发电厂220kV母线电压的控制分析
220kV变电站运行操作中的过电压分析与防范措施
220kV 变电站运行操作中的过电压分析与防范措施发布时间：2022-01-05T06:38:38.554Z 来源：《中国科技人才》2021年第21期作者：吕天贵[导读] 电网的的迅猛发展对电气运行的各个环节都提出了严格要求，因此要避免和防止 220kV 变电站运行操作过程中发生过电压情况。
通过对投切空载变压器、分合空载母线两种典型操作的分析，从原理上阐述了空载变压器操作过电压和母线系统谐振过电压的产生原因,并且提出了相应的防范措施。
广西华银铝业有限公司广西百色 533700摘要： 220kV 变电站是电力网络中的重要环节，变电站在运行过程中有时会发生谐振过电压或者操作过电压等状况，会对电网设备和供电可靠性造成很大影响。
因此，要认真分析变电站运行过程中过电压的产生原理及防范与抑制措施，以维护电网的安全稳定运行。
关键字： 220kV 变电站；过电压；防范措施引言电网的的迅猛发展对电气运行的各个环节都提出了严格要求，因此要避免和防止 220kV 变电站运行操作过程中发生过电压情况。
通过对投切空载变压器、分合空载母线两种典型操作的分析，从原理上阐述了空载变压器操作过电压和母线系统谐振过电压的产生原因,并且提出了相应的防范措施。
1 变电站的过电压现象及原因变电站过电压主要是指变电站在运行过程中突然出现电位升高或降低，引起电位差变化不稳定，从而导致电压异常的现象，这将会对设备安全和电网稳定运行带来很大影响。
通常将变电站过电压现象分为两种类型：操作过电压和谐振过电压。
这两种过的发生原因和危害程度都不相同。
所谓的操作过电压就是因为工作人员操作不当而引起的变电站回路异常导致的电压不稳定，电压出现突然增大或减小的情况。
一般情况下操作过电压持续的时间较短，呈现不稳定性。
谐振过电压是指故障所形成回路自振、非线性设备的饱和、参数周期性变化等引起的非线性谐振所产生的过电压。
谐振过电压是一种稳态现象，持续时间较长，直到出现打破这种平衡的外在条件。
220kV 变电站运行过程中的过电压分析
220kV 变电站运行过程中的过电压分析摘要：操作过电压及谐振过电压是220kV变电运行中较为常见的过电压现象，其对设备与工作人员的危害是比较大的。
根据过电压产生的原因与条件，可以通过一定的技术手段从根本上消除过电压现象，当然也可以通过规范现场操作来规避过电压现象的产生。
关键词：过电压；变压器；谐振过电压；控制技术一、220kV 变电站变电运行过电压产生的原理1 空载变压器操作过电压产生的原理220kV 主变的高压绕组有电源进线，而低压绕组开路的运行状态被称为空载运行。
在220kV 主变空载运行过程中，其高压绕组中会存在值较小的空载电流。
若切除空载的 220kV主变，在较小的空载电流的作用下，断路器将出现较为强烈的游离现象，且很容易出现强制熄弧，这种现象被称为截流。
截流现象会在 220kV 主变上产生过电压，即空载变压器操作过电压。
2母线系统谐振过电压产生的原理在 220kV 变电站进行分闸操作或发生故障的暂态过程中，220kV 主变以及PT 等电感线圈的铁芯发生了饱和，从而满足了谐振条件，这是产生谐振过电压的根本原因。
母线系统的谐振过电压又可分为串联谐振和并联谐振两种。
由于在 220kV变电站中有小电流接地系统、大电流接地系统以及中性点不接地系统等多个系统，在变电运行操作过程中，只要 PT 铁芯的非线性电感有足够大的变化，就将有可能发生串联谐振或并联谐振，并导致谐振过电压产生。
其表现形式为 PT 发生异响、母线电压单相或两相有抬升、PT 开口三角形电压有抬升等。
谐振过电压将有可能击穿系统绝缘，还有可能导致母线 PT 因过电流而被烧毁等。
二、空载变压器操作过电压的防范措施由于切除空载 220kV 主变必将引发截流现象，并进而导致操作过电压的产生，所以只能通过减小 220kV 主变的空载电流、减小主变高压绕组的电感以及增加主变的寄生电容等手段来削弱截流现象。
1 改善 220kV 主变铁芯可以通过改善 220kV 主变铁芯来降低高压绕组的空载电流。
