110 kV 雙回線整定計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)識別與預(yù)控

余榮強(qiáng)，蔣道乾，趙澤彪

(云南電網(wǎng)公司昭通供電局，云南 昭通 657000)

0 前言

隨著供電企業(yè)對供電可靠性的關(guān)注與重視，110 kV 電網(wǎng)建設(shè)多數(shù)采用雙回線供電形式，平行雙回線路成為電網(wǎng)的重要組成部分。在運(yùn)行過程中，宜采用“環(huán)網(wǎng)布置，開環(huán)運(yùn)行”的方式，但因電壓質(zhì)量、特殊運(yùn)行方式需求、供電可靠性等諸多因素，雙回線合環(huán)運(yùn)行的情況仍普遍存在，整定計(jì)算存在問題較多，近年來，行業(yè)內(nèi)對雙回線的保護(hù)配置開展了大量有效的應(yīng)用研究，但對于雙回線的整定計(jì)算分析較少，本文基于風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與預(yù)控，對于杜絕誤整定提高供電可靠性尤為必要。

1 整定計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)識別

1.1 雙回線與單回線的配合風(fēng)險(xiǎn)

某電網(wǎng)發(fā)生一起因110 kV 線路高阻接地，斷路器拒動(dòng)越兩級導(dǎo)致主變跳閘的事件。如圖1 所示，110 kV 線路BC 線發(fā)生C 相接地故障，B 站1DL (斷路器簡稱)保護(hù)拒動(dòng)，隨后A 站1、2 號主變相繼跳閘，切主變?nèi)齻?cè)，導(dǎo)致A 站對外停電，損失負(fù)荷約150 MW，6 個(gè)110 kV 變電站失壓，含一個(gè)縣城及四個(gè)重要用戶停電。

圖1 雙回線與單回線配合示意圖

本次事件中，暴露了雙回線與單回線配合的兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)一:A 站1、2 號主變與出線ABⅠ、Ⅱ線不配合。BC 線故障1DL 拒動(dòng)，應(yīng)由上一級ABⅠ線2DL、ABⅡ線3DL 作為后備保護(hù)跳閘切除故障，而不應(yīng)由上兩級設(shè)備主變保護(hù)切除故障，A站1、2 號主變跳閘屬于誤動(dòng)跳閘。

風(fēng)險(xiǎn)二:ABⅠ、Ⅱ線保護(hù)靈敏度不足，不能作下一級BC 線的后備保護(hù)。BC 線故障1DL 拒動(dòng)，應(yīng)由AB Ⅰ、Ⅱ線作為后備保護(hù)切除故障。BC 線高阻接地故障，雙回線2DL (3DL)流過的電流僅有120 A，遠(yuǎn)小于270 A 的整定值，靈敏度嚴(yán)重不足。

1.2 對角線配合風(fēng)險(xiǎn)

110 kV 線路ABⅡ線連續(xù)發(fā)生兩次A 相接地故障，B 站AB 雙線跳閘，導(dǎo)致B 站以下電網(wǎng)全停。第一次故障，2DL、4DL 均動(dòng)作跳閘，2DL重合成功，4DL 因保護(hù)裝置問題未重合，第二次故障時(shí)，因B 站3DL 與2DL 定值不配合越級跳閘，雙回線定值如圖2 所示。

圖2 雙回線定值不配合示意圖

本次事件中，暴露了雙回線對角線(雙回線形成矩形的對角位置，如圖2 中1DL 與4DL、2DL 與3DL)不配合導(dǎo)致一回線故障雙回線同時(shí)跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)一:失配點(diǎn)在1DL、2DL，即1DL 與4DL 失配，2DL 與3DL 失配，當(dāng)AB Ⅱ線故障，應(yīng)由2DL 和4DL 跳閘切除故障，因1DL 與4DL失配，4DL 拒動(dòng)越級到1DL 跳閘，1DL、2DL 跳閘造成雙回線同時(shí)跳閘。

