寧波電網(wǎng)與濟(jì)南電網(wǎng)繼電保護(hù)配置的分析比較

任雷

（寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315010）

寧波電網(wǎng)與濟(jì)南電網(wǎng)繼電保護(hù)配置的分析比較

任雷

（寧波電業(yè)局，浙江 寧波 315010）

通過(guò)對(duì)寧波電網(wǎng)和濟(jì)南電網(wǎng)一、二次設(shè)備的配置情況對(duì)比，分析了不同的母聯(lián)開關(guān)TA配置、220 kV主變中性點(diǎn)接地方式及220 kV失靈保護(hù)跳閘方式對(duì)電網(wǎng)的不同影響，提出了更適合寧波電網(wǎng)特點(diǎn)的配置建議。

寧波；濟(jì)南；電網(wǎng)；保護(hù)配置；比較

2009年3月30日-7月30日，筆者赴濟(jì)南參加了國(guó)網(wǎng)公司舉辦的首屆新員工培訓(xùn)，經(jīng)4個(gè)月的培訓(xùn)，對(duì)濟(jì)南電網(wǎng)有了初步的了解。截至2009年7月底，濟(jì)南電網(wǎng)有500 kV變電站2座，220 kV變電站19座，110 kV變電站51座，網(wǎng)供最高負(fù)荷為3 304 MW，在山東排名第四，僅次于青島、濰坊和淄博。濟(jì)南電網(wǎng)的電網(wǎng)規(guī)模和網(wǎng)供負(fù)荷與寧波電網(wǎng)相比，有較大差距 （截至2009年7月底，見(jiàn)表1），但在設(shè)備及保護(hù)的配置上有其先進(jìn)性。本文從電網(wǎng)運(yùn)行方式、設(shè)備和保護(hù)的配置詳細(xì)分析濟(jì)南電網(wǎng)與寧波電網(wǎng)的差異，由此得出了對(duì)寧波電網(wǎng)有益的啟示。

表1 電網(wǎng)規(guī)模和網(wǎng)供負(fù)荷比較

1 濟(jì)南電網(wǎng)與寧波電網(wǎng)的差異

1.1 母聯(lián)開關(guān)的TA配置

目前，在寧波地區(qū)變電站中，開關(guān)只在一側(cè)配有TA，線路保護(hù)或主變差動(dòng)保護(hù)與母差保護(hù)共用一個(gè)獨(dú)立TA，二次接線比較簡(jiǎn)單；而濟(jì)南地區(qū)變電站大多在開關(guān)兩側(cè)均配有TA，雖然二次接線比前者復(fù)雜，但因采用交叉接法，消除了保護(hù)死區(qū)，而且一旦線路保護(hù)或主變差動(dòng)保護(hù)與母差保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，可以快速確定故障點(diǎn)。

母聯(lián)開關(guān)兩側(cè)只配一組TA時(shí)存在保護(hù)死區(qū)，若故障恰好發(fā)生在母聯(lián)開關(guān)與TA之間，此時(shí)母差保護(hù)將判斷為正母線范圍內(nèi)故障，從而跳開母聯(lián)開關(guān)與正母線上所連接的所有開關(guān)。但故障并未切除，母聯(lián)TA仍有故障 電流流過(guò)，此時(shí)將啟動(dòng)母聯(lián)死區(qū)保護(hù)，經(jīng)一定延時(shí)跳開副母線上的所有開關(guān)。這樣，單一故障將造成220 kV變電站全停。