(论文)220kV变电站母线失压及处理
220 kV变电站母线失压及处理在变电站中，母线一般不会出现故障问题，但是有很多其他的故障会跨越至母线级，由母线保护动作切除，这也意味着母线在变电站中占据了非常重要的部分。
当变电站中出现母线级故障时，尤其是在枢纽变电站中，不仅会引发故障母线上的出线停电情况，同时也会对电网的稳定性造成一定的影响，埋下安全隐患。
本文以某220 kV变电站为例，对可能导致母线失压的情况进行了分析，旨在提高变电站工作的稳定性，加强工作中的防范意识。
1 运行方式运行方式，如图1所示。
2 母线保护装置2.1 220 kV母线保护装置在该变电站中，采用的220 kV母线危机保护装置属于RCS-915和BP-2B型保护装置。
在RCS-915保护装置中，具有多种母线保护功能，例如母线差动保护、母联充电保护、母联死区保护等等，在BP-2B保护装置中，有母线差动保护、母联失灵保护、开关失灵保护出口等等。
2.2 110 kV和35 kV母线保护装置在该变电站中，并未针对110 kV和35 kV的母线设置专门的保护装置。
当该母线出现问题时，由主变的中后备保护动作切除故障。
3 母线保护原理各个开关的CT以及母线的所有一次设备，例如开关CT、开关、母线侧隔离刀闸等等，都在母差保护的范围中。
母线差动保护中的差动回路分成两部分：大差回路和小差回路。
在双母保护中，大差的主要作用是作为气动元件，对区域内是否有故障进行判断，保护的主要对象是两条母线[1];小差的作用是作为选择元件，对故障所在的母线区域进行判断，保护的对象是一条母线以及母联CT之间的区域。
小差动作是在第一个时限中跳开母联开关，在第二个时限中跳开母线的所有开关;大差动作是在同一个时限中将故障母线上的开关全部跳开，不判断设备所在的母线。
当双母正常运行时，一般采用的是小差回路，这样的保护选择性更强;而在倒母过程中，大多采用的是大差保护，这样可以有效避免操作并列刀闸时可能出现的误动。
母差死区保护的原理为：当母线处于并列运行的状态时，如果故障发生的区域是母联开关或母联CT时候，开关侧母线段刀闸在跳开时无法排除这类故障，同时CT段的小差元件也无法排除，这种情况被称作死区故障。
浅析220kV母线保护(正式版)
尽量照顾局部电网和下级电网的需要
3、上、下级(包括同级和上一级及下一级电力系统)继电保护之间的整定，一般应遵 循逐级配合的原则，满足选择性的要求：即当下一级线路或元件故障时，故障线路 或元件的继电保护整定值必须在灵敏度和动作时间上均与上一级线路或元件的继电 保护整定值相互配合，以保证电网发生故障时有选择性地切除故障。
同名端：对于南瑞母线保护装置，母联同名端固定指向Ⅰ母，这是一定要注意的 母差保护分为大差和小差 保护装置规定：以流入母线电流为正方向，对于南瑞保护，母联电流注入I母为正，四方 相反 大差构成：除母联开关外，所有支路电流所构成的差动回路，以本厂为例， 大差构成范围为： I大差=线1+线2+线3+主1+主2+主3+主4（矢量和）
思考 ：什么是最大运行方式？为什么该种情况下是最大运行方式？
系统运行方式
最小运 行方式
最小运行方式指全网全接线， 开机小方式， 同时考虑变压器和线路的 轮断。500kV 电厂各开一台机，500kV 变电站只运行一台变压器。 220kV 系统各发电厂、 变电站最小运行方式为各 220kV 发电厂开一台 机， 变压器中性点直接接地台数最少， 各变电站都仅有一台变压器中 性点直接接地， 110kV 及以下系统归算至 220kV 系统的正序、 零序阻 抗为最小运行方式阻抗。 500kV、 220kV线路按照最新四川电网 500kV、 220kV 电磁环网解环运行方式投入运行。
220kV变电站35kV母线电压不平衡分析
220kV变电站35kV母线电压不平衡分析摘要：中性点经消弧线圈接地系统，因一次系统部分回路的切除或新增等运行方式改变可能导致母线电压不平衡加剧，电压不平衡对电动机、发电机及电网本身的稳定运行会产生影响，同时也会增大输电线路的损耗。