風(fēng)險(xiǎn)二:失配點(diǎn)在3DL、4DL，即3DL 與2DL 失配，4DL 與1DL 失配，當(dāng)AB Ⅱ線故障，應(yīng)由2DL 和4DL 跳閘切除故障，因3DL 與2DL失配，2DL 拒動(dòng)越級到3DL 跳閘，3DL、4DL 跳閘造成雙回線同時(shí)跳閘。

2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控

針對以上識別風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際，雙回線的整定風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在繼電保護(hù)“四性”中的“選擇性和靈敏性”，以下主要從雙回線與上級主變配合、雙回線與單回線配合、雙回線內(nèi)部配合提出預(yù)控原則。

2.1 N－1 原則

控制整定計(jì)算“選擇性”風(fēng)險(xiǎn)，合理選擇運(yùn)行方式是關(guān)鍵。繼電保護(hù)整定計(jì)算應(yīng)以常見運(yùn)行方式為依據(jù)。常見運(yùn)行方式，是指正常運(yùn)行方式和被保護(hù)設(shè)備相鄰近的部分線路和元件檢修的正常檢修方式，視具體情況，檢修的線路和元件數(shù)量不宜超過該接點(diǎn)線路和元件總數(shù)的1/2［1］。

雙回線的整定，須將N－1 視為常見運(yùn)行方式。本文中提到的N－1 包括兩方面含義，一方面是一次網(wǎng)絡(luò)N－1，包括:雙回線其中一回線停運(yùn)或帶空線運(yùn)行、變電站2 臺及以上主變停運(yùn)1 臺、變電站出線停運(yùn)數(shù)量不超過線路總數(shù)的1/2。另一方面是二次保護(hù)配置N－1，如光纖保護(hù)因故退出運(yùn)行，靠后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，不能越級跳閘;本斷路器保護(hù)因故退出、本斷路器因故拒動(dòng)，靠上一級保護(hù)動(dòng)作切除故障，不能越級到上兩級跳閘。

2.2 相繼動(dòng)作原則

雙回線合環(huán)運(yùn)行受電流分流影響，兩種典型情況下無“靈敏度”，采用相繼動(dòng)作校核靈敏度。

第一種情況:雙回線內(nèi)部線故障時(shí)無靈敏度，雙回線合環(huán)運(yùn)行，任一點(diǎn)故障，所在線路兩側(cè)保護(hù)至少有一側(cè)保護(hù)有足夠靈敏度動(dòng)作跳閘，另一側(cè)保護(hù)允許按對側(cè)跳開后有靈敏度整定。一般，強(qiáng)電側(cè)配置的保護(hù)靈敏度段須在合環(huán)方式下有足夠靈敏度，弱電側(cè)按照相繼動(dòng)作整定。

第二種情況:因母線上電源分流影響，雙回線相鄰線路故障且斷路器拒動(dòng)，雙回線作后備保護(hù)無靈敏度，或雙回線故障且斷路器拒動(dòng)，相鄰線路作后備保護(hù)無靈敏度。整定規(guī)程明確指出，3kV～110kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)一般采用遠(yuǎn)后備原則，電力設(shè)備電源側(cè)的繼電保護(hù)整定值應(yīng)對本設(shè)備故障有規(guī)定的靈敏系數(shù)，對遠(yuǎn)后備方式，繼電保護(hù)最末一段整定值還應(yīng)對相鄰設(shè)備故障有規(guī)定的靈敏系數(shù)。在復(fù)雜電網(wǎng)中，當(dāng)相鄰元件故障而其保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，允許按其他有足夠靈敏系數(shù)的支路相繼跳閘后的接線方式，來校驗(yàn)本保護(hù)作為相鄰元件后備保護(hù)的靈敏系數(shù)。如圖1 所示，第一種情況下，BC 線故障1DL 拒動(dòng)，允許有足夠靈敏度的4DL 相繼跳閘后，作遠(yuǎn)后備的2DL、3DL 有靈敏度;第二種情況，ABⅠ線(Ⅱ線)故障2DL (3DL)拒動(dòng)，允許有足夠靈敏度的101(102)相繼跳閘后，作遠(yuǎn)后備的5DL 有靈敏度。

