110kV環(huán)網(wǎng)運(yùn)行繼電保護(hù)整定計(jì)算研究探討

秦繼朔+孫濤+吳卓娟

[摘 ?要]本文以實(shí)例分析了在環(huán)網(wǎng)的110kV系統(tǒng)中，發(fā)生線路故障時(shí)短路電流流向、各級(jí)保護(hù)的整定配合方案、預(yù)期要達(dá)到的保護(hù)范圍和保護(hù)動(dòng)作行為。

[關(guān)鍵詞]環(huán)網(wǎng)運(yùn)行;整定計(jì)算;研究探討

中圖分類號(hào)：TM771 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）22-0044-02

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，110千伏供電需求日益增長。110千伏電網(wǎng)宜采用環(huán)網(wǎng)布置、開環(huán)運(yùn)行的方式。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，在220千伏變電站內(nèi)，部分大容量火電機(jī)組通過雙回線并入110千伏母線環(huán)網(wǎng)運(yùn)行;某線重負(fù)荷特殊性質(zhì)的重要用戶為了保證可靠性通過110千伏雙回線環(huán)網(wǎng)供電。110千伏采用的環(huán)網(wǎng)供電方式，相當(dāng)于110千伏母線站內(nèi)有母聯(lián)，站外仍有環(huán)網(wǎng)形成的“母聯(lián)”，110千伏出線故障，變壓器后備保護(hù)雖然能夠動(dòng)作跳開站內(nèi)母聯(lián)，但電網(wǎng)故障仍無法隔離，最終要跳中壓側(cè)或者三側(cè)。如果110千伏母線上其他斷路器拒動(dòng)時(shí)，環(huán)網(wǎng)內(nèi)保護(hù)配合非常復(fù)雜，在斷路器發(fā)生拒動(dòng)情況下各種整定方案均存在弊端，可能會(huì)導(dǎo)致不必要切機(jī)、擴(kuò)大停電范圍或延長主變等主設(shè)備跳閘時(shí)間，不利于主設(shè)備安全和供電可靠性。110千伏母差保護(hù)配置失靈功能后能解決斷路器拒動(dòng)問題，但若110千伏線路保護(hù)拒動(dòng)，仍要越級(jí)到主變。本文以實(shí)例分析、整定了在并網(wǎng)雙回線、110kV母線上其他出線發(fā)生故障時(shí)，本身線路保護(hù)能夠正確切除故障的情況，以及某保護(hù)或斷路器拒動(dòng)后各級(jí)保護(hù)能夠合理有序動(dòng)作的動(dòng)作行為，以確保電網(wǎng)安全。

1.主結(jié)線示意圖

1.1 火電機(jī)組通過雙回線上網(wǎng)

運(yùn)行方式：A站110kV111、113、115、117、101斷路器上西母，112、114、116、118、102上東母，母聯(lián)110合位，1#主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行;C電廠1#、2#機(jī)通過L6、L7雙回線上網(wǎng)，2#主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行。

1.2 變電站帶重要及重載負(fù)荷環(huán)網(wǎng)運(yùn)行

運(yùn)行方式：A站110kV133、117、141、101斷路器上東母，134、138、139、102上東母，母聯(lián)130合位，1#主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行;

2 保護(hù)配置原則

2.1 110kV線路均配置階段式相間距離、接地距離和零序電流保護(hù)。

2.2 圖1中C電廠雙回上網(wǎng)線路及圖2中雙回用戶線路兩側(cè)均配置為一套光差加一套獨(dú)立后備保護(hù)

圖中雙回線配置光差保護(hù)原因?yàn)椋悍?10kV雙側(cè)電源線路裝設(shè)一套全線速動(dòng)保護(hù)條件之一，在電力網(wǎng)的某些線路采用全線速動(dòng)后，不僅改善本線路保護(hù)功能，而且能改善整個(gè)電網(wǎng)保護(hù)的性能。

2.3 主變電量保護(hù)主要配置差動(dòng)、各側(cè)復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)、各側(cè)零序電流保護(hù)、間隙保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)

