浙江電網(wǎng)220 kV同桿并架線路雷擊應(yīng)對措施研究

錢建國，裘愉濤，方愉冬

（浙江省電力公司，杭州 310007）

浙江地處我國東部沿海，位于中、低緯度的沿海過渡地帶，地形特征為“七山一水二分田”，同時受西風(fēng)帶和東風(fēng)帶天氣系統(tǒng)的雙重影響，是我國受臺風(fēng)、暴雨、雷電、寒潮、大風(fēng)、冰雹、凍害等災(zāi)害影響最嚴(yán)重地區(qū)之一。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，同桿并架線路在浙江電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越多，而雷擊引起同桿并架線路的同時故障、同時停役的事件也逐年增多，成為影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的主要危險點之一。

1 220 kV同桿并架線路同時故障分析

1.1 浙江電網(wǎng)線路并桿情況

在浙江電網(wǎng)220 kV及以上線路中，同桿并架線路長度超過50%的500 kV線路合計26對，占500 kV線路總數(shù)的46%；同桿并架線路長度超過50%的220 kV線路合計245對，占220 kV線路總數(shù)的68%。在220 kV系統(tǒng)中，有16座電鐵牽引站由同桿并架線路供電；除此之外，常規(guī)220 kV同桿并架線路共有229對。在常規(guī)線路中，全線同桿的線路有162對，50%以上同桿的線路有66對，涉及23個終端（包括分層分區(qū)終端）變電站，有4個終端變電站串供電鐵負(fù)荷。

由于220 kV同桿并架線路較多，且涉及多個終端變電站，同桿并架兩回線路同時跳閘對電網(wǎng)運行的影響顯然非常嚴(yán)重，輕者限制局部電網(wǎng)供電，重者可能導(dǎo)致造成兩座及以上220 kV變電站失電或?qū)⒃斐删植侩娋W(wǎng)孤立運行。

1.2 同桿并架線路故障統(tǒng)計

對于同桿并架線路而言，單一線路的故障產(chǎn)生的危害與其他常規(guī)線路相同，在此不作分析。對電網(wǎng)危害性較大的是同桿并架線路同時發(fā)生故障的情況。對5年來浙江電網(wǎng)220 kV同桿并架線路同時故障的情況進行了統(tǒng)計，見表1。

表中的0.5次表示同桿并架的兩回線路中，一回為單相故障，另一回為相間故障。從表1的數(shù)據(jù)中可以看到，5年來，浙江電網(wǎng)220 kV同桿并架線路共計故障31次。同桿并架線路絕大部分故障類型相同：有22次為單相瞬時性接地故障，保護均正確動作切除故障相并重合成功；1次為單相永久性接地故障，兩線保護均正確動作切除故障相，重合后加速三相跳閘；8次為兩相接地故障，保護均正確動作，直接三相跳閘。兩線路異名相跨線故障共發(fā)生了6次，其中4次兩線均配置分相電流差動保護，保護選相正確動作，一線重合成功；有2次兩線均配置雙套高頻保護，保護直接三相跳閘擴大停電范圍，甚至造成1個變電站220 kV失壓。跨線異名相故障發(fā)生的概率雖小，但容易導(dǎo)致繼電保護動作不正確，造成的危害不容忽視。

表1 220 kV同桿并架線路同時故障情況統(tǒng)計

分析故障原因發(fā)現(xiàn)，除2008年有3次故障因嚴(yán)重冰災(zāi)線路覆冰引起外，其余均因雷擊所致。在這31次故障中，單相瞬時性故障20次，占64.5%；單相永久性故障1次，占3.2%；相間故障8次，占25.8%。進一步分析發(fā)現(xiàn)，除了2008年中因嚴(yán)重冰災(zāi)線路覆冰導(dǎo)致的故障為永久性故障外，因雷擊引起的單相故障均為瞬時故障；相間故障因三相跳閘不重合，無法直接確認(rèn)是否為瞬時故障，但因雷擊引起的故障均能夠強送成功，間接說明是瞬時故障。

2 線路繼電保護的配置分析

2.1 故障時繼電保護動作行為分析

繼電保護配置情況和動作行為直接決定了不同類型故障對系統(tǒng)的危害程度，良好的繼電保護配置可以有效降低故障危害。浙江電網(wǎng)中的220 kV線路均配置了雙重化的線路保護，并配置單相重合閘或特殊重合閘（單相故障三跳重合1次，相間故障三跳不重合）。

當(dāng)線路發(fā)生故障時，不同的故障類型和不同的保護配置將導(dǎo)致截然不同的結(jié)果：

（1）當(dāng)雙線同時發(fā)生單相故障時，無論采用何種保護都能夠選相跳閘并進行重合，當(dāng)發(fā)生瞬時性故障時，斷路器重合成功；當(dāng)發(fā)生永久性故障時，斷路器重合失敗導(dǎo)致線路停役。

（2）當(dāng)雙線同時發(fā)生多相故障時，保護將三相跳閘，在目前所采用的重合閘方式下將不會進行重合，導(dǎo)致雙線同停。

（3）當(dāng)線路發(fā)生異名相跨線故障時，斷路器的動作行為與繼電保護的配置密切相關(guān)。若線路配置2套分相電流差動保護，則保護將能夠正確選相并按選相結(jié)果進行單跳單重，重合成功與否取決于故障是否為瞬時性故障。若2套線路保護中有1套不是分相電流差動保護而是常規(guī)的高頻閉鎖式保護或光纖允許式保護，高頻保護/光纖允許式保護均因原理不足可能會誤選三相而導(dǎo)致斷路器直接三相跳閘，即使另一套光纖差動保護正確選相跳閘，在目前所采用的重合閘方式下，斷路器也無法進行重合，將導(dǎo)致雙線同停。

