仿真。Matlab仿真软件中的Simulink工具箱功能非常强大，它用于电机系统、电力传输等过程的仿真，通过对电路图中的信号进行稳态分析，可以较好地还原故障发展过程，能够较好地反映过渡过程。在Simulink模式下搭建电力系统仿真图[2]。系统仿真如图1所示。

图1　系统仿真图

仿真状态下，英吉沙变电所220kV母线电压如下图2所示。

图2　反送电英吉沙变电所侧220kV母线电压仿真图

仿真情况下，下坂地水力发电厂220kV母线电压如图3所示。

图3　反送电下坂地水力发电厂侧220kV母线电压仿真图

仿真结果显示：长距离容性线路，在未采取补偿措施的情况下，英吉沙变电所侧220kV母线电压242.4kV，下坂地电厂侧220kV母线电压249.2kV。

实际运行电压与仿真结果吻合，南疆电网感性负荷少，英吉沙变电所通过173km线路送电至下坂地220kV母线，下坂地220kV母线实际运行电压已达251kV，处于220kV设备运行电压的上限。220kV设备运行电压高导致机组运行机端电压偏高，高原电气设备电气爬电比距大，长期运行将严重影响设备的绝缘[3]，进而影响高压设备特别是发电机定子、高压电缆等的使用寿命。

3机端运行电压高解决方案

为有效解决下坂地水力发电厂特定系统条件下运行电压高的问题，经研究决定就近采用并联电抗器的补偿原则，增加电抗器[4]吸收线路无功。

利用Matlab仿真软件中的Simulink工具箱进行系统仿真，根据被研究的真实系统模型，利用计算机研究数学模型。在Simulink模式下搭建系统仿真图如图4所示。

图4　下坂地电厂侧电抗补偿仿真图

增加电抗器后，220kV母线电压仿真如图5所示。

图5　采取电抗补偿措施系统仿真电压图

仿真结果显示：增加1组1万kVar电抗器后，系统电压维持在245.3kV左右。

实际增加电抗器后，电厂220kV母线在机组基本不进相的情况下[5]，维持在246～248kV，实际运行结果较好地印证了仿真结果。采取增加并联电抗器后，机组基本处于滞相运行状态，较好地保证了机组运行工况。

4建议

仿真结果与实际运行相互印证表明：实际应用系统中，设计不合理给电站的安全、稳定运行带来较大的负面影响[6]。利用Matlab仿真软件中的Simulink工具箱进行系统仿真，实现了对拟投入系统的电力系统动态过程仿真，为科学、合理决策提供了依据。同时，应用Matlab仿真软件对于分析系统的过渡过程、实现设计优化、预判对系统的动态冲击、协助查找短路故障点[7]等方面也具有较好的现实应用意义。

参考文献

[1]余义华.下坂地水电站1号机组启动试运行综述[J].水利水电技术，2012，43(10):68.

[2]肖俊明,余义华,贾良宝,等.基于仿真的主变非完全差动保护误动分析与处理[J].水利水电技术,2014,45(4):50-54.

[3]余义华.基于MATLAB/Simulink的GIS盆式绝缘子闪络放电分析与处理[J].水利水电技术,2012,43(10):88.

[4]鲁庆.基于MATLAB动态无功补偿仿真研究[J].工业控制计算机,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]吴家泉,谭昆玲,阮永平.电力系统无功补偿仿真分析[J].电力电容器,2005(4):18-20.

[7]余义华. 基于Simulink的220kV高压电缆头闪络放电分析与处理[J].电工技术,2014(8):17.