乍得首個(gè)90kV 高壓環(huán)網(wǎng)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)方案

■陳福新 ■福建永福工程顧問有限公司，福建 福州 350108

乍得是位于非洲中部的一個(gè)內(nèi)陸國(guó)家，經(jīng)濟(jì)落后，電網(wǎng)薄弱，目前能夠享受到電能供應(yīng)人口約占全國(guó)5%，集中在首都恩賈梅納。但乍得石油資源豐富，已探明石油儲(chǔ)量10 億桶，潛在儲(chǔ)量20 億桶。電力的短缺和能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，推進(jìn)了乍得的電網(wǎng)快速發(fā)展，按乍得電力規(guī)劃綱要，2011～2015 年建成首都恩賈梅納90kV 電力環(huán)網(wǎng);2016～2020年將陸續(xù)建立220kV 高壓跨省電網(wǎng);2020～2030 將建立500kV 電網(wǎng)，與非洲其他國(guó)家聯(lián)網(wǎng)。

首都恩賈梅納90kV 電力環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目，是乍得國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)的起點(diǎn)，具有極其的重要地位與作用。本文將結(jié)合乍得電力規(guī)劃綱要、項(xiàng)目建設(shè)方案，分析繼電保護(hù)配置原則，選擇本工程的繼電保護(hù)配置最后設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

乍得首都恩賈梅納90kV 電力環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目主要由四個(gè)變電站組成，如下圖1 所示。四個(gè)變電站主接線形式類似，90kV、15kV 主接線均采用單母線分段接線，各站均按配置兩臺(tái)容量為25MVA 的兩卷變壓器規(guī)劃。

圖1 90kV 環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)示意圖

2 繼電保護(hù)配置分析

繼電保護(hù)配置方式要滿足電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)和廠站的主接線的要求，并考慮電力網(wǎng)和廠站的運(yùn)行方式的靈活性，所配置的繼電保護(hù)裝置應(yīng)能滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。

微機(jī)繼電保護(hù)是以數(shù)字式計(jì)算機(jī)作為技術(shù)基礎(chǔ)，利用微處理器作為其軟硬件的核心，通過輸入輸出通道接口的有效配合，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。相對(duì)傳統(tǒng)繼電器式保護(hù)，具有高準(zhǔn)確率、更高的可靠性、快速性、靈活性，技術(shù)成熟，成本低，本工程選用微機(jī)化的保護(hù)裝置將為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的保障。

乍得首都恩賈梅納90kV 電力環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目規(guī)模較小，每個(gè)變電站主接線為單母線接線，變壓器遠(yuǎn)景容量?jī)H為2* 25MVA，比國(guó)內(nèi)常規(guī)110kV末端變電站的一臺(tái)主變?nèi)萘?0MVA 還小;同時(shí)該項(xiàng)目的最高電壓等級(jí)也才90kV，根據(jù)乍得電力規(guī)劃，遠(yuǎn)景將建立220kV、500kV 高壓骨干電網(wǎng)。從國(guó)際上的各國(guó)電網(wǎng)繼電保護(hù)來(lái)看，一般骨干高壓電網(wǎng)(220kV 及以上設(shè)備)，系統(tǒng)穩(wěn)定對(duì)故障切除時(shí)間要求比較高，應(yīng)配置兩套獨(dú)立的主保護(hù);而對(duì)電壓等級(jí)低的系統(tǒng)保護(hù)采用單套配置，并配置相應(yīng)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，即在故障設(shè)備本身的保護(hù)裝置無(wú)法正確動(dòng)作時(shí)，由相鄰設(shè)備的保護(hù)裝置延時(shí)跳閘。

乍得90kV 電力環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目規(guī)模小，在中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要中不屬于骨干電網(wǎng)，從電網(wǎng)地位、經(jīng)濟(jì)性、國(guó)際繼電保護(hù)配置慣例來(lái)看，90kV 系統(tǒng)和設(shè)備的主保護(hù)可不按雙重化配置。從重要性及電網(wǎng)架構(gòu)來(lái)說(shuō)，90kV 系統(tǒng)應(yīng)按配置單套主保護(hù)，并設(shè)置遠(yuǎn)后備保護(hù)，主保護(hù)應(yīng)采用能快速切除內(nèi)部故障原理的保護(hù)，如差動(dòng)保護(hù)。

綜上分析，本工程最終的繼電保護(hù)配置方案為:各90kV 線路兩側(cè)各配置一套全線速動(dòng)的電流差動(dòng)主保護(hù);90kV 母線配置一套可快速切除母線故障的電流差動(dòng)保護(hù);90kV 主變壓器采用一套快速動(dòng)作的主保護(hù)，高低壓側(cè)配置獨(dú)立的后保保護(hù);15kV 各元件采用三段式過流保護(hù)。

3 乍得恩賈梅納90kV 電力環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目的繼電保護(hù)配置

