解除聊城站220KV 堂聊I 线重合闸分析.docx
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解除聊城站220KV堂聊I线重合闸分析
解除聊城站220KV堂聊I线重合闸分析
王立华
250021山东电力集团公司超高压输变电分公司运行监控中心
摘要：
堂聊I线是一条持续允许电流为2840A
的220KV大容量架空线路。
投运前，在该线路变
电站侧装设了三相检无压单侧重合闸。
本文根据
现场实际运行方式，假设重合闸在投且系统发生
故障时，对可能引起的各种不利安全稳定的因素
进行了综合分析，充分论证了堂聊I线聊城站侧
开关不能使用重合闸。
最终经由省调研究批准，
现场解除了重合闸装置，消除了600MW发电机组
重大运行方式隐患；并对后来同类线路的运行方
式起到了直接借鉴作用。
关键词：
架空线路重合闸故障安全稳
定
0.引言
2002年6月，山东聊城电厂#1
机组（600MW）及500KV聊城站建成。
投运前，220KV堂聊I线电厂侧开关
未装设重合闸，只在变电站侧装设
了重合闸装置。
初次送电时，虽然
地调已下达变电站侧开关投三相检
无压重合闸方式通知单，但综合分
析认为：
变电站侧也不能使用重合
闸，并向调度部门提出了建议。
最
终经上级调度部门研究同意，解除
了重合闸装置。
这对保证600MW发
电机及电网的安全稳定运行起到了
积极作用。
之所以不能使用重合闸，
主要是由此线路运行方式的特殊性
而决定的。
1堂聊I线简介
1.1山东聊城发电厂（2×600MW）
未设升压站，发电机采用单元制接
线，#1发电机经#1主变升压至220KV
后由堂聊I线直接接入聊城站。
线
路长度17KM，，采用4×300mm2分裂
导线，持续允许电流为2840A，电厂
侧及变电站侧各装一组220KV断路
器。
电厂侧线路断路器即为#1发电
机主开关，以下简称主开关；变电
站侧线路开关与220KV电力网直接
连接，以下简称电网开关。
1.2堂聊I线是一条特殊架空线
路，它既不是环网线路、单侧电源
线路也不是电网电源联络线，它是
大型发电机的出口，是经过升压后
加长的出口。
它的运行方式会直接
影响600MW大型发电机组的安全。
（见图1）。
2架空线路重合闸作用
因为一般架空线路多发生瞬时
性故障，切除故障后电弧能自动熄
灭，故障点处的绝缘可以自行恢复。
因此，自动将断路器重合，不仅能
减少停电损失，提高了供电安全性
和可靠性，而且还提高了电网的暂
态稳定水平，增大了高压线路的送
电容量，也可纠正由于断路器或继
电保护造成的误跳闸。
另外，也应
该看到：
一旦重合在永久性故障上，
虽然进行加速跳闸，但是，不可避
免地又增加了一次对系统和设备的
冲击，这会严重影响电网的安全稳
定运行，甚至引起系统瓦解、大面
积停电等扩大性事故。
3堂聊I线不能投运重合闸分析
一般架空线路均装设有重合闸（三
相、单相或综合重合闸），但堂聊I
线电网开关装设重合闸不妥。
因为
它相当于大型发电机的出口长引
线，虽然发电机经变压器升压后并
于电网，但发生故障时，仍然会造
成不利的后果。
3.1堂聊I线不能投运三相重合闸
分析
假设电网开关装设投运了检无
压三相重合闸，以下将根据不同的
故障类型进行相应分析，以论证不
能投运检无压三相重合闸：
3.1.1线路发生瞬时性故障
3.1.1.1正常情况下，两侧开关应
跳闸、发电机组同时跳闸。
在检线
路无压后，电网开关重合，使堂聊I
线充电运行。
这并没有起到重合闸
减少停电损失、提高电网稳定性、
可靠性增大输电容量的作用。
值得
注意的是：
瞬时性故障时即使重合
成功也不能排除再次发生同类故障
的可能，就会又一次引起机组连锁
跳闸。
当机组跳闸后，即使热态启
动至发电机并网也需要至少1小时
的时间，冷态启动时间则会更长。
在此期间，有充裕的时间先进行故
障分析、判断，根据保护及录波器
测距进行巡线。
对外部因素引起的
瞬时故障（例如：
大风天气，塑料
布造成短路），确认故障已消除、绝
缘强度已恢复、导线基本无损伤后
即可送电，且不会影响机组并网；
对内部因素引起的瞬时故障（如：
绝缘子部分损伤，泄露电流大而发
热严重引起故障），即使延时开机并
网也应举一反三，采取可靠防范措
施后再将堂聊I线送电（由现场值
