110 kV環(huán)網(wǎng)運行繼電保護整定存在的問題及對策

潘仁軍，彭俊勇，唐怡密

(湖南省電力公司永州電業(yè)局，湖南永州425000)

地區(qū)110 kV網(wǎng)絡(luò)一般以環(huán)網(wǎng)設(shè)計、開環(huán)運行，在這樣的地區(qū)電網(wǎng)中，多級串供現(xiàn)象普遍存在。若環(huán)網(wǎng)配置的110 kV環(huán)網(wǎng)線路 (含并列雙回線，下同)開環(huán)運行，不能滿足電網(wǎng)可靠性的要求，為實現(xiàn)對用戶可靠供電且又不形成220/110 kV電磁環(huán)網(wǎng)，可將220 kV變電站的110 kV環(huán)網(wǎng)線路接于不同母線。但當(dāng)前的繼電保護整定原則不適用于以上110 kV環(huán)網(wǎng)運行網(wǎng)絡(luò)。

文中將分析110 kV環(huán)網(wǎng)運行網(wǎng)絡(luò)繼電保護整定存在的問題，并提出相關(guān)的整定建議。

1 環(huán)網(wǎng)運行保護整定配合問題

1.1 220 kV主變及110 kV線路保護整定計算原則簡介

在文獻〔3〕中對湖南電網(wǎng)220 kV三圈降壓變壓器繼電保護整定計算原則有詳細(xì)規(guī)定:即220 kV變壓器中壓側(cè)復(fù)壓閉鎖方向過流第2時限與第1時限配合整定，中壓側(cè)零序方向過流保護第2時限與第1時限配合整定，配合保護間均設(shè)一個時間級差。110 kV線路保護整定計算方案中一般選擇220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)相間、接地距離Ⅱ，Ⅲ段分別與相鄰線路相間、接地距離Ⅰ，Ⅱ段配合整定。以上整定計算原則一般能滿足速動性及選擇性要求，但正常方式下，相間、接地距離Ⅲ段以及零序電流Ⅳ段對相鄰線路靈敏度不能滿足要求，在環(huán)網(wǎng)運行方式下存在保護整定計算配合問題。

1.2 環(huán)網(wǎng)線路相間距離Ⅲ段對線末主變低壓側(cè)無靈敏度

受大電源側(cè)助增作用影響，110 kV環(huán)網(wǎng)線路測量阻抗增大。若保護裝置為阻抗圓特性距離繼電器又無負(fù)荷電阻線時，該線路相間距離Ⅲ段定值必須躲過事故過負(fù)荷最小阻抗，因此對線末主變低壓側(cè)故障不能滿足規(guī)定的靈敏度要求。

1.3 環(huán)網(wǎng)外線路出口故障影響環(huán)網(wǎng)供電可靠性

當(dāng)220 kV變電站存在110 kV環(huán)網(wǎng)運行方式時，110 kV環(huán)網(wǎng)外線路出口故障，相應(yīng)保護拒動時，將由與之配合的110 kV環(huán)網(wǎng)線路相應(yīng)保護動作隔離故障，從而導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)解列或環(huán)網(wǎng)所供變電站失壓。

以永州地區(qū)曲河片電網(wǎng)正常結(jié)線方式為例(如圖1所示)，若曲河變電站的曲拱Ⅰ線出口處C點故障，曲拱Ⅰ線曲河側(cè)Ⅰ段保護拒動時，將由宋家洲變曲宋線或瀟湘電站瀟曲線Ⅱ段動作隔離故障，從而導(dǎo)致環(huán)網(wǎng)解列或瀟湘電站、宋家洲變失壓。

圖1 永州曲河供電區(qū)網(wǎng)絡(luò)接線示意圖

1.4 環(huán)網(wǎng)外線末故障保護或斷路器拒動有可能擴大電網(wǎng)事故

按文獻〔4〕的整定原則，220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)出線對側(cè)相間、接地距離Ⅲ段以及零序Ⅳ段對相鄰線路靈敏度通常不夠，當(dāng)環(huán)網(wǎng)運行方式下，相鄰線末故障相應(yīng)保護或斷路器拒動，在220 kV變電站有2臺主變的情況下，由220 kV主變110 kV側(cè)方向后備保護第1時限跳110 kV母聯(lián)斷路器后，110 kV母線仍經(jīng)環(huán)網(wǎng)線路并列運行，由于故障仍然存在，再由第2時限跳本側(cè)以隔離故障，從而造成事故擴大。

以如圖1所示的曲河供電區(qū)為例，竹塘變曲竹線及瀟湘電站瀟曲線相間、接地距離Ⅲ段以及零序Ⅳ段對曲紙線末端故障靈敏度不夠，當(dāng)A點發(fā)生故障，曲紙線曲河側(cè)保護或斷路器拒動時，曲河主變110 kV側(cè)方向后備保護第1時限跳500斷路器，但故障點仍沒有隔離，再由第2時限跳本側(cè)隔離故障，從而造成曲河變110 kV母線失壓。

