運城電網(wǎng)自動重合閘現(xiàn)狀分析及優(yōu)化策略

郝登樸,衛(wèi) 寧,馬曉丹

(1.運城供電分公司,山西運城 044000;2.山西省電力公司,山西太原 030001)

0 引言

電網(wǎng)輸配電線路發(fā)生的故障70%左右是瞬時性故障,自動重合閘可以有效減少瞬時性故障造成的停電時間,降低保護動作對電網(wǎng)穩(wěn)定運行造成的不利影響,是提高電網(wǎng)暫態(tài)運行特性的重要手段之一。影響重合閘正確動作的主要因素有負荷性質(zhì)、斷路器控制機構(gòu)及回路的完好性、斷路器遮斷容量、繼電保護及重合閘裝置功能是否配合以及故障特點等,提升重合閘動作成功率可以有效保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

1 運城電網(wǎng)自動重合閘配置狀況

1.1 自動重合閘配置方式

運城電網(wǎng)現(xiàn)有10 kV及以上電壓等級輸配電線路 861條,配置重合閘 1 096組,實際投運1 054組,詳見表1。

輸配電線路現(xiàn)運行的自動重合閘主要采取單相或三相一次重合閘方式,其中:單相一次重合閘157組,主要配置在220 kV及以上電壓等級的輸電線路;三相一次重合閘939組,主要配置在110 kV及以下輸配電線路。

表1 運城電網(wǎng)重合閘配置數(shù)量明細 組

未配置重合閘的回路主要有發(fā)電機組直接接入系統(tǒng)的輸電線路、未配置斷路器保護的直供負荷線路、接入無功補償裝置的回路。其原因主要是避免重合閘重合于永久故障回路給發(fā)電機組、補償電容器組帶來沖擊,或因直供線路缺少斷路器無需配置重合閘。

1.2 自動重合閘重合條件

1.2.1 判別條件

檢無壓、檢同期和不檢同期為自動重合閘動作的三種判別條件。實際應(yīng)用中,系統(tǒng)電源接入點斷路器重合采用檢同期方式,負荷接入點斷路器重合采用檢無壓方式;遇有單相接地瞬時故障線路兩側(cè)斷路器跳閘后,檢定線路無壓一側(cè)首先重合;若重合于永久故障,則斷路器再次跳閘[1]。互為備用的兩個變電站之間的聯(lián)絡(luò)線采用檢同期方式。

1.2.2 輔助功能

500 kV斷路器保護采用單相重合閘配合三相不一致保護,3/2接線方式下,斷路器雙套保護設(shè)置了先重閉鎖功能壓板。220 kV斷路器采用單相重合閘配合重合后加速方式;110 kV及以下斷路器均采用三相重合閘配合重合后加速方式。

1.2.3 啟動條件

常規(guī)重合閘啟動通過保護出口和斷路器位置不對應(yīng)的方式來實現(xiàn),斷路器控制回路完好、儲能正常、無閉鎖信號等條件是確保重合閘正確動作的必要條件。

1.3 自動重合閘定值整定

1.3.1 整定原則

自動重合閘定值主要是動作時限,在滿足完全切除故障的前提下整定時限越短,重合閘動作后對負荷與電網(wǎng)造成的沖擊和影響就越小,且有利于提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性。

1.3.2 整定要求

單側(cè)電源線路三相重合閘時間應(yīng)大于故障點斷電去游離時間、斷路器及操作機構(gòu)復(fù)歸原狀準備好再次動作時間和線路兩側(cè)保護裝置動作的不同步時間;分支線路應(yīng)考慮對側(cè)和分支側(cè)斷路器相繼跳閘的情況下,故障點有足夠的斷電去游離時間。

1.3.3 動作時限

110 kV及以下斷路器采用的三相自動重合閘考慮故障點熄弧時間、斷路器絕緣恢復(fù)時間以及故障存在時間等因素,單側(cè)電源線路的三相自動重合閘動作時限一般整定為1 s。為提高線路故障后的重合成功率,一般可延長雙側(cè)電源線路和復(fù)雜接線方式重合閘的動作時限,通常整定為2 s左右。