班人员或远方遥控合闸）。
此举可最
大程度地防止线路同类事故的再次
发生，避免大型机组再一次跳闸，
提高运行可靠性。
（注：
一台600MW
汽轮机组造价大约25亿人民币，仅
开一次机直接损失就达几十万元以
上，姑且不算少发电损失；尤其是
电气事故紧急跳闸后对锅炉、汽机、
发电机会造成冲击，即使不直接损
坏三大主机也会潜在地影响其寿
命，损失更大）。
3.1.1.2由于发电机组启停频繁，
其主开关跳合闸次数远多于一般开
关；频繁地跳、合闸切合大电流也
使开关性能、可靠性系数降低。
这
都将使开关拒动、失灵的现实可能
性和出现几率增大。
如：
石横电厂
#2机（300MW）曾出现过机组跳闸时
主开关拒动事件；当然，这种情况
历史上中外电厂并不鲜见。
现假设
堂聊I线发生了瞬时性故障，电网
开关跳闸，主开关拒动，电网开关
在检线路无压又重合（注：
若堂聊I
线发生了瞬时性故障，保护动作后，
电网开关跳闸，虽然主开关拒动，
但电机灭磁开关会同时跳闸并逆变
灭磁，使发电机出口及线路上无感
应电压，并使瞬时性故障自动消失。
故电网开关检线路无压的重合闸条
件成立；另外，重合闸动作前，因
线路无压，拒动的主开关三相无电
流，使开关的失灵保护不可能动作，
相应的远方跳闸保护不会动作，因
此电网开关重合闸不会被对侧的远
方跳闸保护闭锁。
在瞬时性故障消
失后，上述两方面最终导致电网开
关重合闸启动成功成为可能）时，
根据主开关失灵拒动的不同情况，
共分下列三种类别进行分析：
3.1.1.2.1若主开关在“3.1.1.2”
的前提下只一相断开、两相在合：
线路无压后，电网开关重合，发电
机绕组会流过三相不平衡电流，产
生很大的负序电流。
（见图2。
注：
图中零序电流略去）。
转子将受到
（3000+N）r/min转速（假定电网同
步速为3000r/min，N为开关重合瞬
间转子实际转速。
其大小应由下列
因素决定：
重合闸整定时间，线路
故障性质，发电机有、无功率的大
小，汽机跳闸所需时间，灭磁开关
跳闸和逆变灭磁时间，保护动作时
间及机械参数等。
综合考虑后转子
实际转速N在2500r/min左右，小
于当时电网同步速）的负序磁场切
割，感应出（50+N/60）HZ的频率电
流使转子严重发热；负序气隙旋转
磁场与正序气隙旋转磁场相互作用
产生100HZ的交变电磁力矩（脉动
力矩），使定、转子均剧烈振动。
尤
其是汽轮发电机为整块锻压而成的
隐极式转子，由于集肤效应的作用
该电流将主要沿转子表面流通，而
且600MW大型汽轮发电机组I2
2t允
许系数很小，故在数以秒计的时间
内转子将因过热而可能受到损伤；
特别是转子结合部位（如转子本体
与套箍结合部），发热更加严重，最
可能首先受到负序灼伤而损坏（拒
考证，发电机负序灼伤损坏大部分
是因开关非全相造成）。
正序气隙旋
转磁场与转子也出现转速差，其值
为（3000-N）r/min，在500r/min
左右，相对危害不大。
另外，将造
成电网三相电压、电流不平衡，威
胁其它机组正常运行、影响用户出
力、损害用户设备、干扰通讯线路、
恶化保护工作环境甚至引起相邻元
件保护误动等。
故出现上述状态后
一定要禁止电网开关的重合，即禁
止使用重合闸，以免造成无谓的严
重损失。
3.1.1.2.2若主开关在“3.1.1.2”
前提下为两相断开、一相在合：
电
网开关检无压重合后，发电机绕组
也将流过不平衡电流。
对机组及系
统也会产生“3.1.1.2.1”所述同类
性质的危害，故这种状态下也应防
止电网开关重合，即禁止使用重合
闸，以免造成无谓的后果。
图2
3.1.1.2.3在“3.1.1.2”的前提下，若主开关三相拒动，检线路无
压后电网开关重合，势必造成发电
机意外加电压而异步启动（类似于
三相异步电动机的启动），这对发电
机在设计、制造和运行上都是是不
允许的。
因为在发电机停机的情况
下，转子实际转速小于同步速（两
转速在“3.1.1.2.1”中已说明），
重合瞬间，同步旋转磁场以
（3000-N）r/min转速切割转子，转
子上感应出脉动电流；根据磁势守
恒定律，发电机电枢上会产生冲击
电流并出现异步冲击力矩。
转差越
大，冲击越大。
尤其是大型汽轮发
电机转子为整块锻压而成且为了提
高静态稳定性，使短路比设置较大，
