特高壓電力系統整合測試

前言

特高壓電力是新建廠中重要系統之一，也是新廠中最先運轉的系統，扮演各系統之火車頭的角色。電力像是人體內的心血管系統，讓一座新廠注入血液開始有了生命。特高壓電力系統整合測試就是特高壓電力系統的把關守門員，守護著特高壓的安全、品質與穩定。接下來將簡單的介紹台電電力系統，並針對特高壓電力系統整合測試進行說明。

台電電力系統簡介

台灣電力公司最高電壓為345kV（超高壓電力），使用於台灣島內南北輸電線路電壓。第二等級供電電壓161kV稱為特高壓電力，使用於區域性輸電線路及高用電量大用戶（例如:鋼鐵廠、晶圓廠、捷運、台鐵、高鐵等），即161kV特高壓電力是用戶供電最高使用電壓。 圖一

特高壓電力大用戶用電申請流程

特高壓電力大用戶新設用電申請，需經過台灣電力公司特高壓用戶用電設備設計資料審查流程通過後，開始設備安裝、校驗程序後，進入檢驗測試階段。特高壓設備的檢驗測試過程有相當多的介面需要整合，包含台電輸電線路系統之設備加入測試，配電單位之文件審查，台電運轉調度單位之送電細節澄清，廠內系統整合，才能完成特高壓電力大用戶送電程序。 圖二

特高壓電力系統整合測試過程

接下來將以新建廠為例，說明特高壓電力系統整合測試過程。

特高壓電力系統整合測試需包含下列項目： 表一

• 特高壓用戶電力設備特性試驗
• 特高壓電力電纜線路試驗
• 特高壓保護電驛功能試驗
• 特高壓斷路器試跳脫試驗
• 送電後負載校驗

特高壓用戶電力設備特性試驗

包含的設備有161kV GIS、161kV主變壓器 (Main Transformer)。

161kV GIS開關設備

其特性試驗的目的為161kV GIS 安裝過程與安裝完成後，其開關特性與附屬元件必須經過試驗合格，才能進入送電程序。161kV GIS設備特性試驗項目，共6項：

• GIS絕緣試驗
• GIS耐壓試驗
• GIS保護電驛之特性試驗
• GIS保護電驛之接線試驗
• GIS保護電驛之斷路器跳脫試驗
• GIS保護電驛標置確認

161kV主變壓器(Main Transformer)

161kV主變壓器是將台電161kV電壓轉換成22.8kV廠內配電傳輸電壓，其特性試驗為確保變壓器轉換電壓及絕緣能力正常，161kV主變壓器設備特性試驗項目，共7項：

• 變壓器絕緣試驗
• 變壓器耐壓試驗
• 變壓器遞升加壓試驗
• 變壓器保護電驛之特性試驗
• 變壓器保護電驛之接線試驗
• 變壓器保護電驛之斷路器跳脫試驗
• 變壓器保護電驛標置確認

特高壓電力電纜線路試驗

特高壓電力電纜包含

• 外線電力電纜：台電變電所到廠內161kV GIS
• 內線電力電纜：161kV GIS到161kV主變壓器

其功能為傳送電力之導體，特性試驗為確保電纜及電纜處理頭之絕緣能力足夠。

外線電力電纜

電纜佈放與試驗之權責屬於台灣電力公司，廠內需配合台電進行開關操作，外線電力電纜試驗項目，共4項：

• 外線電力電纜絕緣試驗
• 外線電力電纜耐壓試驗
• 外線電力電纜線路常數試驗
• 外線電力電纜對相與CCPU滲水試驗

內線電力電纜

電纜佈放與試驗之權責屬於用戶廠內工作，內線電力電纜試驗項目，共3項：

• 內線電力電纜絕緣試驗
• 內線電力電纜耐壓試驗
• 內線電力電纜遞升加壓試驗(與變壓器遞升加壓同時施作)