3.1 90kV 電纜線路、架空線路及混和線路的保護(hù)配置

90kV 架空線路或與電纜混合的線路，故障往往由雷擊、雷雨、鳥害等自然因素引起，瞬時(shí)性單相故障幾率多。本工程作為乍得國(guó)內(nèi)首個(gè)最高電壓等級(jí)的環(huán)網(wǎng)工程，電網(wǎng)的可靠供電、至關(guān)重要。為此每回線路兩側(cè)均配置一套光纖分相電流差動(dòng)主保護(hù)，并配置三段式相間距離保護(hù)、三段式接地距離保護(hù)、二段式零序保護(hù)、獨(dú)立的反時(shí)限零序保護(hù)，具有選相功能的零差保護(hù)作為后備保護(hù)，以保證高電阻接地故障時(shí)能可靠地有選擇地切除故障。保護(hù)采用主后合一裝置。

90kV 電纜線路由于全程埋在地下，無(wú)雷擊、雷雨、鳥害等自然因素引起的瞬時(shí)性單相故障，一般為永久性故障，為此每回線路兩側(cè)均配置一套光纖三相電流差動(dòng)主保護(hù)和三相重合閘功能，其他同架空線路保護(hù)配置。

乍得西站有兩回至FARCHA2 電廠線，由于距離僅350m，該段線路保護(hù)納入FARCHA2 電廠升變壓器的差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，差動(dòng)保護(hù)設(shè)在FARCHA2 電廠內(nèi)，本側(cè)僅配置一套過流保護(hù)。

3.2 90kV 母線保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)的配置

90kV 母線要求配置一套電流差動(dòng)保護(hù)裝置，保護(hù)可快速切除母線上的故障時(shí)。

考慮乍得90kV 電壓電網(wǎng)的重要性，要求每個(gè)變電站配置一套90kV 斷路器失靈保護(hù)。當(dāng)90kV 某支路故障斷路器失靈，由支路保護(hù)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)，失靈保護(hù)斷開與拒動(dòng)斷路器連接在同一母線上的所有支路的斷路器，減少事故停電范圍。

由于微機(jī)保護(hù)易實(shí)現(xiàn)功能集成，目前國(guó)內(nèi)外主流保護(hù)廠家提供的母線微機(jī)保護(hù)均含有斷路器失靈保護(hù)功能，考慮經(jīng)濟(jì)性，本工程配置的母線保護(hù)也要求集成斷路器失靈保護(hù)功能。

3.3 主變保護(hù)的配置

電力變壓器是電力系統(tǒng)中使用相當(dāng)普遍和十分重要的電器設(shè)備，它若發(fā)生故障將給供電和電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

變壓器可能發(fā)生的故障有:各向繞組之間的相間短路;單相繞組部分線匝之間匝間短路，單相繞組和鐵芯絕緣損壞引起的接地短路;引出線的相間短路;引出線通過外殼發(fā)生的單相接地短路以及油箱和套管漏油。變壓器的不正常工作情況有:外部短路或過負(fù)荷引起的過電流;變壓器中性點(diǎn)電壓升高或由于外加電壓過高引起的過勵(lì)磁等。

主變壓器按主保護(hù)、各側(cè)后備保護(hù)分開單套配置的方案，并配置獨(dú)立的非電量保護(hù)。主要保護(hù)功能配置如下:

(1)反映變壓器繞組和引出線多相短路、大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù);

(2)反映變壓器油箱內(nèi)部短路故障和油面降低的瓦斯保護(hù)、油溫過高等的非電量保護(hù);

(3)變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)后備的低電壓(或復(fù)壓)起動(dòng)過流保護(hù);

(4)高壓側(cè)中性點(diǎn)間隙過流、過壓保護(hù);

(5)高、低壓側(cè)零序方向過流保護(hù)、零序過流保護(hù);

(6)各側(cè)過負(fù)荷保護(hù)。

3.4 15kV 低壓元件的保護(hù)裝置

國(guó)際上15kV 及以下電壓等級(jí)的系統(tǒng)中，因?yàn)榻^緣對(duì)投資影響較小，一般采用非直接接地方式。經(jīng)調(diào)研，乍得當(dāng)?shù)?5kV 系統(tǒng)采用直接接地系統(tǒng)，故本工程15kV 也采用直接接地系統(tǒng)，15kV 線路、電容器組、站用變等保護(hù)裝置除裝設(shè)反應(yīng)相間故障的三段式過流保護(hù)，還應(yīng)配置反應(yīng)單相故障的零序電流保護(hù)，單相故障直接跳閘。

4 結(jié)束語(yǔ)

繼電保護(hù)的安全可靠是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，而乍得90kV 電力環(huán)網(wǎng)項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)乍得有重要意義，由于該項(xiàng)目規(guī)模小、電壓等級(jí)不高，但在其國(guó)家電網(wǎng)具有特殊地位，本文進(jìn)行了分析，并闡述最終的設(shè)計(jì)方案。

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