基于此，本篇文章对220kV变电站35kV母线电压不平衡进行研究，以供参考。
关键词：220kV变电站；35kV母线；电压不平衡分析.引言在实际的电力系统中，单相负荷的投切、输电线路参数的不平衡、三相负载配电不平衡、非对称电网故障等，都会使得三相电网电压不平衡，此时如仍采用电网电压平衡时的控制策略，并网电流将发生畸变，系统无法安全稳定并网运行。
为此不少学者进行了这方面的研究。
在静止坐标系中对正、负序电流进行无差控制，但实现起来比较困难，整体参数设计环节较为复杂；通过参考电流计算得出电流环正、负序参考值，将正、负序分量的控制信号相加进行控制，但控制结构复杂，且控制精度有限。
本文在220kV变电站35kV母线电压不平衡基础上，研究电网电压不平衡条件下控制策略。
1220kV变电站的特点220kV变电站具有预防性、交互性、高集成度和低能耗性。
（1）220kV变电站设备能够对变电站存在的安全风险进行预防、报警等处理，减少因安全事故处理不及时带来的损失。
（2）220kV变电站具有可交互性，能够对各种信息进行收集和处理，从而实现与电网其他设备的相互交互，保证电网的安全运行。
（3）220kV变电站具有高集成度。
220kV变电站系统能够使电子电工技术、计算机技术、信息化技术、网络控制技术和自动化技术等，实现集中控制、管理等高级观念，而且兼容了微网技术及虚拟电厂，通过利用虚拟平台对各种技术进行集成，实现对多种技术的利用，从而能够保证变电站安全、稳定工作。
（4）220kV变电站采用低功耗、低碳环保等特性的电子元器件，对能源的需求较低，而且有利于保护环境。
因此，220kV变电站具有低能耗。
变电站运维管理的必要性:第一，变电站辅助系统联动性较差。
220kV双母线接线电压切换分析
文献标 识码 ：Ｂ
可 靠 安 全
文 章编号 ：１ ０ ７ ４ （ ０ ０ ４－ ０ ０－ ３ ０ ６— ３ ５ ２ １ ）０ ０ ５ ０
中图分 类号 ：Ｔ ７ Ｍ３
１ 前
言
辅助 接 点 （ 闭 ） 复 归 ；当 １ Ｑ 常 Ｙ Ｊ动 作 时 ，第 一
组母线 的 电 压 互 感 器 １Ｔ 的 二 次 电压 经 闭 合 的 Ｐ
置 的 Ｆ Ｘ一 ２ Ｐ型分相 操作箱 为例进 行论述 。 Ｃ １Ｈ
２ 操 作箱 工 作 原理
１ ）操作 箱 的 原 理 接 线 符 合 规 程 规 定 ，主要
是对 断路 器进 行辅 助 操 作 ，监 视 其运 行 状 态 。进 行 电压 互感器 输 出 交 流 电压 的切换 ，并 实 现保 护 装置 与断路器 的联 系和配合 。
２ Ｑ ４ Ｙ Ｊ 、２ Ｑ ６ Ｙ Ｊ 、２ Ｑ ８ 双 位 继 Ｙ Ｊ 、２ Ｑ ５ Ｙ Ｊ 、２ Ｑ ７ Ｙ Ｊ
路 直流 电源正 常 时 第 三 路直 流 电源 由第 一路 直
流 电源提供 ；当第 一路 直 流 电源 消 失 时 ， 由电源 切 换继 电器 １Ｊ 第 三 路 直 流 电源 切 换 至 第 二 路 Ｊ将
发电厂自动电压控制系统(AVC)的应用分析
发电厂自动电压控制系统（AVC）的应用分析文摘:随着自动化技术的快速发展，电力部门也采用了自动化电力生产设备，能够满足人民的用电需求。
伴随着超高电压的产生，电压不仅是电网质量的标准之一，同时也是实现高质量用电安全的重要方面。
所以，自动电压控制系统就成为了电力部门控制电压的重要设备。
关键词:电厂；自动化实施；自动电压控制系统自动电压控制（Auto Voltage Control）是指利用计算机系统、通信网络和可调控设备，根据电网实时运行工况在线计算控制策略，自动闭环控制无功和电压调节设备，以实现合理的无功、电压分布。
1原有的电压管理模式及存在弊端传统发电厂的电压考核管理方式主要是调度中心按照用电高峰、低谷等不同时段来控制电压范围，按照不同季度下达电压指标，电厂则根据曲线的需求实行二十四小时监控，实现电压输出，进而维持电压在规定的范围内，这种管理方式在当初获得了很好的效果，但是随着社会经济的变化，电网结构也发生了很大变化，这种电压管理方式的很多问题也被暴露出来，影响了电力企业的发展。
