地方電網(wǎng)并網(wǎng)點保護(hù)配合問題分析及對策

龍俊伍，唐軍，陳呂鵬

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；2.華南理工大學(xué)，廣東廣州510640)

地方電網(wǎng)并網(wǎng)點保護(hù)配合問題分析及對策

龍俊伍1，唐軍1，陳呂鵬2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司郴州供電分公司，湖南郴州423000；2.華南理工大學(xué)，廣東廣州510640)

以郴州地區(qū)電網(wǎng)為例，針對多級串供、一個變電站存在多回110 kV出線、兩回聯(lián)絡(luò)線T接3種典型結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式下電網(wǎng)繼電保護(hù)中的不配合問題進(jìn)行了分析，易造成上級電網(wǎng)不能躲過下級變電站主變中、低壓側(cè)母線故障，導(dǎo)致越級跳閘。并提出了相應(yīng)的應(yīng)對策略，為繼電保護(hù)的正確配合提供依據(jù)。

繼電保護(hù)；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；運(yùn)行方式；整定配合；不配合點；距離保護(hù)；光差保護(hù)

合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，繼電保護(hù)裝置能否發(fā)揮積極作用，與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電力設(shè)備的布置是否合理有密切的關(guān)系，必須把它們作為一個有機(jī)整體統(tǒng)籌考慮，全面安排。

將電網(wǎng)統(tǒng)籌考慮，以220 kV及以上電壓等級電網(wǎng)為基礎(chǔ)，向110 kV及以下電壓等級電網(wǎng)輻射，使上、下級電網(wǎng)之間形成盡量簡單的電氣聯(lián)系有利于實現(xiàn)上、下級電網(wǎng)之間的配合，從而確保繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性。

2個供電主體之間由于存在競爭關(guān)系，輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營和管理上存在統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)上的障礙，必然產(chǎn)生電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的復(fù)雜化，兩網(wǎng)并列運(yùn)行后，上、下級設(shè)備之間的保護(hù)整定配合問題將受多級串供、樹狀、長短線的影響，產(chǎn)生多個不配合點。不配合點的增多將導(dǎo)致電網(wǎng)事故停電范圍擴(kuò)大、切除故障時間延長等問題，嚴(yán)重威脅供電可靠性。

目前，郴州地區(qū)存在兩家大型供電企業(yè)，兩網(wǎng)之間通過15條聯(lián)絡(luò)線并列運(yùn)行。受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響，上、下級電網(wǎng)之間存在諸多保護(hù)配合的問題。運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，并網(wǎng)110 kV聯(lián)絡(luò)線的跳閘頻次遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于網(wǎng)內(nèi)線路，且多為后備保護(hù)動作，保護(hù)配合不當(dāng)是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大威脅。文中就郴州地區(qū)兩網(wǎng)并存的網(wǎng)架之間存在的保護(hù)配合問題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的解決方案，為該地區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供建議。

1 繼電保護(hù)與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系分析

結(jié)構(gòu)簡單、層次清晰的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有利于保護(hù)之間的密切配合與整定，對嚴(yán)重影響繼電保護(hù)裝置保護(hù)性能的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)限制使用。繼電保護(hù)能否保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，與調(diào)度運(yùn)行方式的安排密切相關(guān)。在安排運(yùn)行方式時，應(yīng)保持接地點的穩(wěn)定，設(shè)置合適的解列點，避免采用多級串供的終端運(yùn)行方式，不允許平行雙回線上的雙 T接變壓器并列運(yùn)行。

合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式是實現(xiàn)繼電保護(hù)正確配合的基礎(chǔ)，對于以下幾種情況，允許適當(dāng)犧牲選擇性:

①接入供電變壓器的終端線路，無論是1臺或多臺變壓器并列運(yùn)行 (包括多處T接供電變壓器或供電線路)，都允許線路側(cè)的速動段保護(hù)按躲開變壓器其它側(cè)母線故障整定。需要時，線路速動段保護(hù)可經(jīng)一短時限動作。②對串聯(lián)供電線路，如果按逐級配合的原則將過分延長電源側(cè)保護(hù)的動作時間，則可將容量較小的某些中間變電所按T接變電所或不配合點處理，以減少配合的級數(shù)，縮短動作時間。

