110kV電網(wǎng)運行方式及斷路器失靈保護配置研究

王素英 劉華干

摘要：文章分析了深圳110kV電網(wǎng)不同運行方式存在的風險，針對斷路器拒動造成電網(wǎng)事故擴大的問題，提出220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護的措施。并以一起110kV線路開關拒動引發(fā)220kV站110kV母線和片網(wǎng)110kV站全站失壓的事故為例，對220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護的必要性進行了分析。

關鍵詞：運行方式；斷路器；失靈保護

中圖分類號：TM773?；?；?；?；文獻標識碼：A?；?；?；?；文章編號：1009-2374（2014）18-0140-03

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)復雜程度越來越高，其安全穩(wěn)定運行問題也越來越重要。尤其是《電力安全事故應急處置和調查處理條例》于2011年9月1日施行，社會各界對大面積停電和供電可靠性的關注度提高，采取措施防止事故范圍擴大顯得尤其重要。

斷路器拒動是電網(wǎng)故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障，斷路器拒動造成大面積停電的事故時有發(fā)生。失靈保護作為斷路器的后備保護，能有選擇地切除與失靈斷路器相鄰的斷路器，既保證了在盡可能短的時間內切除故障，又能有效避免事故進一步擴大。

斷路器失靈保護在高壓和超高壓系統(tǒng)中得到廣泛應用，目前在110kV系統(tǒng)中應用較少。本文從110kV電網(wǎng)運行方式入手，結合220kV盤古石站110kV盤梓Ⅰ線故障實例，研究110kV電網(wǎng)配置斷路器失靈保護的必要性。

1110kV電網(wǎng)運行方式

深圳220kV變電站110kV母線的主接線方式以雙母線接線為主。110kV變電站終期為三臺主變規(guī)模，高壓側母線主接線方式以單母分段接線為主。

1.1常規(guī)運行方式

深圳110kV電網(wǎng)結構主要采用雙回鏈式接線。110kV電網(wǎng)常規(guī)運行方式安排為：來自同一110kV變電站兩回出線分掛220kV變電站110kVⅠM、ⅡM。

這種運行方式的優(yōu)點是對于雙回出線的110kV變電站，220kV變電站110kV母線的一條母線失壓，110kV變電站不受影響，母聯(lián)開關流過的電流較小。

存在的風險是，110kV線路雙回路合環(huán)供電，110kV線路斷路器拒動時，因220kV變電站的110kV系統(tǒng)沒有配置失靈保護，將導致220kV變電站的110kV母線全部失壓，有可能造成多個110kV變電站全站停電的事故，擴大事故范圍。

1.2運行方式調整方案

（1）雙回線路掛同一母線運行。為降低大面積失壓事件的風險，考慮將同一個110kV變電站的雙回出線由分掛220kV電源變電站的兩段110kV母線改為掛同一段110kV母線運行。

優(yōu)點是可避免110kV開關拒動導致220kV變電站110kV母線全部失壓的風險。但是也存在一定問題，即雙回線路掛同一母線時，發(fā)生220kV變電站110kV母線單母失壓導致多個110kV變電站失壓的事件會增多。

（2）110kV變電站分裂運行。220kV變電站的110kV母線并列運行，同一個110kV變電站的雙回線路分掛不同母線，110kV變電站分裂運行。

110kV變電站分裂運行的優(yōu)點在于：可避免110kV線路斷路器拒動導致220kV變電站110kV母線全部失壓的風險；220kV變電站110kV母線N-1故障時，110kV變電站失壓數(shù)量比兩回線路掛同一母線時降低。

但是存在的運行風險也不少：110kV分段備自投功能使用較少，110kV變電站可靠性降低；大多數(shù)110kV變電站為3臺主變，掛兩臺主變的線路跳閘將導致兩段10kV母線失壓，因線路N-1導致的負荷損失事件會顯著增多；110kV變電站3臺主變分裂為2+1后，對于主變負荷分布不均勻的變電站，供電能力下降；雙回線分裂運行將影響網(wǎng)間互相支援能力；因電網(wǎng)分裂運行，設備單供較多，當單一設備故障時，造成用戶停電的可能性增加，降低了供電的可靠性；同一個變電站的不同主變可能由不同的220kV片網(wǎng)供電，配網(wǎng)進行不停電轉供時容易造成不同220kV片網(wǎng)經(jīng)10kV線路合環(huán)，增加配網(wǎng)不停電轉供風險。

2配置失靈保護必要性

從上面的分析來看，調整運行方式雖然可避免110kV開關拒動導致220kV變電站110kV母線全部失壓的風險，但是都不盡完善。110kV變電站分裂運行也只能是一種臨時性措施，而配置110kV斷路器失靈保護才是解決此類問題的最好辦法。