具体的问题如下：一是供电参考的电压曲线是在离线的情况下确定的，不能够真实地反映出电网实时状态，那么根据离线曲线来调整电压则会造成很多问题，甚至出现安全隐患。
二是电压设备运行人员并不能够实时地监控电压情况，而且调整是由人工完成的，强度比较大，而且人的主观判断和实际需要还存在着差异，调整的时候也不能够做到准确无误。
三是电厂之间无功调节对电压的影响很大，调节的时候容易造成结果出入，导致电网输出不经济。
这些问题的存在都会对电网的安全运行造成威胁，甚至对电网造成损害。
2 发电厂自动电压调控的实现原理电压自动控制系统主要就是从全局的角度出发，对电网无功电压以及无功功率进行控制，进而实现电厂的电压和功率的自动化调节。
该系统每隔五分钟就会对电网内部的机组下发调整命令，电厂的中控单元则会根据电压的调整量计算出无功功率的目标值，进而实现合理化分配电机组的目标，通过对各种约束条件的分析，计算出脉冲的控制区域并把指令发到该系统的终端上，执行终端输出的信号，进而实现自动调节电网的无功功率以及电压，能够保证电压满足电网供电输出的需要。
并网发电厂母线电压合格率规定
并网发电厂母线电压合格率规定
对并网发电厂的母线电压曲线合格率进行考核：
（一）并网发电厂的母线电压曲线越限时间统计为不合格时间；合格时间与机组并网运行时间的百分比统计为电压合格率。
发电厂母线电压曲线合格范围规定为：
1、500kV母线较高电压不得超过系统额定电压的10%，较低电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。
2、220kV母线较高电压不得超过系统额定电压的10%，较低电压不应低于系统额定电压。
3、110kV 母线较高电压不得超过系统额定电压的7%，较低电压不得低于系统额定电压的3%。
特殊运行方式下的电压曲线合格范围由调度机构确定。
（二）电压合格率以99.9%为基准，每降低0.1个百分点，按当月机组发电量的0.1%统计为电压曲线考核电量；
（三）机组励磁系统性能包括进相能力达不到《并网发电厂的机组励磁系统技术要求》规定的机组，期间所发生电压曲线考核电量按上款2倍计算；
（四）若并网发电厂已经达到较大无功调节能力，但母
线电压仍然不合格，该时段免于考核。
（五）全厂停电期间，免于考核。
（六）当月电压曲线考核电量较大不超过当月机组发电量的0.5%。
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2005 第十届全国保护和控制学术研讨会
发电厂220kV母线电压的控制分析
蔡光德
（江苏省太仓港环保发电有限公司，江苏太仓 215433）
摘要：本文以控制电厂220kV母线电压在调度允许的合格范围为目的，通过分析计算，合理选
取主变分接开关及高厂变、低厂变分接开关，最大限度发挥机组的无功调节能力。
在高峰负荷
时段，即使系统电压低于合格水平，机组能按机组最大无功出力进行调节；在低谷时母线电压
高又能深度进相运行；同时能保证厂用电电压水平在允许范围。
关键词：变压器；分接开关；电压；发电机进相
1 系统现状与存在问题
电力系统无功电压问题是一项复杂的系统工程，系统调度对无功功率的调整既要考虑系统电网无功总量的平衡，还要考虑无功功率的分层、分区平衡，合理制定保证电网电压水平的运行方式，合理安排主变电压分接位置，其目的能保证电网各处电压控制在合格范围内。
作为并网电厂，220kV母线为电压考核点，则应根据电网调度部门下达控制母线电压指标，严格执行无功电压考核细则并采取相应措施，确保母线电压在合格范围内。
目前电厂主变压器分接开关位置由调度下达，其分接开关位置选取的不合理导致电厂处于两难境地，电厂主变压器不同于变电站主变压器，因为电厂主变压器分接开关位置要涉及到与发电机电压有关保护以及厂用电电压等等问题。
某电厂主变运行分接头调度下达在242kV/20kV，机端电压在19.5kV附近运行，为保证6kV电压不至于太低，又将高厂变分接开关调整为20-1*2.5%/6.3kV档位。
这样对与发电机机端电压有关的保护极为不利。
