雙回線并列運行方式探討

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(1.國網(wǎng)自貢供電公司，四川 自貢 643000；2.國網(wǎng)宜賓供電公司，四川 宜賓 644000)

0 引 言

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，要求供電企業(yè)提供更加安全、穩(wěn)定、可靠的電力。為提高電網(wǎng)的輸送能力，雙回線越來越多地用于電網(wǎng)的各電壓等級中。為保證對用戶供電的可靠性，很多電網(wǎng)的雙回線優(yōu)先考慮并列運行方式。

一般電網(wǎng)220 kV變電站的110 kV母線為雙母線，其配出線較多，一般并列運行雙回線分別由不同母線供電。通常采用單號編號開關上Ⅰ段母線，雙號編號開關上Ⅱ段母線運行的標準運行方式。對220 kV變電站110 kV系統(tǒng)有雙回線路出線的接線，如單回線路發(fā)生短路故障，故障線路保護或線路開關拒動，會發(fā)生220 kV變電站110 kV兩段母線失壓的電網(wǎng)大面積停電事故。具體分析如下。

1 系統(tǒng)運行方式及保護配置

1.1 運行方式

某220 kV變電站兩臺主變壓器帶110 kV 4回出線，其中L2、L3線路為雙回線并列運行方式，220 kV變電站1號主變壓器高、中壓側中性點接地運行，運行方式如圖1。

圖1 220 kV站正常運行方式

1.2 相關間隔的保護配置

(1)220 kV主變壓器后備保護和110 kV線路保護配置情況

220 kV主變壓器后備保護配置：①主變壓器3側配置雙套復壓閉鎖方向過流保護、主變壓器220 kV和110 kV側配置雙套零序電流保護、主變壓器220 kV和110 kV側配置雙套主變壓器中性點間隙零序過流、零序過壓保護。

110 kV線路保護配置：差動保護、3段式相間距離保護、3段式接地距離保護、4段式零序電流保護。

(2)220 kV主變壓器后備保護和110 kV線路保護時限設置情況

220 kV主變壓器后備保護時限：①220 kV主變壓器110 kV側復壓閉鎖方向過流保護時限為3.6 s(跳100號開關)、3.9 s(跳主變壓器110 kV開關)、4.2 s(跳主變壓器3側開關)；②220 kV主變壓器110 kV側零序過流保護時限為1.2 s(跳100開關)、1.5 s(跳主變壓器110 kV開關)、3.5 s(跳主變壓器3側開關)；③220 kV主變壓器110 kV側主變壓器中性點間隙零序過流、零序過壓保護時限為0.3 s(跳主變壓器3側開關)。

220 kV主變壓器后備保護方向規(guī)定：①110 kV側復壓閉鎖方向過流和零序過流保護時限Ⅰ、Ⅱ段方向，由主變壓器指向110 kV母線，Ⅲ段不帶方向；

110 kV線路保護時限：差動、相間、接地距離保護Ⅰ段0 s，零序電流Ⅰ段停用；相間、接地距離保護Ⅱ段0.9 s；相間、接地距離Ⅲ段3.3 s，零序保護Ⅱ段1.2 s、零序保護Ⅲ段1.8 s；零序保護Ⅳ段3.3 s。

110 kV線路保護方向規(guī)定：由110 kV母線指向線路，零序Ⅳ段不帶方向。

2 存在問題分析

2.1 線路1發(fā)生單相接地故障

圖2 線路1發(fā)生單相接地故障的系統(tǒng)短路電流

線路1發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)短路電流如圖2所示。1號主變壓器高壓側和中壓側均流過零序電流，1號主變壓器高壓側和中壓側零序過流啟動，如果線路111開關或111開關線路保護裝置拒動，在故障發(fā)生后1.2 s，由1號主變壓器中壓側零序過流Ⅰ段動作，跳110 kV母聯(lián)100開關。

圖3 110 kV母聯(lián)100開關跳開后故障零序電流分布

圖4 110 kV母聯(lián)100開關、1號主變壓器101開關跳開后故障零序電流分布

2.2 線路L4發(fā)生相間故障

線路L4發(fā)生相間故障，系統(tǒng)短路電流如圖5所示。2臺主變壓器高壓側和中壓側均流過短路電流，如果線路114開關保護拒動或114開關拒動，2臺主變壓器110 kV側復壓方向過流保護同時動作，以3.6 s跳開110 kV母聯(lián)100開關。

110 kV母聯(lián)100開關斷開后，因2號主變壓器與114開關接在同一母線，直接給故障點提供故障電流；而1號主變壓器則經(jīng)101開關、線路L2、線路L3、線路L4為故障點提供故障電流。此時母聯(lián)開關100開關雖然斷開，但并列運行的線路L2、線路L3起了母聯(lián)的作用，只是Ⅰ、Ⅱ母的殘壓值不同。在1、2號主變壓器110 kV復壓方向過流保護在跳開100開關后，沒有返回，仍在啟動狀態(tài)，2號主變壓器以3.9 s跳開102開關。