采用兩組TA就能將有效解決上述問(wèn)題[1]。常規(guī)的兩組TA采用交叉接法，即母聯(lián)TA1接入副母差動(dòng)，母聯(lián)TA2接入正母差動(dòng)，如圖1所示。這樣死區(qū)故障點(diǎn)無(wú)論A或B都處于兩段母線的小差范圍內(nèi)。當(dāng)大差和正母小差同時(shí)動(dòng)作時(shí)，判為正母故障，正母差動(dòng)動(dòng)作跳開正母上的所有連接開關(guān)；當(dāng)大差和副母小差同時(shí)動(dòng)作時(shí)，判為副母故障，副母差動(dòng)動(dòng)作跳開副母上的所有連接開關(guān)。另外再加上一個(gè)判據(jù)，即當(dāng)大差和正、副母小差同時(shí)動(dòng)作時(shí)，判為死區(qū)故障，先瞬時(shí)跳開母聯(lián)開關(guān)，同時(shí)把母聯(lián)TA1電流從常規(guī)的副母差動(dòng)中退出，把母聯(lián)TA2電流從正母差動(dòng)中退出。再判別是哪段母線故障，延時(shí)150 ms跳相應(yīng)的母線連接開關(guān)。

圖1 兩組母聯(lián)TA的系統(tǒng)圖

上述分析表明，在母聯(lián)開關(guān)兩側(cè)均配有TA時(shí)，雖然在保護(hù)中多了一個(gè)邏輯判斷，卻能有效避免因母線死區(qū)故障而多跳一條健全的母線，從而引起220 kV變電站全站停電或220 kV變電站110 kV側(cè)全停。

但開關(guān)兩側(cè)接兩組TA時(shí)也有不足之處：使二次部分的回路變得復(fù)雜，二次回路故障的概率增大，增加系統(tǒng)的不安全因素。此外，當(dāng)正副母同時(shí)發(fā)生故障時(shí)，單組TA接法情況下，可瞬時(shí)跳開正副母上的所有出線開關(guān)，而采用兩組TA時(shí)，此類故障將延時(shí)150 ms左右才跳閘。

1.2 220 kV主變中性點(diǎn)接地方式

在220 kV變電站2臺(tái)主變?nèi)齻?cè)并列運(yùn)行的情況下，濟(jì)南電網(wǎng)采取的中性點(diǎn)接地方式為：1號(hào)主變220 kV與110 kV中性點(diǎn)均直接接地，2號(hào)主變220 kV中性點(diǎn)不直接接地，110 kV中性點(diǎn)直接接地，1號(hào)主變的220 kV與110 kV零序過(guò)流保護(hù)均投入，2號(hào)主變220 kV側(cè)投入間隙過(guò)流過(guò)壓保護(hù)，110 kV側(cè)投入零序過(guò)流保護(hù)。這樣在110 kV母聯(lián)開關(guān)因故障跳開或1號(hào)主變因故障三側(cè)跳開后，2號(hào)主變的110 kV仍有一個(gè)接地點(diǎn)，如若此時(shí)再發(fā)生副母某一出線單相接地故障，線路零序過(guò)流保護(hù)仍可動(dòng)作，切除故障。

寧波電網(wǎng)采用的方式是：1號(hào)主變220 kV、110 kV中性點(diǎn)均直接接地，零序過(guò)流保護(hù)均投入；2號(hào)主變220 kV、110 kV中性點(diǎn)均不直接接地，投入間隙過(guò)流過(guò)壓保護(hù)。這樣在110 kV母聯(lián)開關(guān)因故障跳開或1號(hào)主變因故障三側(cè)跳開后，2號(hào)主變所帶的110 kV副母出線將沒(méi)有接地點(diǎn)，若此時(shí)副母某出線上發(fā)生單相接地故障，因沒(méi)有零序電流流過(guò)，零序過(guò)流保護(hù)將不動(dòng)作，只能由2號(hào)主變的間隙過(guò)流過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作跳主變?nèi)齻?cè)來(lái)切除故障，將造成母線失電，擴(kuò)大停電范圍。同時(shí)，中性點(diǎn)接地?cái)?shù)量過(guò)多，將導(dǎo)致短路電流超標(biāo)，影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

