電力系統(tǒng)單線單變供電問(wèn)題和解決方案

廣東電網(wǎng)公司清遠(yuǎn)供電局 李開紅

為滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，電網(wǎng)建設(shè)也相對(duì)加快，但由于考慮到投資收益等各方面原因，局部地區(qū)特別是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，電網(wǎng)建設(shè)初期往往只考慮了投資少、見效快的單線單變供電方式，暫時(shí)改變用電問(wèn)題，但這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，供電可靠性很低。為確保電網(wǎng)安全和可靠供電，必須采取相應(yīng)的自動(dòng)裝置，完善相應(yīng)二次回路來(lái)彌補(bǔ)一次系統(tǒng)的不足，確保主供電源故障時(shí)，能夠盡快自動(dòng)恢復(fù)供電，同時(shí)避免電網(wǎng)事故事件發(fā)生。

1.存在問(wèn)題

如本文3.1.1主接線圖所示，220kV保城站目前僅有一條220kV山保線與500kV站主系統(tǒng)連接，110kV線路所連接的110kV變電站均有小水電電源，小水電電源自動(dòng)調(diào)節(jié)能力較差問(wèn)題突出。當(dāng)220kV山保線發(fā)生三相跳閘，小水電電源可能形成孤立系統(tǒng)但不穩(wěn)定或者直接導(dǎo)致局部電網(wǎng)失壓，電壓質(zhì)量也無(wú)法保證，也無(wú)法保證220kV山保線重合成功，以致造成保城站、吉田站、福堂站失壓電網(wǎng)事故事件，影響區(qū)域供電，在雷電多發(fā)季節(jié)情況更加嚴(yán)重。為防止局部電網(wǎng)事故事件發(fā)生，確保該供電區(qū)域?qū)τ脩艨煽抗╇?，有必要采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以自?dòng)恢復(fù)220kV保城站、吉田站、福堂站負(fù)荷供電。

2.控制原則要求

2.1 220kV山保線線路兩側(cè)投綜合重合閘方式，單相瞬時(shí)性故障情況下，線路保護(hù)動(dòng)作單跳，依靠線路重合成功確保保城站與系統(tǒng)的連接。

2.2 當(dāng)220kV山保線線路發(fā)生相間瞬時(shí)性故障，保城站側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作三跳，聯(lián)切保城站110kV線路（有小水電電源上網(wǎng)），線路重合成功確保保城站與系統(tǒng)的連接，然后依靠110kV線路重合閘自動(dòng)恢復(fù)下一級(jí)負(fù)荷供電。

2.3 當(dāng)220kV山保線線路發(fā)生永久性故障時(shí)，保城站側(cè)QF2重合不成功，投備用電源110kV安保線即合上QF13恢復(fù)保城站220kV母線、110kV母線電壓，然后依靠110kV線路重合閘自動(dòng)恢復(fù)下一級(jí)負(fù)荷供電。

2.4 保城站被聯(lián)切的110kV保吉線、保褔線，重合閘方式選擇檢線路無(wú)壓重合。

2.5 保城站110kV保吉線、保褔線被聯(lián)切后，110kV吉田站、福堂站由本站低頻（含過(guò)頻）、低壓（含過(guò)壓）自動(dòng)裝置切10kV小水電線路且閉鎖重合閘。[1]

3.系統(tǒng)運(yùn)行及保護(hù)自動(dòng)裝置配置方案

3.1 正常運(yùn)行方式如結(jié)線圖

3.1.1 主結(jié)線圖(見圖1)

圖1 主結(jié)線圖

3.1.2 正常運(yùn)行方式說(shuō)明

500kV變電站主系統(tǒng)運(yùn)行，由220kV山保線供220kV保城站、110kV吉田站、福堂站運(yùn)行。

220kV山保線QF1、QF2斷路器在合閘位置；保城站主變QF3、QF4斷路器在合閘位置；110kV保吉線QF5、QF6斷路器在合閘位置；吉田站主變QF9、QF10斷路器在合閘位置；10kV水電線路QF14、QF15斷路器在合閘位置；110kV保褔線QF7、QF8斷路器在合閘位置；福堂站主變QF11、QF12斷路器在合閘位置；10kV水電線路QF16、QF17斷路器在合閘位置；山保線、保吉線、保褔線線路保護(hù)、保城站主變、220kV及110kV母線保護(hù)均正常投入運(yùn)行。

220kV山安線供220kV安峰站，即山安線QF18、QF19斷路器在合閘位置；安峰站主變QF20、QF21斷路器在合閘位置；山安線、安峰站主變、220kV及110kV母線保護(hù)均正常投入運(yùn)行。

圖2 山保線三跳聯(lián)切110kV線路二次回路

110kV安保線由安峰站側(cè)充電線路運(yùn)行，即安保線QF22斷路器在合閘位置，QF13在分閘位置，為熱備用狀態(tài)，線路保護(hù)正常投入運(yùn)行。