流過1號主變壓器的故障電流由距離拒動元件最近的保護來切除，由圖6可看出，最近的保護為B變電站的113開關保護。如果故障點在B變電站113開關距離保護Ⅱ段范圍內(nèi)，且距離Ⅱ段時間小于0.3 s，在2號主變壓器110 kV復壓方向過流動作之前，113開關距離Ⅱ段動作跳開113開關，此時可以將故障點完全隔離；如果距離Ⅱ段時間等于0.3 s，則113開關距離Ⅱ段與2號主變壓器110 kV復壓過流有可能同時動作；如果故障點在113開關距離保護Ⅱ段外(距離Ⅲ段時間一般大于1.5 s)，此時只能有1號主變壓器110 kV復壓過流動作3.9 s跳開101開關，才能將故障點完全隔離。

圖5 線路L4發(fā)生相間故障的系統(tǒng)短路電流

圖6 110 kV母聯(lián)100開關、2號主變壓器102開關跳開后故障電流分布

由以上分析可以看出，對于220 kV變電站110 kV出線有雙回線路的系統(tǒng)，雙回線路采用并列運行方式且分別運行在兩段母線上，如單回線路發(fā)生故障，同時故障線路開關或線路保護拒動，受并列雙回線路的影響，都將發(fā)生220 kV變電站110 kV母線全停的電網(wǎng)大面積停電事故。

3 解決方案

通過以上分析可以看出，正是由于有雙回線并列運行，在特定條件下，故障發(fā)生后產(chǎn)生了迂回供應的故障電流，導致為其供電的220 kV主變壓器誤跳，從而擴大了停電范圍。因此為了避免上述問題的發(fā)生，可以從保護整定計算、保護配置、運行方式等方面加以考慮，盡量減小事故影響，縮小事故停電范圍。

方案1：調整保護定值

若雙回線路所供110 kV變電站沒接小電機組，220 kV主變壓器110 kV側后備保護跳110 kV側分段開關時限按與本站110 kV出線線路保護Ⅱ段時限配合整定，整定為1.8 s；雙回線路110 kV變電站側開關線路零序保護Ⅱ段與220 kV變電站110 kV單回線路零序、距離保護Ⅲ段配合，零序保護Ⅱ段時限整定為0.5 s，距離保護Ⅱ段時限整定為1.5 s。

方案2：增加保護或自動裝置

(1)在負荷側變電站安裝故障解列裝置

在負荷變電站110 kV母線分段100開關增加裝設靈敏的解列保護裝置，當發(fā)生故障后，迅速動作跳開110 kV母線分段100開關，將L2線、L3線從雙回線并列運行狀態(tài)迅速解開成分列運行方式，滿足保護動作的選擇性。

(2)在中心站配置110 kV斷路器失靈保護

如果所供110 kV變電站為重要用戶，根據(jù)有關規(guī)定，線路保護采用遠后備方式，如果由其他線路或變壓器的后備保護切除故障將擴大停電范圍(例如采用多角形接線、雙母線或分段單母線等時)，并引起嚴重后果時，可以裝設斷路器失靈保護。在保持當前運行方式的前提下，在220 kV變電站配置110 kV斷路器失靈保護可以使停電范圍大大縮小。

方案3：調整系統(tǒng)運行方式

(1)雙回線路所供110 kV變電站接有小電機組，則可采取雙回線路分列運行方式，在110 kV變電站側安裝備自投裝置，實現(xiàn)線路備投以增加110 kV變電站供電可靠性。如110 kV變電站所供負荷較重，正常方式下不滿足分列運行條件，要求在110 kV變電站安裝備自投裝置，實現(xiàn)分段備投方式。

(2)在負荷側變電站安裝備自投裝置

1)若所供負荷又較輕的線路，采用一備一用方式，負荷側變電站投入線路備自投方式，220 kV變電站側線路開關分別上兩段母線，提高供電可靠性；

2)若所供負荷又較重的線路，采用線路變壓器組運行方式，負荷側變電站投入分段備自投裝置，220 kV變電站側線路開關分別上兩段母線,提高供電可靠性。

(3)將雙回線路安排在220 kV變電站的同一段110 kV母線上運行，由雙回線路并列運行供電的110 kV變電站，將雙回供電線路安排在220 kV變電站的同一段110 kV母線上運行。這種運行方式可以使事故停電范圍大大縮小。但當母線故障時，會造成相應的110 kV變電站全停。

4 結 語

隨著建設“一強三優(yōu)”步伐的加快，不斷提高電網(wǎng)供電可靠性是電網(wǎng)企業(yè)的職責。合理的電網(wǎng)結構和運行方式是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎。繼電保護裝置能否有效發(fā)揮作用與電網(wǎng)結構和運行方式有密切的關系，必須把它們作為一個整體來考慮。為此，根據(jù)電網(wǎng)實際情況，因地制宜，制定安全可靠的供電方式，設計最優(yōu)的保護整定方案，是提高供電可靠性的有力保證。