中性點不接地電力系統(tǒng)異地兩相短路故障的區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)構(gòu)想

唐山開灤東方發(fā)電有限責(zé)任公司 王學(xué)羽

1.前言

據(jù)統(tǒng)計電力系統(tǒng)短路故障的85%都是單相接地故障引起的。在中性點不接地電力系統(tǒng)中，如果發(fā)生了單相接地故障，在查找接地點和處理接地線路的操作過程中，由于整個電網(wǎng)的非故障相電壓一直升高到額定電壓的倍，很容易在其它電氣設(shè)備的絕緣薄弱點出現(xiàn)絕緣擊穿現(xiàn)象，造成第二個接地點，發(fā)生異地兩相短路故障，造成同網(wǎng)異地的兩條供電線路同時跳閘，因而擴大了停電故障范圍。

有關(guān)異地兩相短路電流的計算問題，可通過“零序阻抗拆分法”[1]通過手工計算或者計算機算法[2]來實現(xiàn)。

但對于中性點不接地電力系統(tǒng)，如何配置全系統(tǒng)的繼電保護，避免發(fā)生異地兩相接地短路時兩條線路同時跳閘，即在這些分別處于不同地點的兩條線路中，具有選擇性的只跳開一條負(fù)荷重要程度低的線路，使其迅速跳閘；而繼續(xù)維持重要性高的線路短時單相接地運行，直到有序退出運行狀態(tài)。上述問題一直是一個亟待解決的課題。

2.當(dāng)前微機綜保系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題

2.1 當(dāng)前微機綜保系統(tǒng)的現(xiàn)狀

近年來，微機綜合保護系統(tǒng)在電力系統(tǒng)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，使得電力系統(tǒng)的對各種電力設(shè)備繼電保護的選擇性、速動性、靈敏性、可靠性等方面得到大幅提高。整個微機綜保系統(tǒng)，又是由微機保護測控裝置組成。從測控裝置所保護的設(shè)備種類，可劃分為針對于線路、變壓器、發(fā)電機、電動機、母線、電容器、母線并列、母線解列、自投裝置、線路光纖縱差的多種測控裝置，從測控裝置所保護系統(tǒng)功能來看，又可劃分為針對電壓無功、低頻減載、故障錄波等測控裝置。

從微機綜合保護裝置的保護測控范圍上，又可分為以下幾類，1)作用于變電站內(nèi)保護單臺設(shè)備的綜合保護測控裝置。如微機線路保護測控裝置、微機電容器保護測控裝置。2)作用于變電站內(nèi)保護電力系統(tǒng)穩(wěn)定的綜合保護測控裝置。如：微機電壓無功綜控裝置、微機線路(輪切)解列裝置、微機線路解列裝置等。3)作用于兩變電站之間微機線路保護測控裝置。如線路光纖縱差測控裝置[3-4]。

2.2 微機綜合保護系統(tǒng)遇到的問題

要解決中性點不接地系統(tǒng)的異地兩相短路故障的線路保護，或者解決整個區(qū)域低頻減載保護等問題，僅依靠本站內(nèi)保護特定的電氣設(shè)備的微機測控裝置，如微機線路測控保護裝置、微機發(fā)電機保護測控裝置等，是不能夠滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的綜合保護要求。因為，上述這些故障都是由個別的單獨故障引起的系統(tǒng)性故障，要想從系統(tǒng)上處理解決，以達到處理結(jié)果最優(yōu)，應(yīng)主要側(cè)重于建立本區(qū)域智能型的綜合保護測控系統(tǒng)來統(tǒng)一分析、判斷、選擇、啟動和實施。

3.智能型區(qū)域性綜合保護測控系統(tǒng)及異地兩相短路的智能測控

3.1 智能型區(qū)域性綜 合保護測控系統(tǒng)

所謂智能型區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)，就是用光纖將系統(tǒng)內(nèi)多個變電站的微機線路測控裝置連接起來。將各變電站線路的三相電流、電壓數(shù)值、斷路器、隔離開關(guān)等開關(guān)狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集值，匯集到樞紐變電站的中心前置機上，實現(xiàn)樞紐變電站的中心前置機，對整個區(qū)域性電力系統(tǒng)進行綜合測控。系統(tǒng)構(gòu)成是：使用高速的數(shù)字傳感器，采集、傳送電流、電壓信號、開關(guān)開閉等信號；使用光纖高速傳輸，數(shù)據(jù)的雙向傳送，達到實施監(jiān)測與控制；使用中心前置機、大容量存儲器，高速處理實時信息；從控制功能上講，應(yīng)具有智能性、自愈性和事故預(yù)防能力以達到區(qū)域系統(tǒng)最優(yōu)化，可根據(jù)故障特性和系統(tǒng)狀況，確定需要控制或者跳閘的線路，臨時遠程修改某線路的繼電保護整定值，或者配置延時或短時閉鎖功能，以達和實現(xiàn)到系統(tǒng)最優(yōu)實施的控制(如圖1)。