1.3 220 kV失靈保護(hù)跳閘方式

在主變保護(hù)動(dòng)作、主變220 kV側(cè)開關(guān)拒動(dòng)或線路故障，而線路開關(guān)拒動(dòng)情況下，失靈保護(hù)啟動(dòng)，借助母差回路跳開與拒動(dòng)開關(guān)相連母線上的所有開關(guān)。

另外，當(dāng)220 kV副母線故障，如圖2所示，母差保護(hù)啟動(dòng)跳開副母線所連的所有出線開關(guān)及2號(hào)主變220 kV開關(guān)。此時(shí)，若2號(hào)主變220 kV側(cè)開關(guān)拒動(dòng)，失靈保護(hù)也會(huì)啟動(dòng)，首先跳拒動(dòng)的主變開關(guān)，再啟動(dòng)母差跳開副母線上的所有開關(guān)。失靈保護(hù)雖然啟動(dòng)，卻不能切除故障電流。如果2臺(tái)主變?nèi)齻?cè)并列運(yùn)行的情況下，故障電流依然通過(guò)1號(hào)主變的中、低壓側(cè)流向2號(hào)主變的中、低壓側(cè)，進(jìn)而流向220 kV副母線上的故障點(diǎn)，此時(shí)只能通過(guò)1號(hào)主變的中后備和低后備動(dòng)作經(jīng)一定延時(shí)跳開110 kV和35 kV側(cè)的母聯(lián)分開關(guān)來(lái)切除故障電流。

在這種情況下，濟(jì)南電網(wǎng)采取的是失靈聯(lián)跳，母差保護(hù)動(dòng)作，但主變220 kV側(cè)開關(guān)拒動(dòng)后，就進(jìn)入主變非電量保護(hù)中的失靈聯(lián)跳裝置，由非電量保護(hù)出口跳主變?nèi)齻?cè)。

圖2 220 kV副母故障，2號(hào)主變220 kV側(cè)開關(guān)拒動(dòng)故障電流的流向

一般主變中后備的零序方向過(guò)流保護(hù)的Ⅱ段和復(fù)合電壓閉鎖方向過(guò)流保護(hù)時(shí)限為2～3 s，而采用失靈聯(lián)跳由非電量保護(hù)出口跳主變?nèi)齻?cè)則是瞬時(shí)的。220 kV電網(wǎng)對(duì)穩(wěn)定性要求較高，采用失靈聯(lián)跳的方法有助于保證電網(wǎng)的安全性。但該方法也會(huì)增加二次回路接線的復(fù)雜性，增大二次回路故障的可能性。

2 對(duì)寧波電網(wǎng)的啟示

濟(jì)南電網(wǎng)的設(shè)備及保護(hù)配置方式對(duì)寧波電網(wǎng)有以下啟示：

（1）在母聯(lián)開關(guān)兩側(cè)均配置TA，當(dāng)大差和正、副母小差同時(shí)動(dòng)作時(shí)，判為死區(qū)故障，先瞬時(shí)跳開母聯(lián)開關(guān)，同時(shí)把母聯(lián)TA1電流從常規(guī)的副母差動(dòng)中退出，母聯(lián)TA2電流從正母差動(dòng)中退出，再判別是哪段母線故障，跳相應(yīng)母線連接的所有開關(guān)。相比之下，單TA配置發(fā)生母線死區(qū)故障時(shí)，不會(huì)將正常的母線跳開，該方式能有效避免母線死區(qū)發(fā)生單一故障導(dǎo)致220 kV變電站全停的風(fēng)險(xiǎn)。從寧波電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況看，發(fā)生死區(qū)故障的概率不高，但是因?yàn)槎位芈饭收弦鸬娜毕輹r(shí)有發(fā)生，采用傳統(tǒng)敞開式設(shè)備的變電站中開關(guān)兩側(cè)只配一組TA，可以簡(jiǎn)化接線、減少故障發(fā)生的概率，因而有其合理性。但采用GIS設(shè)備后，設(shè)備可靠性大大提高，故障的概率大幅降低，在母聯(lián)開關(guān)兩側(cè)采用兩組TA，不會(huì)對(duì)運(yùn)行造成太大影響，卻能有效避免母線死區(qū)發(fā)生單一故障導(dǎo)致的220 kV變電站全停風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)提高供電可靠性有積極作用。