2 運城電網(wǎng)自動重合閘運行情況

2.1 近三年自動重合閘動作情況

2007年—2009年,運城電網(wǎng)35 kV及以上輸電線路自動重合閘累計動作 91次,重合正確率100%,成功率61.5%,具體見表2、表3。10 kV配電線路所配置自動重合閘點多面廣,因時間所限其動作情況本文未作統(tǒng)計。

表2 2007年—2009年重合閘動作情況 次

表3 2007年—2009年重合閘動作情況 次

2.2 220 kV及以上輸電線路重合閘運行分析

近三年運城電網(wǎng)500 kV輸電線路自動重合閘動作0次,說明500 kV線路運行環(huán)境和氣候適應(yīng)性較好,統(tǒng)計期內(nèi)未發(fā)生線路故障。220 kV輸電線路重合閘動作次數(shù)逐年增多,誘發(fā)原因主要是覆冰、大風或雷雨天氣引起的瞬時短路故障增多,輸電線路廊道內(nèi)施工吊車或超高樹木對導(dǎo)線安全距離不夠引起放電,導(dǎo)致220 kV輸電線路永久性接地故障增多,重合成功率降低;尤其是中條山微氣象區(qū)覆冰多次引發(fā)地處該區(qū)域的桃平220 kV雙回輸電線路故障,在此期間重合閘均正確動作,避免了瞬時故障帶來的沖擊,為平陸電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供了保證。同時,220 kV輸電線路運行環(huán)境趨于惡化應(yīng)引起高度重視。

2.3 110 kV及以下輸電線路重合閘運行分析

近三年運城電網(wǎng)110 kV及以下輸電線路重合閘重合成功率在60%以上,說明110 kV及以下輸電線路瞬時性故障所占比例較高,其瞬時性故障多由雷擊、大風、覆冰、樹木對導(dǎo)線安全距離不夠、線下違章施工或用戶設(shè)備故障引發(fā)。從統(tǒng)計數(shù)字來看,110 kV及以下電壓等級輸電線路重合閘動作次數(shù)呈逐年遞減趨勢,說明近年來輸電線路技術(shù)改造和反事故措施的實施取得了明顯成效,110 kV及以下輸電線路的運行和維護水平明顯提高。

2.4 重合閘的運行管理

2.4.1 停用重合閘

特殊情況下應(yīng)停用重合閘,如:保護裝置異常、電源聯(lián)絡(luò)線可能造成非同期合閘、輸電線路帶電作業(yè)、線路充電或試運行等。

2.4.2 重合閘投退

自動重合閘的投退可通過改變控制字、投退壓板和切換操作把手來實現(xiàn);其中控制字和定值的變更可采用改變定值區(qū)域的方式來實現(xiàn)。例如,運城電網(wǎng)將110 kV輸電線路微機保護運行定值統(tǒng)一設(shè)置為:1區(qū)為重合閘檢同期方式,4區(qū)為檢無壓方式,7區(qū)為普通重合閘方式;若調(diào)度下令重合閘檢同期方式運行,將保護定值調(diào)在1區(qū)位;若調(diào)度下令重合閘檢無壓方式運行,將保護定值調(diào)在4區(qū)運行。當前重合閘的壓板投退和操作把手切換仍由運行值班員在現(xiàn)場操作完成。

3 重合閘運行中發(fā)現(xiàn)的問題分析

3.1 重合閘重合判據(jù)條件具有盲目性

常規(guī)自動重合閘不具備識別永久性故障和瞬時性故障的能力,當重合于永久性故障時,短路點電弧并不會即時熄滅,由于健全相與故障相之間存在電容與電感耦合聯(lián)系,使故障點電弧通道中存在一定時間的潛供電流[2],該短路電流對系統(tǒng)穩(wěn)定性和設(shè)備絕緣性能造成的危害比單相接地故障還要嚴重。因此,如果能夠在永久性故障時實現(xiàn)重合閘裝置的閉鎖,避免重合閘動作的盲目性,則可大大減少對設(shè)備的損害。

3.2 斷路器遮斷容量不足影響重合閘運行

隨著運城電網(wǎng)規(guī)模的擴展,電網(wǎng)的短路電流日趨增大,部分變電站由于斷路器遮斷容量不足,限制了輸配電線路重合閘的使用和運行,尤其是35 kV及以下輸配電線路重合閘受到的影響較大。