220kV保城站山保線保護(hù)三跳聯(lián)切、線路備自投正常投入運(yùn)行；110kV吉田站電壓頻率裝置1、福堂站電壓頻率裝置2正常投入運(yùn)行。

3.2 保護(hù)及自動(dòng)裝置配置

3.2.1 220kV保城站增加220kV山保線QF2保護(hù)三跳聯(lián)切出口接點(diǎn)及相關(guān)二次回路，接入至110kV保吉線、保褔線保護(hù)跳閘開入的二次回路。以實(shí)現(xiàn)220kV山保線三相跳閘聯(lián)切小水電，確保山保線能夠重合，110kV保吉線、保褔線依靠本線重合閘自動(dòng)重合。

山保線三跳聯(lián)切110kV線路二次回路如圖2。

3.2.2 220kV保城站配置線路備自投裝置[2]一套，實(shí)現(xiàn)220kV山保線故障跳閘且重合不成功時(shí)，自動(dòng)投入備用電源110kV安保線。

3.2.3 110kV吉田站、福堂站：各配置一套電壓頻率切機(jī)自動(dòng)裝置，具備低頻、低壓、過(guò)頻、過(guò)壓功能，實(shí)現(xiàn)電壓、頻率異?？刂疲谐?0kV小水電線路。

4.備自投充電及閉鎖條件

4.1 充電條件

220kV山保線運(yùn)行QF2在合位，保城站主變?cè)谶\(yùn)行狀態(tài)且變高QF3、變中QF4在合閘位置，無(wú)其它外部閉鎖條件，即保城站220kV母線有壓，且山保線QF2在合位，110kV安保線熱備用QF13在分位線路有壓，滿足充電條件。

4.2 閉鎖條件

220kV山保線、保城站主變、220kV或110kV母線備用，即QF2、QF3、QF4斷路器、及其隔離開關(guān)在分位；110kV安保線QF13檢修；220kV及110kV母線電壓互感器檢修狀態(tài)；220kV及110kV母線保護(hù)、主變保護(hù)動(dòng)作等外部條件均閉鎖備自投。

5.自動(dòng)裝置定值整定原則及要求

5.1 保城站

5.1.1 山保線重合閘

投綜合重合閘方式，即單相故障跳單相重合單相，Tch1=0.8秒；相間故障跳三相重合三相，Tch3=3.5秒，線路兩側(cè)方式相同。

5.1.2 山保線三跳聯(lián)切

220kV山保線發(fā)生瞬時(shí)相間或永久性故障時(shí)，保城站側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳QF2三相開關(guān)，為防止保城站與吉田站、福堂站之后形成小系統(tǒng)，電壓不穩(wěn)定，導(dǎo)致山保線QF2重合閘無(wú)法動(dòng)作等問(wèn)題，需采取適當(dāng)措施。即當(dāng)山保線保護(hù)發(fā)出三相跳閘命令時(shí)，同時(shí)聯(lián)切具有水電上網(wǎng)的110kV保吉線、保褔線，聯(lián)切回路接入保吉線、保褔線的保護(hù)跳閘回路，不閉鎖重合閘。由山保線重合閘或備自投恢復(fù)保城站供電，然后由保吉線、保褔線自動(dòng)重合恢復(fù)吉田站、福堂站供電。

5.1.3 110kV線路重合閘

投綜合重合閘方式，即線路任何故障均跳三相，可以檢線路無(wú)壓母線無(wú)壓（或有壓），檢線路有壓母線無(wú)壓，Tch=5.5秒。

5.1.4 線路備自投

選擇使用方式1，即220kV山保線為主供電源，110kV安保線為備用電源，跳閘時(shí)限：Tt=4.5秒；合閘時(shí)限：Th=0.15秒；

5.2 吉田站

電壓頻率切機(jī)自動(dòng)裝置：過(guò)頻Tfhqs1=0.1秒，過(guò)壓Tuhqs1=0.1秒，低頻Tfs1=0.1秒，低壓Tus1=0.1秒。

5.3 福堂站

電壓頻率切機(jī)自動(dòng)裝置：過(guò)頻Tfhqs1=0.1秒，過(guò)壓Tuhqs1=0.1秒，低頻Tfs1=0.1秒，低壓Tus1=0.1秒。

6.保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作邏輯論證

6.1 220kV山保線瞬時(shí)故障

6.1.1 單相瞬時(shí)故障

根據(jù)220kV山保線保護(hù)整定原則，線路發(fā)生單相瞬時(shí)故障時(shí)，保城站側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳QF2單相開關(guān)，此時(shí)保城站通過(guò)非故障相短時(shí)運(yùn)行，經(jīng)Tch1=0.8秒后單相重合成功。

山保線單相重合成功，不聯(lián)切110kV保吉線、保褔線，保城站備自投不動(dòng)作，吉田站、福堂站自動(dòng)裝置不動(dòng)作。保城站以及吉田站、福堂站基本不受影響，可以維持正常運(yùn)行。