2.3 保護(hù)范圍“重疊”原則

對于復(fù)雜一次網(wǎng)絡(luò)接線、不同原理之間的保護(hù)配合時(shí)，計(jì)算保護(hù)范圍，按照保護(hù)范圍配合較為清晰。110kV 線路未配置快速保護(hù)普遍存在，故障切除需本線路的靈敏度段來保障，滿足靈敏度的同時(shí)，必然導(dǎo)致“保護(hù)范圍超越”的問題。為滿足選擇性要求，須在超范圍內(nèi)找到一段“時(shí)限短、范圍廣”的同原理(功能)的保護(hù)配合，下級保護(hù)范圍與上級保護(hù)范圍重疊實(shí)現(xiàn)完全配合，如圖3 所示。

圖3 上、下級保護(hù)定值配合示意圖

ABⅠ、Ⅱ線為BC、BD 線的上級線路，以距離保護(hù)為例，首端均配置兩段距離保護(hù)，一段為快速段，保護(hù)范圍為本線路70%～80%，不超越;二段為靈敏段，保本線有1.5 靈敏度同時(shí)超越到相鄰線路。為校核ABⅠ線Ⅱ段是否與BC、BD 線配合，計(jì)算上級保護(hù)1DL 的最大保護(hù)范圍以及配合段2DL、3DL 的最小保護(hù)范圍，圖中用箭頭標(biāo)識。1DL 與2DL 配合時(shí)，Za2 超范圍均與2DL 的兩段保護(hù)重疊，任一位置故障2DL 兩段保護(hù)均能動(dòng)作，因此，Za2 可選擇與2DL 的Zc1、Zc2 配合，優(yōu)先選擇Zc1。1DL 與3DL 配合時(shí)，Za2 超范圍僅與3DL 的Zd2 范圍重疊，因此，Za2 只能與3DL 的Zd2 配合。值得說明，當(dāng)校核1DL 與2DL、3DL 配合時(shí)，其最大保護(hù)范圍可能不一致，但不影響上述說明。同理，若校核3DL 的Zd2 與線末主變配置的同功能過流保護(hù)I 時(shí)，須計(jì)算Zd2 的最大保護(hù)范圍以及I 的最小保護(hù)范圍，Zd2時(shí)限大于I 時(shí)限，Zd2 保護(hù)超范圍與I 保護(hù)范圍完全重疊。

2.4 對角線“交叉”配合原則

雙回線的整定，對角線互相作遠(yuǎn)后備，最末一段必然出現(xiàn)失配，但并非最末一段失配，其它各段均作失配來整定，通常，采用“交叉”配合，能解決對角線不配合的問題，舉雙回線的零序保護(hù)示意如圖4。

圖4 對角線“交叉”配合示意圖

強(qiáng)電側(cè)1DL (2DL):Ⅰ段I0Ⅰ:按躲線末故障整定，無配合段;Ⅱ段I0Ⅱ:按與對角線Ⅰ段配合;Ⅲ段I0Ⅲ:按與對角線Ⅱ段配合;Ⅳ段I0Ⅳ:按與對角線Ⅳ段配合。弱電側(cè)3DL (4DL):Ⅰ段I0Ⅰ:按躲線末故障整定，無配合段;Ⅱ段I0Ⅱ:按與對角線Ⅰ段配合;Ⅲ段I0Ⅲ:按與對角線Ⅱ段配合;Ⅳ段I0Ⅳ:按與對角線Ⅲ段配合。

對于失配點(diǎn)的選擇，有兩種方案，選擇強(qiáng)電側(cè)或弱電側(cè)。本方案選擇弱電側(cè)3DL (4DL)，其優(yōu)勢在于，由于強(qiáng)電側(cè)電源分流作用，失配點(diǎn)3DL (4DL)零序Ⅳ段與相鄰線路的零序Ⅲ段配合，有效的降低了常見方式下相鄰線路故障越級跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，劣勢在于相鄰線路高阻接地?cái)嗦菲骶軇?dòng)，本斷路器無遠(yuǎn)后備作用，靠相繼動(dòng)作跳閘，此問題在第二種方案中同樣存在。