3.3 設(shè)備缺陷或隱患影響重合閘功能發(fā)揮

斷路器控制回路完好是重合閘正確動作的前提條件,彈操機構(gòu)未儲能、輔助觸點行程不到位或液壓機構(gòu)故障、控制回路斷線、綜合自動化系統(tǒng)二次回路不匹配等缺陷都可能造成重合閘動作不成功,降低重合閘運行的可靠性。少數(shù)低頻低壓減載裝置由于回路設(shè)計不合理或接線錯誤,無法閉鎖重合閘裝置,也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來隱患。部分無人值班變電站尚未實現(xiàn)繼電保護和重合閘裝置 “軟壓板”遠方投退功能,直接影響到電網(wǎng)運行方式的變更或線路帶電作業(yè)的實施。

3.4 農(nóng)網(wǎng)配電線路重合閘功能仍需強化

目前農(nóng)網(wǎng)配電線路重合閘均為三相一次重合方式,沒有考慮與分支線路所配置斷路器或分段器的相互配合,難以實現(xiàn)故障區(qū)域快速隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)供電的運行方式。由于配電分支線路上普遍沒有裝設(shè)重合分段器,配電網(wǎng)供電的可靠性和安全性受到嚴重制約。

4 優(yōu)化策略

a)逐步應(yīng)用具有自適應(yīng)功能的重合閘。

b)提高輸配電線路重合閘利用率。更新改造變電站遮斷容量不足的老舊斷路器,在遮斷容量較大的變電站選擇合適地點加裝電抗器,降低斷路器的故障開斷電流,可以有效地提高重合閘的利用率。加快實現(xiàn)無人值班變電站遠方投退繼電保護及重合閘軟壓板功能,對于快速改變電網(wǎng)運行方式、減少運行管理成本具有明顯效果。

c)加強重合閘裝置運行維護管理。

d)推廣農(nóng)村配網(wǎng)自動化典型應(yīng)用模式。在農(nóng)村配網(wǎng)通過具有自動控制功能的智能開關(guān)設(shè)備和分段器之間的配合實現(xiàn)故障區(qū)域快速隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)供電的模式[3],可以實現(xiàn)自動重合和故障隔離功能,縮小停電范圍,有效提高為農(nóng)村用電客戶服務(wù)的響應(yīng)速度和供電可靠性。

e)注重智能變電站重合閘技術(shù)的應(yīng)用。智能變電站技術(shù)應(yīng)用目前在國內(nèi)發(fā)展很快,其重合閘技術(shù)的實現(xiàn)與常規(guī)變電站有明顯差異。例如:3/2接線斷路器的重合閘功能已包含在雙重化配置的保護裝置中,斷路器保護跳本斷路器采用點對點直接跳閘;本斷路器失靈時,經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)通過相鄰斷路器保護或母線保護跳相鄰斷路器;線路保護直接采樣,直接跳斷路器,經(jīng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)啟動斷路器失靈、重合閘[4]。智能變電站以光纖通訊取代電纜硬連接,智能終端具備了接收保護跳合閘命令、測控的手合/手分斷路器命令以及隔離刀閘、地刀等GOOSE命令,輸入斷路器位置、隔離刀閘及地刀位置、斷路器本體信號 (含壓力低閉鎖重合閘等),跳合閘自保持功能,控制回路斷線監(jiān)視、跳合閘壓力監(jiān)視與閉鎖等功能。由此實現(xiàn)了重合閘及其二次回路的高度集成,提高了重合閘的抗干擾能力和動作可靠性。

[1] 孫士云,束洪春,于繼來,等.三相重合時序?qū)簯B(tài)電壓穩(wěn)定性的影響 [J].電力系統(tǒng)自動化,2009,33(18):102.

[2] 蘭華,艾濤,張桂蘭.基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解及近似熵的輸電線路單相自適應(yīng)重合閘[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(20):211.

[3] 張蓮瑛,劉福義,陳俊章,等.Q/GDW 339—2009,農(nóng)村配網(wǎng)自動化典型應(yīng)用模式[S].北京:中國電力出發(fā)社,2009:1-3.

[4] 程逍,劉宇,朱炳銓,等.Q/GDW 441—2010,智能變電站繼電保護技術(shù)規(guī)范 [S].北京:中國電力出版社,2010:5-11.