綜上所述，線路能否可靠供電，首先取決于故障的類型，當(dāng)發(fā)生永久性故障時，無論采用何種保護和重合閘方式，都將導(dǎo)致線路停役；當(dāng)線路發(fā)生瞬時性故障時，線路繼電保護的配置和重合閘方式的選擇對線路的供電可靠性起至關(guān)重要的作用。

2.2 浙江電網(wǎng)220 kV同桿線路保護配置現(xiàn)狀

（1）有138對雙線均配置雙套光纖電流差動保護，占同桿并架線路總數(shù)的56.3%。

（2）有19對線路為僅送電側(cè)配置保護的電鐵供電線路和橋接線變電站送電線路。尤其是16對電鐵供電線路由于均未配置重合閘，同桿線路一旦雙線同時發(fā)生任何故障均將導(dǎo)致雙線同停。

（3）有81對線路均配置有高頻保護（或光纖距離），在線路發(fā)生異名相跨線故障時將導(dǎo)致雙線同時永久性跳閘。

（4）有7對同桿并架線路其中一線配置雙套光纖電流差動保護、一線配置有高頻保護（或光纖距離），在線路發(fā)生異名相跨線故障時配置高頻保護的線路將永久性跳閘。

特別需要指出的是，除（2）中提到的19對僅送電側(cè)配置保護的線路外，目前還有16對正常運行同桿雙回線路送至終端變電站尚未配置雙套光纖電流差動保護，這些同桿并架線路若同時故障跳閘將直接導(dǎo)致至少1個220 kV變電站全停。

浙江的地形特征和電網(wǎng)負(fù)荷需求，決定了同桿雙回乃至同桿多回線路在電網(wǎng)中將會占據(jù)更大的比重。因此，需要對其進行重點分析研究，綜合制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。

3 應(yīng)對措施研究

3.1 線路防雷應(yīng)對措施

從統(tǒng)計分析可以看到，雷擊是導(dǎo)致同桿并架線路跳閘最主要的原因，因此首先需要從線路上加強防雷能力，主要可以采用以下措施：

（1）參考當(dāng)?shù)乩纂姺植紙D，從線路路徑選擇上避開雷電密集地區(qū)。

（2）減少避雷線保護角或采用負(fù)保護角，降低線路被雷電繞擊概率。

（3）降低桿塔接地電阻，有效降低雷電反擊過電壓。

（4）對同桿線路采用差異絕緣設(shè)計。由于差異化絕緣設(shè)計需要絕緣相差較大（30%～35%）時才有效果，同一電壓等級的線路要實現(xiàn)這一絕緣差異較為困難。因此，在線路路徑合適時，可以考慮采用不同電壓等級的多回路同桿并架線路的方案，以犧牲低電壓等級線路的方式來確保高壓、主網(wǎng)線路的供電可靠性。

3.2 合理安排系統(tǒng)運行方式

在不同的系統(tǒng)運行方式下，同桿并架線路同時跳閘對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響是不盡相同的，合理安排運行方式可大幅降低系統(tǒng)的運行風(fēng)險：

（1）在規(guī)劃設(shè)計階段就要考慮，對于承擔(dān)重要負(fù)荷的終端變電站（如電鐵牽引站），可以考慮從不同的變電站接入，并盡可能減少其進線的同桿部分。

（2）在系統(tǒng)分層分區(qū)時，應(yīng)充分考慮同桿并架線路的影響，盡量避免出現(xiàn)同桿雙回線路送至終端變電站的情況，特別應(yīng)避免串供多個終端變電站的現(xiàn)象。

（3）合理進行終端變電站負(fù)荷分配，同時配置合適的安全自動裝置（如備自投、過載聯(lián)切等），盡可能減少同桿并架線路雙線同停產(chǎn)生的負(fù)荷損失，降低其危害性。

（4）選用合適的重合閘方式。目前，浙江電網(wǎng)220 kV線路采用單相重合閘方式或特殊重合閘方式，2種方式均對繼電保護有選相跳閘要求，發(fā)生相間故障時，均不再進行重合，這就產(chǎn)生了同桿并架雙回線選相正確性問題，并需要對終端系統(tǒng)進行穩(wěn)定校核。當(dāng)重合于多相永久性故障不會造成系統(tǒng)失穩(wěn)時，對符合條件的同桿并架線路采用三相重合閘方式，作為異名相跨線瞬時性故障時防止雙線同時跳閘的措施。特別是對于現(xiàn)有的電鐵牽引站，均為終端變電站且大多由同桿并架線路供電，考慮供電的重要性，應(yīng)當(dāng)配置合適的重合閘方式，提高供電可靠性。

3.3 繼電保護應(yīng)對措施

（1）配置雙套分相電流差動保護。普通高頻保護對跨線異名相故障會誤切雙線，而分相電流差動保護具有天然的選相功能。因此，配置分相電流差動保護可以顯著提高同桿并架線路的運行可靠性。

（2）分相電流差動保護裝置內(nèi)的快速后備段（如距離Ⅰ段、工頻變化量阻抗等）的選相原理，直接影響在同桿并架線路異名相跨線故障情況下保護動作的正確性。因此，需要對其定值設(shè)置、選相原理進行調(diào)整（如優(yōu)先采用差動選相），確保快速后備段正確選相跳閘。

4 結(jié)語

為了節(jié)省輸電線路走廊、節(jié)約資源，同桿并架線路在浙江電網(wǎng)中的應(yīng)用將會越來越廣泛。在大力應(yīng)用同桿并架線路的同時，應(yīng)從多方面采取措施降低同桿并架線路在故障時同時停電的可能，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。

[1]張紅.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]朱松林.繼電保護培訓(xùn)實用教程[M].北京：中國電力出版社，2011.