與電網(wǎng)配合有關(guān)的變壓器保護(hù)涉及變壓器各側(cè)零序電流和相電流保護(hù)。其主要作用是作為變壓器、母線、母線上的出線及其他元件的后備保護(hù)。

3 故障點(diǎn)設(shè)置及故障電流流向

3.1 線路發(fā)生故障，保護(hù)正確動(dòng)作，斷路器跳閘切除故障點(diǎn)

3.1.1 110kV環(huán)網(wǎng)雙回線故障：由光差保護(hù)動(dòng)作跳開兩側(cè)斷路器

3.1.2 110kV母線上其他線路故障：由本線路保護(hù)動(dòng)作跳開電源側(cè)斷路器。

3.2 線路上發(fā)生故障，線路保護(hù)或斷路器拒動(dòng)

3.2.1 相間短路

3.2.1.1 圖1A站內(nèi)：線路L5發(fā)生故障，線路保護(hù)或112斷路器拒動(dòng)

相間短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A2#變→112→故障點(diǎn)

b.系統(tǒng)→A1#變→110→112→故障點(diǎn)

c.電廠兩臺(tái)機(jī)提供電流至廠內(nèi)110kV母線再通過雙回線提供至故障點(diǎn)112

3.2.1.2 圖1A站內(nèi)：出線115線路保護(hù)或斷路器拒動(dòng)

短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A1#變→115→故障點(diǎn)

b.系統(tǒng)→A2#變→110→115→故障點(diǎn)

c.電廠兩臺(tái)機(jī)提供電流至廠內(nèi)110kV母線內(nèi)再通過雙回線提供至故障點(diǎn)115

3.2.2 接地短路

3.2.2.1 圖1A站內(nèi)：L5線路保護(hù)或112斷路器拒動(dòng)

零序短路電流流向：

a.112故障點(diǎn)→110→A1#變

b.112→118→C111→100→C2號(hào)變

c.112→110→117→C112→C2號(hào)變

3.2.2.2圖1A站內(nèi)：出線115線路保護(hù)或斷路器拒動(dòng)

a.115故障點(diǎn)→A1#變

b.115→117→C112→C2號(hào)變

3.3在圖2相同位置設(shè)置故障點(diǎn)：

短路電流流向與圖1的主要區(qū)別為：在圖2A站母聯(lián)130斷路器斷開前，由于對(duì)側(cè)無電源且不接地故障電流不流經(jīng)雙回線路。在圖2A站母聯(lián)130斷路器斷開后，故障電流流向參考圖1流向。

4 環(huán)網(wǎng)內(nèi)整定方案：

整定依據(jù)：《3-110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》、《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》。整定方案在滿足保證各設(shè)備保護(hù)能夠正確動(dòng)作的基礎(chǔ)上，主要討論在圖1A站中110kV母線其他出線故障但斷路器拒動(dòng)情況下環(huán)網(wǎng)內(nèi)保護(hù)的動(dòng)作行為和次序。同時(shí)，只考慮一級(jí)斷路器拒動(dòng)，不考慮兩級(jí)拒動(dòng)。以圖1分析，設(shè)置L5發(fā)生故障但112斷路器拒動(dòng)：

4.1 方案一

由于L6、L7雙回線并列運(yùn)行，對(duì)A站110kV母線形成外環(huán)，在發(fā)生所設(shè)置故障時(shí)，先跳開A站母聯(lián)110斷路器，形成新環(huán)網(wǎng)關(guān)系后，將L7雙回線C電廠側(cè)斷路器作為解環(huán)點(diǎn)。

4.2 方案二

將L6、L7雙回線C電廠側(cè)斷路器作為解環(huán)點(diǎn)。只要發(fā)生所設(shè)置故障，都會(huì)先跳C電廠側(cè)111斷路器，跳開111后，故障電流通過112-110流到A站1#主變，112-110-117-112-C2#主變，由A站1#主變跳母聯(lián)110和101，或由C2#主變跳本側(cè)再由A站1#主變跳母聯(lián)110和101。此方案存在問題：電廠單機(jī)單線或單機(jī)雙線上網(wǎng)，L6、L7雙回線線區(qū)外故障可能導(dǎo)致C電廠解網(wǎng);擴(kuò)大停電范圍，損失A站無故障母線所帶負(fù)荷。