如过电压保护，过励磁保护和机端电压有关的逆无功式失磁保护等。
这些保护用的机端电压是以额定电压为基准的；过电压保护无形中将保护动作定值提高；逆无功式失磁保护中机端低电压值较整定定值提高，这些因主变分接头位置可能影响保护动作的正确性，不能不引起调度部门注意。
同时，主变压器分接开关位置不合理导致机组在电压调整、控制无功出力能力方面很有限，只是满足当前母线控制电压进行小范围的、有限的调整；当系统出现异常，诸如高峰负荷时段母线电压低；低谷负荷时段电压高的问题时，需要发电机有大量无功（包括滞相、进相）支持时，往往顾此失彼，系统内大部分机组将因为厂用电压问题以及与电压有关的保护问题，机组将不能按照调度下达的电压考核指标进行无功调节或达到调度要求的力率考核要求。
2 主变分接开关的选取
国家电网生[2004]435号《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》：为了保证系统具有足够的事故备用无功容量和调压能力,并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.85(滞相) ～0.97(进相)运行的能力,新建机组应满足进相0.95运行的能力。
对300MW机组来说，满负荷时，要求无功在186MVAR~ -98MVAR内调整。
以系统调度下达某电厂220kV母线为例，高峰负荷电压要求控制在226～233kV；低谷负荷电压要求
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蔡光德发电厂区20kV母线电压的控制分析
控制在222～229kV。
在正常情况下，发电机组不会在上述两种情况下运行。
无功186MVAR（滞相）对应的运行工况为高峰负荷时系统电压低，通过多发无功提高母线电压，以期达到要求控制在226～233kV的下限值226kV；进相-98MVAR无功则是低谷负荷时，母线电压高，通过进相吸收无功，以期达到要求控制在222～229kV上限值229kV。
以上为满负荷时的两种极端情况。
根据国家标准规定，绕组电阻应折算到75℃时的数据。
R75=R19（234.5+75）/（234.5+19）=0.22
R19=0.1766 Ω
主变高压侧19℃电阻折算至75℃电阻
X=21.12Ω
主变压器端电压U=UM+（PR+QX）/U
UMAX=226+（300*0.22+186*21.12）/ UMAX UMAX=242.47 kV
UMIN=229+（300*0.22-98*21.12）/ UMIN UMIN=220 kV
UM为220 kV母线电压，UMAX 、UMIN为220 kV母线电压上下限值。
从以上可看出，300MW有功造成的压降0.28kV，对变压器压降影响不大；对有功小于300MW，机组无功可按力率调整、也可按发电机功率圆图带无功，最大工况与以上两种极端情况相当，因此UMAX 、UMIN 值具有代表性，能反映各种工况主变压器端电压的范围。
从主变压器端电压242.47～220 kV的范围，确定主变压器分接开关在236/20 kV较理想。
发电机机端电压变化范围：20kV*（242.47～220 kV）/236 kV =20.55～18.64 kV
高厂变分接开关：按20 kV /6.3 kV选取，厂用电率按国内同类型机组的平均水平 5.54%，即有功16.62MW ，cosΨ为0.8～0.85考虑，Uk=16%，ΔU=ß*sinΨ*Uk%=3.2%。
6 kV母线电压：6.3 kV *(（20.55～18.64 kV）/20kV-ΔU) =6.27～5.6
7 kV
低厂变分接开关：6KV厂用变压器按暗备用考虑，变压器负荷率ß为1/3左右，功率因数cosΨ为0.8～0.85，百分电抗Uk为4～10%，按10%计算，变压器内部压降ΔU=ß*sinΨ*Uk%=2%～2.5%。
照明变按6.3kV/400，严格控制照明负荷电压上限值，不得超过+5%，即400V。