2.1配置原則

在200～500kV電網(wǎng)中以及110kV電網(wǎng)的個別重要部分，可按下列規(guī)定裝設斷路器失靈保護：

（1）線路保護采用近后備方式，對220～500kV分相操作的斷路器，可只考慮斷路器單相拒動的情況。

（2）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。

（3）如斷路器與電流互感器之間發(fā)生故障，不能由該回路主保護切除，而由其他線路和變壓器后備保護切除又將擴大停電范圍，并引起嚴重后果時。

按規(guī)定，110kV系統(tǒng)可配置斷路器失靈保護。110kV系統(tǒng)的失靈保護一般配置在雙母線接線的變電站，并與母線差動保護相配合，作為某一線路故障，線路斷路器拒動時的后備保護。

2.2配置失靈保護的必要性分析

為發(fā)揮110kV電網(wǎng)常規(guī)運行方式的優(yōu)勢，保證受電端的供電可靠性，考慮在220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護，以解決110kV線路開關拒動導致大范圍停電的問題。那么配置失靈保護以后的運行情況如何呢？

220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護后，可以采用常規(guī)運行方式，即110kV變電站雙回出線分掛220kV變電站110kVⅠM、ⅡM。因220kV變電站配置了110kV斷路器失靈保護，則110kV線路開關拒動時，失靈保護啟動，第一時限跳開110kV母聯(lián)開關，第二時限跳開失靈斷路器所連接的母線上所有斷路器，切除故障，從而保證另一條母線正常運行而不致造成110kV全站失壓，控制了事故范圍。

3案例分析

圖1故障電流分布及方向

2008年3月28日07點54分，110kV盤梓Ⅰ線發(fā)生C相接地故障，后發(fā)展為BC兩相接地故障，因盤梓Ⅰ線1511開關拒動，故障造成220kV盤古石站110kVⅠ、ⅡM短時失壓，110kV南布、工業(yè)區(qū)、坑梓站全站短時失壓。故障電流分布及方向見圖1所示。

保護具體動作情況分析如下：

（1）坑梓站雖為負荷側，故障電流由盤古石站#2主變提供，經(jīng)掛盤古石側ⅡM的盤梓Ⅱ線流向坑梓站，再沿盤梓Ⅰ線流向故障點，因此110kV盤梓Ⅰ線兩側主保護動作，但由于盤古石側1511開關機構故障，開關拒動，盤古石側1511開關未跳開，坑梓側跳開1511三相開關，重合閘動作，因故障未消失，后加速保護動作再次跳開三相開關。

（2）盤古石側#1主變提供的故障電流流向盤梓I線故障點，#2主變提供的故障電流經(jīng)母聯(lián)1012開關流向故障點，#1、#2主變后備保護動作，于0.9秒跳開母聯(lián)1012開關，于1.2秒切除主變中壓側1101、1102開關。

（3）盤古石站110kV母聯(lián)1012開關跳閘后，#2主變故障電流由盤布Ⅱ線、盤區(qū)Ⅱ線分別流至南布站、工業(yè)區(qū)站，經(jīng)盤布Ⅰ線、盤區(qū)Ⅰ線流回盤古石站110kVⅠM而流向盤梓Ⅰ線故障點。盤布Ⅰ線南布站側距離Ⅱ段保護動作，于1.2秒切除南布站1515開關，重合閘成功；盤區(qū)Ⅰ線工業(yè)區(qū)站側距離Ⅱ段保護動作，于1.2秒切除工業(yè)區(qū)站1513開關，重合閘成功。

在本次事故中，因220kV變電站110kV出線斷路器拒動，造成了220kV變電站兩條110kV母線和多個110kV變電站失壓，雖然繼電保護都正確動作，但事故擴大范圍太大，停電面積太大。

事故暴露了110kV線路斷路器拒動導致大面積失壓事件的風險，常規(guī)運行方式下這種風險將普遍存在。因此，為提高深圳電網(wǎng)的運行可靠性，提出220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護。

仍以220kV盤古石站110kV盤梓Ⅰ線故障來說明，1511開關拒動時，若盤古石站配置了110kV斷路器失靈保護，則失靈保護啟動母聯(lián)1012開關動作跳閘，再跳開110kVⅠM上所有開關，有效將故障隔離，不會影響到#2主變及110kVⅡM上110kV線路的供電，即110kVⅡM、盤區(qū)Ⅱ線、盤布Ⅱ線、盤梓Ⅱ線正常運行，工業(yè)區(qū)站、南布站、坑梓站不受影響，大大縮小停電范圍。

因此，為保證電網(wǎng)的安全運行，防止事故范圍擴大，220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護是十分必

要的。

4結語

本文提出在220kV變電站配置110kV斷路器失靈保護，當出線斷路器發(fā)生拒動時跳開110kV母聯(lián)開關并切除故障線路所在母線上所有元件，及時隔離故障，可以

防止事故范圍擴大，切實提高供電可靠性，對同類型電網(wǎng)具有參考價值和借鑒意義。

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作者簡介：王素英（1984—），深圳供電規(guī)劃設計院有限公司工程師，碩士，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與設計；劉華干（1983—），中廣核核電運營有限公司工程師，研究方向：電氣設備檢修與維護。