6.1.2 相間瞬時(shí)故障

山保線發(fā)生相間瞬時(shí)故障時(shí)，保城站側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳QF2三相開關(guān)，此時(shí)保城站與賢令山站主系統(tǒng)完全斷開，同時(shí)聯(lián)切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器。根據(jù)整定原則，此方式下，吉田站自動(dòng)裝置經(jīng)0.1秒動(dòng)作跳開QF14、QF15水電線路；福堂站自動(dòng)裝置經(jīng)0.1秒動(dòng)作跳開QF16、QF17水電線路。至此保城站、吉田站、福堂站均為失壓狀態(tài)，山保線跳閘后經(jīng)Tch3=3.5秒后三相重合成功，保城站220kV、110kV母線電壓恢復(fù)正常；由于山保線三跳同時(shí)聯(lián)切保城站側(cè)保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，且不閉鎖線路重合閘，保吉線QF5、保褔線QF7重合閘檢線路無(wú)壓條件滿足，經(jīng)Tch=5.5秒重合成功，恢復(fù)吉田站、福堂站供電負(fù)荷。

山保線發(fā)生相間瞬時(shí)故障，跳開QF2三相開關(guān)，同時(shí)聯(lián)切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，保城站220kV、110kV母線失壓。此時(shí)保城站線路備自投滿足啟動(dòng)條件開始啟動(dòng)，但由于山保線跳閘后經(jīng)Tch3=3.5秒后三相重合成功，而備自投跳閘時(shí)限：Tt=4.5秒，母線電壓提前恢復(fù)正常，備自投立即返回，備自投裝置不動(dòng)作，不發(fā)跳令，而自動(dòng)恢復(fù)至正常運(yùn)行狀態(tài)。

6.2 山保線單相（或相間）永久性故障

山保線單相永久性故障時(shí)，根據(jù)整定原則，保城站側(cè)保護(hù)第一次動(dòng)作跳QF2單相開關(guān)，并經(jīng)Tch1=0.8秒后進(jìn)行單相重合，由于線路永久性故障，重合后加速保護(hù)將立即發(fā)三相跳閘命令，重合不成功。同時(shí)聯(lián)切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，吉田站自動(dòng)裝置QF14、QF15水電線路；福堂站自動(dòng)裝置經(jīng)0.1秒動(dòng)作跳開QF16、QF17水電線路。

山保線相間永久性故障時(shí)，根據(jù)整定原則，保城站側(cè)保護(hù)第一次動(dòng)作跳QF2三相開關(guān)，同時(shí)聯(lián)切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，吉田站自動(dòng)裝置QF14、QF15水電線路；福堂站自動(dòng)裝置經(jīng)0.1秒動(dòng)作跳開QF16、QF17水電線路。山保線經(jīng)Tch3=3.5秒后進(jìn)行三相重合，由于線路永久性故障，重合后加速保護(hù)將立即再次發(fā)三相跳閘命令，重合不成功。

從以上山保線單相、相間永久性故障情況來(lái)看，220kV保城站、110kV吉田站、福堂站將全部失壓。因山保線重合不成功，保城站220kV、110kV母線失壓，此時(shí)保城站線路備自投滿足啟動(dòng)條件開始啟動(dòng)，經(jīng)備自投跳閘時(shí)限：Tt=4.5秒發(fā)出跳山保線QF2命令并確認(rèn)在斷開位置后，再經(jīng)合閘時(shí)限：Th=0.15秒，發(fā)合閘命令合上110kV安保線QF13斷路器，約經(jīng)4.65秒時(shí)間，保城站220kV、110kV母線電壓先恢復(fù)正常運(yùn)行。

由于山保線重合不成功而發(fā)三相跳閘命令聯(lián)切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，保吉線、保褔線重合閘采取位置不對(duì)應(yīng)等方式同時(shí)啟動(dòng)，經(jīng)Tch=5.5秒重合成功，恢復(fù)吉田站、福堂站供電負(fù)荷。

7.結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上分析，得出以下論：

7.1 220kV山保線發(fā)生單相瞬時(shí)故障時(shí)，只需要本身線路重合閘動(dòng)作就可以恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行和供電；

7.2 220kV山保線發(fā)生三相瞬時(shí)故障時(shí)，依靠三跳聯(lián)切等自動(dòng)裝置切除水電后，然后由山保線、保吉線、保褔線重合閘逐級(jí)自動(dòng)恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行和供電；

7.3 220kV山保線發(fā)生單相（或相間）永久性故障時(shí)，依靠三跳聯(lián)切等自動(dòng)裝置切除水電后，然后由線路備自投先恢復(fù)保城站供電，再由保吉線、保褔線重合閘自動(dòng)恢復(fù)電網(wǎng)正常運(yùn)行和供電；

綜上所述，在局部區(qū)域電網(wǎng)特別是有小水電的山區(qū)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的地方，采取有關(guān)備自投、電壓頻率自動(dòng)裝置等方式，來(lái)逐級(jí)自動(dòng)恢復(fù)供電，既能滿足經(jīng)濟(jì)又可靠，而且能夠確保電網(wǎng)安全，避免電網(wǎng)的事故（或事件）發(fā)生，效果明顯。

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