3 整定計(jì)算實(shí)例

3.1 整定計(jì)算示例

所有網(wǎng)絡(luò)參數(shù)歸算至平均額定電壓，基準(zhǔn)容量為100 MVA。網(wǎng)絡(luò)示意如圖5 所示:

3.2 計(jì)算方式

A、B 站主變均高、中壓側(cè)并列運(yùn)行，A 站大方式下2 號主變高、中壓側(cè)直接接地，小方式下1 號主變高、中壓側(cè)直接接地;B 站大、小方式下均保持一臺主變高壓側(cè)直接接地。其它各廠、站對應(yīng)大小方式分別對應(yīng)等值。

圖5 整定計(jì)算網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.3 整定計(jì)算

選擇四段式零序過流保護(hù)作為算例。

1)計(jì)算雙回線外110kV 線路的定值，聯(lián)絡(luò)線，整定原則如下:Ⅰ段I0Ⅰ，躲線末故障最大零序電流3I0max整定，可靠系數(shù)Kk取1.3，I0Ⅰ=Kk×3I0max;Ⅱ段I0Ⅱ，保線末故障最小零序電流3I0min有靈敏度，靈敏系數(shù)Ksen取1.5，I0Ⅱ=3I0min/Ksen;Ⅲ段I0Ⅲ，保線末故障最小零序電流3I0min有靈敏度，靈敏系數(shù)Ksen取2.5，I0Ⅲ=3I0min/Ksen;Ⅳ段I0ⅳ，保高阻接地可靠動(dòng)作，取240A，定值計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 110 kV 線路整定計(jì)算結(jié)果

2)計(jì)算雙回線下一級110kV 線路的定值，終端線

Ⅰ段I0Ⅰ，雙回線N－1，保線末故障2 的靈敏度，I0Ⅰ=3I0min/Ksen=1 096 A，t=0.15 S:Ⅱ段I0Ⅱ，雙回線及A 站N－1，保線末故障有2 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min/Ksen=778 A，t=0.4 S;Ⅲ段I0Ⅲ，雙回線及A 站N－1，保線末故障有3 靈敏度，I0Ⅲ=3I0min/Ksen=520 A，t=0.7S;Ⅳ段I0Ⅳ，按與上級雙回線1DL (2DL)零序Ⅳ段I0Ⅳ'反配合，配合系數(shù)K 取1.15，I0Ⅳ=I0Ⅳ'104 A，t=2.2 S。

3)計(jì)算雙回線弱電側(cè)3DL (4DL)定值

Ⅰ段I0Ⅰ:雙回線及A 站主變N－1，躲線末故障最大零序電流，I0Ⅰ=Kk×3I0max=936 A，t=0.0S。

Ⅱ段I0Ⅱ:原則1:按與相鄰線路Ⅰ段I0Ⅰ'配合，取與AD 線配合，計(jì)算最大分支系數(shù)Kfz0，考慮A 站AE、AF 線停運(yùn)，Kfz0=0.024，I0Ⅱ=K×Kfz0×I0Ⅰ'=1.15×0.024×5 152=142 A，t=0.4S;原則2:按與對角線Ⅰ段I0Ⅰ'配合，最大分支系數(shù)Kfz0，考慮A 站AD、AE、AF 線停運(yùn)，Kfz0=0.025，I0Ⅱ=K×Kfz0×I0Ⅰ'=1.15×0.025×1 825=52 A，t=0.4S;原則3:雙回線N－1，相繼動(dòng)作線末故障有1.3 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min=512A;綜上述，取I0Ⅱ=512A，t=0.4S。

Ⅲ段I0Ⅲ:原則1:按與相鄰線路Ⅱ段配合得59A;原則2:按與對角線Ⅱ段配合得31A;原則3:雙回線N－1，保線末故障有1.3 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min/Ksen=252 A;綜上述，取I0Ⅲ=252 A，t=0.7S。