（2）寧波地區(qū)夏季雷擊現(xiàn)象比較普遍，有可能會(huì)出現(xiàn)中性點(diǎn)接地的主變故障跳開后又因雷擊造成線路單相接地，此時(shí)110 kV側(cè)沒(méi)有中性接地點(diǎn)而沒(méi)有零序電流，因此線路零序過(guò)流保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，只能等主變間隙過(guò)流過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)，使母線失電、停電范圍擴(kuò)大。但系統(tǒng)中性點(diǎn)接地?cái)?shù)量過(guò)多，將導(dǎo)致短路電流超標(biāo)。隨著寧波電網(wǎng)的快速發(fā)展，短路電流過(guò)大已成為影響寧波電網(wǎng)安全穩(wěn)定的重要因素。因此，只有在短路電流、保護(hù)整定上下級(jí)配合等允許的情況下，220 kV變電站110 kV側(cè)無(wú)論是并列運(yùn)行還是分列運(yùn)行，保證110 kV正、副母均有且僅有一個(gè)中性點(diǎn)接地（自耦變壓器除外），可以提高供電可靠性。

（3）目前寧波電網(wǎng)的220 kV變電站配有2臺(tái)或3臺(tái)主變。當(dāng)配有3臺(tái)主變時(shí)，110 kV是分列運(yùn)行的，220 kV母差動(dòng)作而主變220 kV側(cè)開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，故障電流也無(wú)法通過(guò)110 kV側(cè)流向故障點(diǎn)，從簡(jiǎn)化二次接線的角度出發(fā)，可以不采用失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)的方法。但在220 kV變電站配2臺(tái)主變的情況下，一般110 kV側(cè)為并列運(yùn)行，220 kV母差動(dòng)作而主變220 kV側(cè)開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，故障電流就可以通過(guò)110 kV側(cè)流向220 kV母線上的故障點(diǎn)，此時(shí)采用失靈聯(lián)跳的方法由非電量保護(hù)出口跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)，在時(shí)限上遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于靠主變后備保護(hù)來(lái)切除故障，可以快速切除故障電流，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有積極作用。

3 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)南電網(wǎng)的規(guī)模與寧波電網(wǎng)有較大差距，但在設(shè)備及保護(hù)的配置上有其先進(jìn)的一面。本文從母聯(lián)開關(guān)TA的配置、220 kV主變中性點(diǎn)接地方式及220 kV失靈保護(hù)跳閘方式等幾個(gè)方面詳細(xì)分析了濟(jì)南電網(wǎng)與寧波電網(wǎng)的差異點(diǎn)及對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的不同影響，通過(guò)兩者的比較，得到了一些對(duì)寧波電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展有用的啟示。

[1]唐治國(guó)，毛乃虎，張發(fā)金．基于2組母聯(lián)電流互感器的死區(qū)保護(hù)[J]．電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（7）：95-96．

（本文編輯：李文娟）

Analysis and Comparison of Relay Protection Configurations of Ningbo and Ji'nan Power Grids

REN Lei

（Ningbo Electric Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315010，China）

This paper analyzes the different influences ofvarious bus coupler TA configurations，220 kV main transformer neutral point grounding methods and 220 kV failure protection trip methods on power grid through configuration comparison of primary and secondary equipments of Ningbo and Ji'nan Power Grids and makes suggestions on the configuration which is more suitable for Ningbo Power Grid.

Ningbo；Ji′nan；power grid；protection configuration；comparison

TM727.2

B

1007-1881（2010）08-0006-03

2009-12-07

任 雷（1983-），男，浙江寧波人，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度工作。