4.3 方案三

將L6、L7雙回線A站側(cè)斷路器作為解環(huán)點(diǎn)。先跳A側(cè)117、再跳C側(cè)111。但系統(tǒng)側(cè)仍需A站母聯(lián)110斷路器跳開后，由A2#變跳102。方案優(yōu)點(diǎn)為七側(cè)無故障母線保證運(yùn)行，但最大問題為皓七線區(qū)外故障直接導(dǎo)致永皓電廠解網(wǎng)，對(duì)電廠供電可靠性減弱。

4.4 方案四

將C電廠母聯(lián)100斷路器作為解環(huán)點(diǎn)，只要發(fā)生所設(shè)置故障，先C主變跳開C電廠母聯(lián)100斷路器，時(shí)限與A110kV出線主保護(hù)段最長時(shí)限配合，再延時(shí)△T跳開A站母聯(lián)110斷路器。問題：1）C電廠主變跳開母聯(lián)100時(shí)限與L6、L7雙回線C側(cè)斷路器II段時(shí)間不配合。2）C電廠側(cè)為用戶管理單位，不可完全依靠其動(dòng)作行為;如果考慮其斷路器其拒動(dòng)，L6、L7雙回線兩側(cè)斷路器只能再按照方案一整定執(zhí)行，但如此會(huì)更延長A主變跳閘時(shí)間，對(duì)主設(shè)備更為不利。

4.5 故障點(diǎn)設(shè)置及故障電流流向分析

4.5.1 相間短路

4.5.1.1 A112斷路器拒動(dòng)

A110斷路器跳開后短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A2#變→112

b.系統(tǒng)→A1#變→A117→C112→100→C111→A118→112

c.電廠兩臺(tái)機(jī)提供電流至場內(nèi)110kV母線通過111-118提供至故障點(diǎn)112

4.5.1.2 A115斷路器拒動(dòng)

A110斷路器跳開后短路電流流向：

a.系統(tǒng)→A1#變→A115

b.系統(tǒng)→A2#變→A118→C111→100→C112→A117→115

c.電廠兩臺(tái)機(jī)提供電流至場內(nèi)110kV母線通過通過112-117提供至故障點(diǎn)115

4.5.2 接地短路

4.5.2.1 A112斷路器拒動(dòng)

A110斷路器跳開后零序短路電流流向：

a.112故障點(diǎn)→118→皓111→100→112→117→七1號(hào)變

b.112→118→皓111→100→皓2號(hào)變

4.5.2.2 A115斷路器拒動(dòng)

A110斷路器跳開后零序短路電流流向：

115故障點(diǎn)→A1#變

115→117→C112→C2號(hào)變

4.6 最終整定方案

綜上所述，四種方案各有利弊;比較而言，采用第一種方案對(duì)于保系統(tǒng)和保電廠較為有利，同時(shí)配合考慮通過C電廠主變跳母聯(lián)100斷路器解環(huán)。理想的動(dòng)作邏輯為：發(fā)生接地故障且斷路器拒動(dòng)時(shí)， A站主變零序后備保護(hù)先跳開母聯(lián)110，再由雙回線中與故障點(diǎn)在同一條母線上的線路對(duì)側(cè)C側(cè)斷路器跳開解列機(jī)組，區(qū)分出故障線路所在A站母線，由系統(tǒng)A站主變零序后備或間隙保護(hù)跳開主變110kV側(cè)。 發(fā)生接地故障且斷路器拒動(dòng)時(shí)，C電廠主變跳母聯(lián)100斷路器，A站主變復(fù)壓過流保護(hù)再跳開母聯(lián)110，再由雙回線中與故障點(diǎn)在同一條母線上的線路對(duì)側(cè)C側(cè)斷路器跳開，由系統(tǒng)A站主變復(fù)壓過流保護(hù)跳開主變110kV側(cè)。

4.6.1 運(yùn)行要求：L6、L7雙回線環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，光差保護(hù)必須投入運(yùn)行;在光差保護(hù)因故不能運(yùn)行時(shí)，將皓七雙回線分列運(yùn)行。