圖1 智能型區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig1 The regional structure of intelligent monitoring and protection system

3.2 中性點不接地系統(tǒng)異地兩相短路故障保護構(gòu)成探討

異地兩 相短路故障保護的測控，是智能型區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)的部分功能之一。將其動作過程可舉例說明(如圖1)：如某一區(qū)域型35kV電力系統(tǒng)，由上級110kV系統(tǒng)相聯(lián)絡(luò)的樞紐變電站和自備熱電廠和一些變電站組成。當(dāng)336線路A相發(fā)生了單相接地時，由于非接地相電壓升高倍。如果在處理接地故障的過程中，368線路C相因為電纜頭絕緣薄弱被擊穿，又發(fā)生單相接地。即異地兩相接地故障。

如果沒有裝設(shè)智能型區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)，由于368、336開關(guān)限時速斷過電流保護的時限都是0.3秒，兩條線路將同時啟動過電流跳閘，兩條線路同時停電。

圖2 異地兩相接地短路故障保護控制Fig2 The phase-to-phase grounding fault in different spot protection control

但如果裝設(shè)智能型區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)各變電站的電流、電壓數(shù)值、斷路器、隔離開關(guān)的接通和閉合狀態(tài)等數(shù)據(jù)，將被上傳到樞紐變電站的前置機上，經(jīng)計算機處理、運算，進行如下系統(tǒng)處理：1)根據(jù)事先存儲的線路負(fù)荷重要程度序列表，選擇重要程度低的線路，優(yōu)先啟動跳閘指令，跳336開關(guān)。2)而對負(fù)荷重要程度高的線路開關(guān)，采用延時啟動跳閘指令，延時0.3秒(即0.6秒)跳368開關(guān)。3)336跳閘后，其接地點被切除。336單相故障電流消失，336A正常負(fù)荷電流被上傳的前置機，368延時保護又被恢復(fù)為0.3秒，可繼續(xù)向用戶供電直到有序退出運行和進入檢修狀態(tài)。從而避免兩條線路同時跳閘，盡最大限度的減小了線路停電范圍。將已經(jīng)接地的故障線路推出運行(如圖2)。

如對于低頻率減載保護系統(tǒng)，可根據(jù)頻率下降值，計算出負(fù)荷的總切除量，再根據(jù)事先存儲的線路負(fù)荷重要程度序列表，分配切除量，確定并啟動開關(guān)跳閘。

4.結(jié)語

通過探討中性點不接地系統(tǒng)異地兩相短路故障保護配置，可為我們電網(wǎng)技術(shù)改造工作提供如下借鑒作用：

4.1 智能型的區(qū)域性綜合測控保護系統(tǒng)，是智能電網(wǎng)區(qū)域化的具體化。中性點不接地系統(tǒng)異地兩相短路故障保護，又是智能型區(qū)域綜保系統(tǒng)的部分功能。將現(xiàn)有電網(wǎng)進行技術(shù)改造，逐步實現(xiàn)智能化升級，逐漸完善系統(tǒng)自愈功能，對于提高電力系統(tǒng)供電可靠性，減少停電事故，增強經(jīng)濟社會生活的穩(wěn)定，具有非常重要的意義。

4.2 在樞紐變電站的前置計算機，是整個區(qū)域性系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，不僅能承擔(dān)著對系統(tǒng)運行實時監(jiān)測功能，還承擔(dān)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析、計算和處理功能和系統(tǒng)內(nèi)繼電保護等自動裝置修改和控制功能。

4.3 傳輸信息所用的光纖，不僅承擔(dān)著數(shù)據(jù)、信號傳輸。還承擔(dān)著修改命令和控制指令傳輸，具有高速性和雙向性。

4.4 系統(tǒng)控制技術(shù)要求特點是：系統(tǒng)內(nèi)的控制參數(shù)、繼電保護定值，并不是固定不變的，而是根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)時的運行方式、線路運行狀態(tài)，以系統(tǒng)效益最大化，處理方案最優(yōu)化的原則，根據(jù)實時數(shù)據(jù)計算結(jié)果所確定的。具有實時性和智能性[5]。

[1]王學(xué)羽.中性點不接地電力系統(tǒng)異地兩相短路故障的案例分析[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,2012(9).

[2]米麟書,劉芳寧.中性點不接地系統(tǒng)兩點異相接地故障計算[J].四川電力技,1990(1)：24.

[3]鄭南章,曾錦松.微機繼電保護裝置運行中存在的誤區(qū)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010(1).

[4]張兆云,劉宏君,張潤超.數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站間光纖縱差保護研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010(3).

[5]方汀,王寬,陳佑健.變電站綜合自動化系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試若干問題闡述[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010(3).