從1.2—1.4分析可知，當(dāng)環(huán)網(wǎng)運行110 kV網(wǎng)絡(luò)以外線路發(fā)生故障，而相應(yīng)線路保護裝置或斷路器拒動時，220 kV變壓器、110 kV線路保護整定計算原則適用于110 kV輻射式網(wǎng)絡(luò)，用于110 kV環(huán)網(wǎng)將可能會造成局部電網(wǎng)解列或電網(wǎng)事故擴大。

2 環(huán)網(wǎng)運行保護整定計算原則探討

2.1 220 kV變電站變壓器及110 kV出線保護整定計算原則建議

湖南電網(wǎng)110 kV線路接地故障的整定計算方案將接地距離保護作為主要保護，零序Ⅳ段保護作為高阻接地的后備保護，因此當(dāng)220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)外線末故障相應(yīng)保護或斷路器拒動而導(dǎo)致110 kV母聯(lián)斷路器跳開后，110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)相間、接地距離Ⅱ段對相鄰線路的靈敏度通常能滿足規(guī)程要求。

為確保靈敏度的要求，對文獻〔4〕中的整定計算原則提出如下建議:

220 kV主變110 kV側(cè)復(fù)壓閉鎖方向過流及零序方向過流保護第2時限與第1時限配合級差均由1個調(diào)至2個，若上一級220 kV線路相間距離Ⅲ段保護范圍沒伸出本站110 kV母線，則只需修改220 kV主變110 kV、220 kV側(cè)后備保護動作時限;若上一級220 kV線路相間距離Ⅲ段保護范圍已伸出本站110 kV母線時，還需對220 kV變電站110 kV線路后備保護動作時限進行相應(yīng)調(diào)整。

按上述整定計算原則進行修改，可通過保護相繼動作來提高220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)Ⅱ段的靈敏度，即可防止220 kV變電站非110 kV環(huán)網(wǎng)線路故障相應(yīng)保護或斷路器拒動導(dǎo)致220 kV主變110 kV側(cè)相應(yīng)方向保護第1時限動作跳開110 kV母聯(lián)斷路器，實現(xiàn)由110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)相應(yīng)Ⅱ段動作來隔離故障，將停電范圍影響降到最小。

2.2 220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)距離保護整定計算原則建議

即使110 kV母聯(lián)斷路器不動作，由220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)相應(yīng)Ⅱ段動作來隔離故障過程中，若該保護仍不能可靠動作，將無法達到不擴大停電范圍的目的，因此220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)整定計算原則也需做相應(yīng)調(diào)整。

(1)110 kV線路相間距離保護整定

當(dāng)220 kV變電站有2臺及以上主變時，環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)相間距離Ⅱ段按2臺主變運行，110 kV環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行且110 kV母聯(lián)斷路器斷開運行方式下，相鄰線路末端金屬性相間故障有1.2的靈敏度整定，且必須校核110 kV環(huán)網(wǎng)線路接于不同母線的2種運行方式。

當(dāng)相間距離保護整定配合與靈敏度原則發(fā)生矛盾時，必須確保保護裝置的靈敏度。若相鄰為單供線路，相鄰線路相間距離I段按伸入線末主變內(nèi)部整定;若相鄰為串供線路且已配置縱聯(lián)保護，按與縱聯(lián)保護配合整定，否則按失配處理，110 kV環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路均需配置縱聯(lián)保護，否則不能合環(huán)運行。

(2)110 kV線路接地距離保護整定

220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)接地距離Ⅱ，Ⅲ段分別與相鄰線路接地距離Ⅰ，Ⅱ段配合整定。

當(dāng)220 kV變電站有2臺主變時，接地距離Ⅱ段按2臺主變運行、110 kV環(huán)網(wǎng)合環(huán)、110 kV母聯(lián)斷路器斷開方式下有1.2的靈敏度整定，且必須校核110 kV環(huán)網(wǎng)線路接于不同母線的2種運行方式。

當(dāng)接地距離保護整定配合與靈敏度原則發(fā)生矛盾時，必須確保保護裝置的靈敏度。

當(dāng)220 kV變電站只有1臺主變時，也應(yīng)該按220 kV變電站配置2臺主變的情況來調(diào)整220 kV變壓器的整定原則;220 kV變電站110 kV環(huán)網(wǎng)線路對側(cè)保護整定原則基本與2臺主變的情況相同，但無需校核110 kV環(huán)網(wǎng)線路與主變110 kV側(cè)斷路器接于同一段母線的運行方式。

3 結(jié)論

文中提出的適合110 kV環(huán)網(wǎng)運行的繼電保護整定原則，可避免環(huán)網(wǎng)外線路故障導(dǎo)致相應(yīng)保護或斷路器拒動而引發(fā)的故障擴大事故，提高110 kV環(huán)網(wǎng)的供電可靠性。

〔1〕催家佩，孟慶炎.電力系統(tǒng)繼電保護與安全自動裝置整定計算〔M〕.北京:中國電力出版社，1993.

〔2〕湖南電網(wǎng)220 kV線路保護整定計算簡化原則〔S〕.湘電調(diào)生〔2007〕255號 (附件)，2007，7.

〔3〕220 kV三圈降壓變壓器整定計算原則〔S〕.湘電調(diào)生〔2010〕42號 (附件)，2010，2.

〔4〕湖南電網(wǎng)110 kV線路保護整定計算原則〔S〕.湘電調(diào)生〔2011〕180號 (附件)，2011，4.