特高壓保護電驛功能測試

特高壓保護電驛是在特高壓電力系統穩定度上扮演最重要的角色，它要能精準地偵測任何電力系統上的異常，並確實有效地命令開關進行異常隔離，縮小異常影響範圍。所以特高壓保護電驛的功能測試也相對地重要，台電也有專責的單位負責查驗特高壓保護電驛功能。目前特高壓保護電驛的種類共有5項，各保護電驛的功能也不同，簡述如下。

• 線路差動電流保護電驛(代號：87L) Line Differential Relay: 161kV外線電力電纜故障時之主保護電驛。
• 測距保護電驛(代號：21) Dis-tance Relay: 161kV外線電力電纜故障時後衛保護電驛(即87L主保護電驛失效時，21後衛保護電驛能夠動作跳脫隔離故障)
• 匯流排差動電流保護電驛(代號：87B) BUS Differential Relay: 161kV GIS內部故障之保護電驛
• 變壓器差動電流保護電驛(代號：87T)Transformer Differential Relay: 161kV 變壓器內部故障之保護電驛
• 過電流保護電驛(代號：50/51) Over Current Relay：負載設備過載與故障之保護電驛

特高壓電力整合試驗項目

特高壓電力系統之試驗並不是其中一項測試完成就能成功，必須整合內部各電力設備及台灣電力公司的要求標準，並在台電供電系統穩定之下完成整合測試，才能讓台電特高壓電力送電至廠內，開始新廠之各系統試車，其中整合的項目有：

特高壓電力電纜線路試驗

整合單位有台電施工處、台電供電處、161kV GIS，也就是台電外線電力電纜試驗時，廠內161kV GIS及台電變電所必須進行開關隔離及禁止施工並管制測試送電危險區域。

特高壓保護電驛功能試驗

整合單位有台電供電處、台電調度中心、161kV GIS，161kV環路保中心、161kV GIS，161kV環路保護電驛87L是雙端保護電驛(用戶與台電變電所)，當任何一端保護電驛功能試驗時，另一端保護電驛也必須動作達到隔離故障之功能，試驗時必須進行開關隔離及禁止施工並管制測試送電危險區域。

特高壓斷路器跳脫試驗

整合單位有台電調度中心、161kV GIS、161kV MTR，模擬特高壓各種故障發生，必須讓斷路器動作隔離故障，同時台電調度中心接收到用戶訊息正確。

送電後負載校驗

整合單位有台電供電處、台電檢驗課、161kV GIS、161kV MTR，所有相關差動電流的保護電驛(包含： 87L、87B、87T)，送電前之接線試驗確認之後，還必需在送電後於實際電流狀態下進行差動電流校驗作業(正常供電狀態，差動電流等於零)，並將差動電流校驗結果送達台灣電力公司。

試驗紀錄

列舉5項特高壓保護電驛試驗記錄與結果，如 圖三(87L Relay)：試驗結果通過(Passed)，動作位置於跳脫軌範圍內，以及抑制區(restraining region)內不能動作。

如 圖四(21 Relay)：試驗結果通過(Passed)，動作位置於Zone1~Zon3阻抗曲線範圍內。

如 圖五(87B Relay)/如 圖六(87T Relay)/如 圖七(50/51 Re-lay)：試驗結果通過(Passed)，動作位置於動作區(operating region)範圍內。

結論

特高壓電力系統整合測試在新建廠過程中，依特高壓設備的數量不同，需要花費大約3~4週的時間，這些試驗也只有在新建廠初期才能進行特高壓整合測試，也就是說成廠區特高壓送電後需要全停電3~4週的時間進行整合測試的機會相當小(幾乎不可能)。本文是以筆者之建廠特高壓新建經驗，列出新建廠特高壓電力系統整合測試的流程、配合單位及各類測試項目，作為未來新建特高壓電力系統之參考，其目的為讓廠區電力系統能夠運轉更穩定。