其他按6.15 kV /400，380V电机额定出力电压允许范围+10%～-5%，即418～361V，考虑到其他单相负荷对电压要求较严格，将400V母线电压控制在410～370V更合理，实际400V母线电压400*((6.27~ 5.67 kV)/6.15-ΔU)=400～360V，基本能满足各种负荷的要求。
这就需要选择主变分接开关位置以及高厂变、低厂变的分接开关位置以确保在各种方式下满足现场要求，尤其是6KV、400V母线电压在允许范围内。
3 发电机机端电压的确定
发电机机端电压由于受变压器的运行电压一般不应高于该运行分接额定电压的105%和发电机机端过励磁等有关保护限制，其上限电压为发电机额定电压20 kV的 105%，即21 kV。
最低运行电压应根据稳定运行的要求来确定，不应低于额定值的90%。
发电机运行电压的变动范围在额定电压的±5%以内而功率为额定值时，其额定容量不变。
因此，发电机在任何情况下（包括异常运行），机端电压均应控制在21 kV～ 18 kV之间，在正常运行方式下，将220 kV母线电压控制在合格范围时，机端电压20.55～ 18.64 kV，能满足现场实际需要，
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2005 第十届全国保护和控制学术研讨会
主变压器高压分接开关选取236kV是理想的。
4 制约发电机进相运行的主要因素
发电机进相运行是通过发电机组从系统吸收无功功率，达到调整母线电压的一种运行方式。
因发电机组进相运行时可能会造成发电机端部温度升高、厂用母线电压下降，甚至影响电力系统稳定等问题，造成认识上的误区，长期以来发电机组进相运行被视为非正常运行方式。
制约发电机进相运行的主要因素：
(1)系统稳定的限制;(2) 发电机定子端部结构件温度的限制;(3) 定子电流的限制;(4) 厂用电电压的限制;(5)氢气压力
由于发电机制造厂按国家规程规范进行设计和制造，具备规定的运行进相能力，发电机定子端部结构件温度的限制和定子电流的限制在制造上均作考虑，能够满足《关于发电厂并网运行管理的意见》发电机应具备进相运行能力。
国内同类型300MW机组进相运行时，因发电机端部漏磁通造成定子端部铁心、压指等局部温升均得到有效控制，运行情况良好。
随着电力的发展、电网结构的加强，发电机组与电力系统联系更加紧密，发电机的静态稳定不再成为进相运行的限制首要条件，只是在与系统联系弱的发电机组影响发电机的进相深度。
但电厂应按规定进行发电机进相试验，在发电机允许运行条件下，进相深度应满足电网安全运行的需要。
发电机的发电力率可调范围为额定值至调度机构核定的进相运行限额值。
厂用6KV和400V电压按正常滞相方式考虑，在进相尤其是深度进相时，厂用电电压偏低成为制约发电机进相运行的瓶颈。
5 结论
主变压器的分接开关位置对电厂进相运行、发电机有关保护影响很大；同时对厂用电电压有一定的影响，合理选取相当重要。
低压厂用变分接开关位置选取得当，对进相运行时低压系统有相当的调节作用。
参考文献
1 电力系统电压和无功电力管理条例[S] （1988）18号
2 电力系统技术导则（试行）
3 电力系统电压和无功电力技术导则（试行）
4 电力系统电压质量和无功电力管理规定（试行）1993
5 《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》国家电网生[2004]435号
6 浙江电网春节期间高电压问题分析与对策研究，朱永佳，浙江电力 NO.6VOL.21 2002
7 电机学，李发海，陈汤铭，郑逢时，科学技术出版社，1984
8 汽轮发电机运行规程，国家电力公司标准，1999
9 电力变压器运行规程，中华人民共和国电力行业标准，DL/T 572—95
10 关于发电厂并网运行管理的意见
蔡光德（1965-），男，汉族，江苏太仓人，高级工程师，从事电气技术管理工作。
先后在国内大型学术会议上发表十六篇学术论文；在国家权威性刊物上发表4篇。
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