Ⅳ段I0Ⅳ，按與對角線Ⅳ段I0Ⅳ'反配合，配合系數(shù)K 取1.15，I0Ⅳ=I0Ⅳ'/K=104 A，t=2.2S。

4)計(jì)算雙回線強(qiáng)電側(cè)1DL (2DL)定值

Ⅰ段I0Ⅰ:雙回線及B 站主變N－1，躲線末故障最大零序電流，I0Ⅰ=Kk×3I0max=1 825 A，t=0.0S。

Ⅱ段I0Ⅱ:原則1:按與對角線Ⅰ段I0Ⅰ'配合，最大分支系數(shù)Kfz=1，I0Ⅱ=K×Kfz×1.15×1×936=1 076 A，t=0.4S;原則2:按與下一級線路Ⅰ段I0Ⅰ'配合，最大分支系數(shù)Kfz=0.5，I0Ⅱ=K×Kfz×1.15×0.5×1 096=630 A，t=0.4 S;綜上述，取I0Ⅱ=1 076 A，t=0.4S。

Ⅲ段I0Ⅲ:原則1:按與對角線Ⅱ段配合得589A;原則1:按與下一級線路Ⅱ段配合得447A;原則3:雙回線運(yùn)行，A 站AE、AF 線停運(yùn)，保線末故障有1.3 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min/Ksen=623 A;綜上述，取I0Ⅲ=589 A，t=0.7S。

Ⅳ段I0Ⅳ，上級主變最末一級零序過流保護(hù)300A，單回線高阻接地取240A，雙回線，I0Ⅳ=240/2=120 A，時(shí)限取上級主變限值，t=2.5S。

3.4 動(dòng)作實(shí)例

本整定示例是作者所在電網(wǎng)的一個(gè)實(shí)際運(yùn)行模型，該雙回線投運(yùn)于2006 年，配置常規(guī)保護(hù)(無光差)，運(yùn)行環(huán)境極為惡劣，受雷擊、覆冰影響較大，投運(yùn)至今共跳閘達(dá)82 次，保護(hù)均正確動(dòng)作跳閘。AB Ⅰ線歷史跳閘42 次，雷擊跳閘62.5%，覆冰跳閘29.2%，其他8.3%;瞬時(shí)性故障85.5%，永久性故障14.5%。ABⅡ線歷史跳閘40 次，雷擊跳閘60%，覆冰跳閘37.5%，其他12.5%;瞬時(shí)性故障75%，永久性故障25%。

4 結(jié)束語

本文針對雙回線整定計(jì)算特有的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行識別與預(yù)控，對地區(qū)電網(wǎng)110kV 雙回線整定計(jì)算積累了實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，具有一定指導(dǎo)意義。此外，整定計(jì)算有一些風(fēng)險(xiǎn)普遍存在，如參數(shù)不實(shí)測、短路電流計(jì)算不準(zhǔn)、原則選擇不當(dāng)、裝置級整定錯(cuò)誤等。在日常整定計(jì)算工作中，只有充分識別風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行控制，才能杜絕誤整定的發(fā)生，從而提高供電可靠性。

［1］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì).3kV～110kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程［S］.北京:國家發(fā)展和改革委員會(huì)，2007:4－6.

［2］景敏慧，柳煥章，鄧洪濤，許群，張哲.平行雙回線路高阻接地故障保護(hù)的新思路［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32 (8):55－58.

［3］宋國兵，劉志良，康小寧，趙選宗，索南加樂.一種同桿并架雙回線接地距離保護(hù)方案［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38 (12).

［4］鄭曉玲.探討當(dāng)前電網(wǎng)中的同桿雙回線路繼電保護(hù)［J］.中國新技術(shù)產(chǎn)品，2011 (10):133－134.

［5］張雄偉，戴向峰，史棟媛，謝暉.一起同桿并架零序保護(hù)誤動(dòng)的分析及解決方案［J］.電氣應(yīng)用，2011 (1):46－49.