造成定、转子间气隙变大，此磁路
的变化引起相关电抗数值减小，由
此引起的电枢冲击电流更大，对发
电设备和电力系统均带来不利影
响。
具体而言，对于机组本身，长
时间运行时，会因汽机低压叶片与
残汽的摩擦过热而导致损坏（这一
点尤为重要）；另外，若冲击过大将
使电枢端部绕组受到威胁等。
对电
网而言，因电机要吸收无功，会引
起局部电网无功供需的不平衡，造
成本地区电压下降，厂用电压过低
影响机组出力、某些元件过载等。
故要防止上述状态下电网开关的重
合，即禁止使用重合闸，以免造成
无谓的设备损坏及系统波动。
3.1.2线路发生永久性故障
如果电网开关重合在线路永久
性故障上，那就无谓地增加了一次
对系统的冲击。
特别是堂聊I线这
样的线路（此线路长度仅为17KM，
采用4×300mm2分裂导线，阻抗非
常小，且接于500KV枢纽变电站的
220KV母线上），短路容量非常大，
若在以秒计的时间内接连发生两次
相间或三相金属性短路，会使系统
暂态稳定极限大大降低，尤其是聊
城600MW#2机组受冲击最大。
如在
机组对系统的相对转速为正时重合
于金属性严重短路故障上，将使前
后两次冲击的危险作用迭加，使机
组对系统的摆角进一步增大，从而
导致机组失步、电网振荡。
假设在
极短时间内发生高负荷运行的一台
600MW机组跳闸，相邻另一台600MW
机组非同期振荡，再加上连续两次
严重故障的冲击，电网局部电压会
大幅度波动，引起电网低压甩负荷，
并很可能引起附近机组接连发生振
荡或直接跳闸（如厂用电压过低或
频率过低等引起跳闸），甚至造成电
网大面积停电等扩大性事故；另外，
在以秒计的时间内两次开断相间或
三相金属性短路大电流，也恶化了
开关的工作条件，甚至引起开关损
坏、爆炸，最起码降低了开关性能
以及影响其寿命。
这些都是在电网
运行方式上需要慎重考虑的问题。
3.1.3电网开关误跳、漏跳
一旦开关本身或保护造成电网
开关误跳、漏跳，肯定会导致#1机
组跳闸停运。
这种情况下，聊城站
侧不应立即重合开关使线路充电运
行，而是充分利用机组并网前的这
段时间，对开关先停电检查，找出
原因并采取防范措施后再对线路充
电，以保证开关不再偷跳；更重要
的是要防止因同一原因使600MW机
组的再次连锁跳闸。
故电网开关误
跳、漏跳时不应使用重合闸。
3.1.4绝对防止将重合闸误启动
若#1发电机（或#1主变）定子
绕组发生永久性电气故障且主开关
拒动时，此时应由失灵保护通过远
方跳闸或可能由电网开关的远后备
保护跳开电网开关，并闭锁此开关
的重合闸。
万一由于某种原因将电
网开关又重合，电枢在极短的时间
内连续出现两次故障大电流，会更
进一步烧熔定子绕组、铁芯；电磁
力会进一步使绕组变形，特别是端
部绕组受损最大。
而大型发电机更
易损坏，其烧毁后，现场修复特别
困难；尤其是其铁芯烧坏，损失更
是难以估量（姑且不讲其它后果）。
所以在技术上还要绝对防止电网开
关重合闸的误启动。
3.2堂聊I线不能投运单相重合闸
分析
为了防止发电机非同期并列，
保护机组和电网免受冲击，发电机
主开关不可能装设重合闸。
这样，
当线路出现任何故障时，发电机主
开关立即永久三相跳闸、灭磁开关
跳闸，导致受电端（聊城站侧）和
送电端（发电机）会完全失去电的
联系，那么，就不具备投运单相重
合闸的前提条件，故电网开关不可
能投运单相重合闸。
3.3堂聊I线不能投运综合重合闸
分析
综合重合闸的功能是：
单相故
障使用单相重合闸；相间故障使用
三相重合闸。
而通过以上对不能投
运三相重合闸和单相重合闸的具体
分析，同时也就论证出电网开关不
能使用综合重合闸方式。
4结论
以上论证说明：
使用各种重合
闸方式不但均没有起到重合闸应起
的有利作用，反而只是不利于电网
和机组的安全稳定运行，故电网开
关不能使用任何方式的重合闸。
既
然各种重合闸方式都不能使用，为
防止误投、误启动，还应从根本上
解除堂聊I线电网开关已接入的重
合闸自动装置，以最大可能地保证
安全生产。
（当时，以上分析提出后，
经关部门研究给予了批准；另外，
一年之后投运的堂聊II线电网开关
未装设重合闸装置，因为堂聊I、II
线性质完全一样。
）
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