4.6.2 保護(hù)配合方案

4.6.2.1 A站主變零序過流I段I時(shí)限跳母聯(lián)110斷路器時(shí)間與A站110kV母線上所有出線接地距離、零序二段保護(hù)跳閘最長時(shí)限配合;A站主變零序過流I段II時(shí)限跳A本側(cè)斷路器時(shí)間與L6、L7C側(cè)斷路器接地（零序）二段最長時(shí)限配合;A站主變零序過流II段I時(shí)限跳本側(cè)斷路器時(shí)間與A站出線接地距離、零序最末一段最長時(shí)限配合。

4.6.2.2 A站主變復(fù)壓過流跳跳母聯(lián)110斷路器時(shí)間與A站110kV母線上所有出線距離III段最長時(shí)限配合。

4.6.2.3 L6、L7雙回線C電廠側(cè)111（112）與東（西）母所有出線進(jìn)行定值配合。

4.6.2.4 117只作為環(huán)網(wǎng)內(nèi)另一條線路的后備保護(hù)。118拒動(dòng)后，應(yīng)由112后備動(dòng)作，但由于將皓側(cè)開關(guān)作為解列點(diǎn)，所以不考慮

4.6.2.5 C電廠復(fù)壓過流應(yīng)與C電廠110kV母線上所有出線距離III段最長時(shí)限配合，與廠內(nèi)主變低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)時(shí)限配合。但由于雙回線是光差，由于受躲所帶負(fù)荷影響，C電廠側(cè)111（112）距離III段定值無法作為A站出線長線路末端故障的后備保護(hù)，可能發(fā)生A站2臺(tái)主變都跳本側(cè)斷路器后，C電廠才跳開，擴(kuò)大停電范圍。所以將C電廠主變跳100斷路器直接與雙回線光差保護(hù)配合，并與廠內(nèi)主變低壓側(cè)復(fù)壓過流保護(hù)時(shí)限配合，保證系統(tǒng)供電可靠性。存在不配合點(diǎn)，設(shè)置與七復(fù)壓跳七分段時(shí)間一致。

4.6.2.6 在A站短線路如L1首端故障，114斷路器拒動(dòng)時(shí)，L6C電廠側(cè)斷路器接地II段有可能先跳，再跳A110，再跳A102。

4.6.2.7 L6、L7雙回線中某條線路故障，如果無光差運(yùn)行，C電廠側(cè)斷路器拒動(dòng)，A站117和118會(huì)同時(shí)動(dòng)作，使電廠解列，擴(kuò)大了停電范圍。所以雙回線線路光差保護(hù)必須投入運(yùn)行。

4.6.2.8 由于助增系數(shù)太大，在七110分段斷開前，受二段考慮主變另一側(cè)母線故障的整定原則，測量阻抗無法小于定值，110動(dòng)作。

4.6.2.9 雙回線C電廠側(cè)斷路器接地距離0.3秒，由于接地二段按保靈敏度整定，在110母聯(lián)斷開前測量阻抗遠(yuǎn)小于定值不啟動(dòng)。同時(shí)考慮縮短主變零序過流I段跳分段及本側(cè)的時(shí)間。

4.6.2.10 雙回線C電廠側(cè)斷路器距離1.5秒，與A站出線距離二段時(shí)限配合，因?yàn)樵诰€路首端故障時(shí)，C電廠側(cè)斷路器有可能切除雙回線，導(dǎo)致電廠解網(wǎng)。

5 結(jié)論

電網(wǎng)繼電保護(hù)的整定應(yīng)滿足選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求，如果由于電網(wǎng)運(yùn)行方式、裝置性能等原因，不能兼顧選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求，則應(yīng)在整定時(shí)，保證基本的靈敏系數(shù)要求，同時(shí)，按照如下原則合理取舍：a.地區(qū)電網(wǎng)服從主系統(tǒng)電網(wǎng);b.下一級(jí)電網(wǎng)服從上一級(jí)電網(wǎng);c.保護(hù)電力設(shè)備的安全;d.保重要用戶供電。