摘 要：随着电网规模日益扩大，不考虑系统暂态过程影响的传统保护整定方式已不能满足维护系统稳定运行的要求。作者以川南系统和沱江电网构成的互联电网的保护误动作为例，用EMTP进行仿真，定性和定量分析了该互联电网电磁暂态过程对联络变电站低压侧母联开关保护几次动作的影响，并着重分析故障后系统机电暂态过程，通过编程模拟互联电网故障后的功角特性，绘制功角―时间曲线(d‑t)和电流―时间曲线(i‑t)，详细分析了短路切除后互联电网的机电暂态过程对保护动作的影响，找到了误动的根本原因，并提出了对该电网保护配置的改进措施。
关键词：互联电网；电磁暂态；机电暂态；继电保护；振荡电流
1 引言
随着经济建设的发展，我国的电力工业正在迅速成长，随着三峡电厂和核电厂的建成，500kV交直流输电网的形成，我国电力系统将步入大电网、高电压、大机组时代，最终东北、华北、华东、华中、西南、华南等大区电网将互联形成全国统一的电力系统。
但在电网互联过程中，也出现了一些新的问题，比如：互联后电网结构是否合理；原有保护的整定值是否正确；保护的配置是否合理等。
在对电流保护的常规分析中，一般只对其进行简单的整定校验以及简单的短路电流计算，就能分析出保护动作的原因。但对于互联电力系统，仅按简单系统保护动作的分析方法，很难找到引起联络变电站母联开关动作的根本原因。因此，必须考虑互联系统的特征以及故障发生后互联系统状态的变化如系统振荡来分析保护动作的原因。在分析中，重点应集中于分析互联系统发生故障后，系统的电磁暂态过程和机电暂态过程，特别是系统的机电暂态过程对保护的影响。
2 互联电网的结构及保护动作描述
2.1 互联电网的基本结构
本文以川南系统与沱江电网构成的互联电网为例，详细分析互联电网联络变电站母联开关保护动作的根本原因，系统等值网络如图1所示。
其中，川南系统是国家电网，沱江电网为地方小电网，110kV鸡石湾变电站是川南系统与沱江电网之间的联络变电站。沱江电网装机约为20MW，供电范围涉及资阳、乐正二县，用电高峰可达30MW，也就是说，用电高峰时，川南系统须经110kV鸡石湾变电站35kV出线鸡矮线向其送10MW的负荷。沱江电网机组均为水轮机组，该网用电负荷大部分为异步电动机，约占70%。
2.2 互联电网的各序等值网络
2.2.1系统正序等值网络
采用近似计算法，取SB＝10MVA，UB＝Uav作为基准值，计算各元件（发电机、变压器、输电线路）的正序、负序和零序参数，其中同步发电机的负序电抗约等于正序电抗，零序电抗取为(0.15-0.6)
；变压器的正、负和零序参数近似相同；输电线路的负序参数近似取为正序参数的值，零序参数近似取3.5x1。画出正序和零序等值电，并对其进行化简，得出下面的等值网络，如图2所示。
图2中x1=0.1151，x2=0.0124，x3=0.0175，x4=0.1255，x5=0.2。假设短路点在鸡氮线末端，忽略负荷对短路电流的影响，可求得系统对短路点的正序等值阻抗XfΣ(1)=0.08024，而XfΣ(2)=XfΣ(1)=0.08024，并假设短路点的开路电压
。负序等值网络同正序。
2.2.2 系统零序等值网络
系统零序等值网络如图3所示，其中x1=0.1189，x2=0.07543，x3=0.1076。假设短路点在鸡氮线末端，根据上图，可求得系统对短路点的零序等值阻抗XfΣ(0)=0.1076。
有了系统对短路点的正序、负序和零序等值电抗以及短路点的开路电压，就可以求出短路点发生各种短路故障时的短路电流。
（1）最大运行方式下鸡氮线末端三相短路时的最大短路电流，设短路点的开路电压为
=1.0∠0º，则可求得短路电流标幺值为
35kV电压等级下电流的基准值为
0.156(kA)，所以短路电流为If =1.9442 (kA)。
（2）最小运行方式下鸡氮线末端两相短路时的最小短路电流
所以短路电流为If =1.2204(kA)。
由上可知，鸡氮线末端发生故障后，流过鸡氮线311号开关的短路电流界于1.2204kA和1.9442kA之间，下面将根据鸡氮线311号开关保护的整定值，分析其动作。
2.3 联络变电站低压侧出线保护配置情况
主要考虑110kV鸡石湾变电站35kV母线母联300号开关保护以及与其互相配合的各开关保护的配置情况。开关电流保护包括两个部分：整定值和动作时限，任何一个保护都必须考虑整定值和动作时限与其它开关的配合。下面列出相关开关保护的配置情况。
（1）110kV鸡石湾变电站2号主变35kV侧复合闭锁方向过流保护(也是35kV母联分段开关300号的保护)：700A/3.5A，V1＝70V，V2＝6V，2s跳35kV侧302号开关，1.5s跳35kV 300号母联分段开关，方向指向母线。
（2）鸡氮线311号开关保护： I 段：3120A，1740V； III 段：200A，1s，ZCH (重合闸时间)0.8s。
（3）鸡矮线312号开关保护： I 段：3540A，13610V； III 段：300A，1s，方向指向线路，检无压(18V)，20°，1s。
动作过程：资阳氮肥厂35kV避雷器支柱瓷瓶A,B,C三相短路，引起110kV鸡石湾变电站35kV鸡氮线311号开关过流保护在t=1.0s动作跳闸，重合不成功，而2号主变35kV总路300号开关复合电压闭锁过流保护1.5s跳35kV母联300号开关。
2.4 保护的整定值校验
对以上保护整定值进行校验，可知沱江电网保护整定值和动作时限均满足“四性”的要求。故当线路发生故障后保护应能正确的动作，但实际情况却并非如此。由此可见仅对互联系统发生故障后的故障网络进行简单的稳态分析，是不能找到保护动作的根本原因的，这是由于互联电网发生故障后，地方电网与大电网之间发生了系统状态量的变化，例如由机电暂态过程引起的系统振荡等，使保护动作。
3 互联电网电磁暂态过程对保护的影响
要研究发生故障时系统的电磁暂态过程对保护的影响，就要分析系统从正常(稳态)运行状态下，因发生各种故障而过渡到不正常(暂态)运行状态时，系统中电流、电压在这期间的变化。本文应用EMTP对系统的电磁暂态过程进行仿真，分析其对保护的影响。根据EMTP的要求，对故障网络进行等值。当电压不高，线路较短时，可忽略线路的对地电容，并对有相同运行特征的发电机进行等效合并。在故障点处设一组开关，用开关的闭合来模拟三相短路故障。EMTP等值电路如图4所示。
用开关闭合来模拟系统中鸡氮线发生三相短路接地，即t=0.00s是开关组闭合，用开关组在t=1.0s断开模拟鸡氮线311号开关过流保护在t=1.0s动作跳闸，用EMTP对此后系统的电磁暂态过程进行仿真和计算。忽略系统负荷的影响，得出母联开关300号以及311号开关流过的短路电流波形如图5所示。
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