2 兩網(wǎng)并列運(yùn)行保護(hù)整定的不配合點分析

郴州地區(qū)的兩家大型供電企業(yè)，一是央企性質(zhì)的國網(wǎng)郴州供電公司，主要負(fù)責(zé)郴州黨政機(jī)關(guān)、新聞媒體、武廣高鐵、京廣電鐵、區(qū)內(nèi)大型直供用戶、桂陽、資興、桂東、安仁、嘉禾5個縣 (區(qū))和郴州城區(qū)約1/3的用戶供電任務(wù)；二是地方性質(zhì)的郴電國際，主要負(fù)責(zé)郴州臨武、永興、汝城、宜章4個縣 (區(qū))和郴州城區(qū)2/3的用戶供電任務(wù)。郴電國際下轄110 kV變電站42座，通過15條線路并入國家電網(wǎng)。

郴電國際15條線路帶42座110 kV變電站，按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，將郴電國際并網(wǎng)線路劃分為以下3類:①T接國網(wǎng)110 kV聯(lián)絡(luò)線，例如:城箕Ⅰ線T接兩華線；②并入國網(wǎng)110 kV變電站形成樹狀加串供的結(jié)構(gòu)，例如:國網(wǎng)箕山變箕羅線、月家?guī)X變月萬線、宜章變北宜線；③直接并入國網(wǎng)220 kV變電站形成樹狀加串供的結(jié)構(gòu)，例如:北南線、北兩線等。3種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式下，電網(wǎng)保護(hù)整定與配合將存在以下4個問題。

1)2條聯(lián)絡(luò)線T接

如圖1所示為城箕Ⅰ線T接郴電國際兩華線電氣結(jié)線圖，正常方式下城箕Ⅰ線備供國網(wǎng)110 kV箕山變負(fù)荷，箕山變2臺容量為31.5 MVA主變并列運(yùn)行，110 kV出線5回，其中城箕Ⅱ線經(jīng)110 kV旁母共箕馬線負(fù)荷。兩江口變3臺主變并列運(yùn)行，110 kV出線5回。華塘變1臺主變運(yùn)行，110 kV出線2回。城箕Ⅰ線全長43.5 km，城前嶺到兩江口線路長度16.6 km，箕山到華塘線路長度為56 km，城前嶺到華塘線路全長30.1 km。

圖1 城箕Ⅰ線T接郴電國際兩華線電氣結(jié)線圖

保護(hù)1配備三段式距離保護(hù)，按照保護(hù)定值整定計算原則，保護(hù)1的距離Ⅰ段按最短的2個變電站之間線路長度的80%～85%整定，即城前嶺到兩江口之間線路長度的80%～85%整定。距離Ⅱ段作為距離Ⅰ段的后備保護(hù)，整定值與所有下一級線路的距離Ⅰ段相匹配，兩江口變、華塘變及兩華線將按照不配合點處理。因此，保護(hù)1的距離Ⅱ段保護(hù)范圍覆蓋了城箕Ⅰ線線路全長并延伸至下一級線路，造成了保護(hù)1的距離Ⅱ段保護(hù)范圍覆蓋了兩江口變所有110 kV出線，包括主變及中、低壓側(cè)母線并延伸至中、低壓側(cè)出線。而110 kV變電站母線保護(hù)均未配置母差保護(hù)，一般由主變復(fù)壓過流保護(hù)切除母線故障，但復(fù)壓過流保護(hù)作為母線及出線的后備保護(hù)，時限必然大于所有出線的電流Ⅱ段保護(hù)。主變中、低壓側(cè)負(fù)過流保護(hù)在時限上無法與距離Ⅱ段的時限相匹配，兩江口變中、低壓側(cè)母線故障或出線故障、斷路器拒動的情況下，保護(hù)1的距離Ⅱ段必然先于主變后備保護(hù)跳閘。

2)長、短線配合的問題

如圖2所示為郴電國際汝城分公司箕羅線并網(wǎng)結(jié)線圖，正常方式下，220 kV碧塘變碧箕線共箕山變，歐陽海電站經(jīng)歐箕線并入110 kV箕山變，箕羅線供永興羅尾變、永興二級電站負(fù)荷。已知，碧箕線全長18.3 km，歐箕線全長26 km，箕羅線全長3.6 km，碧箕線長與箕羅線長度比約為6∶1，保護(hù)1與保護(hù)2的距離Ⅰ段配合，靈敏度將不能滿足要求，需與其距離Ⅱ段進(jìn)行配合，保護(hù)范圍延長并在時限上作相應(yīng)延長。同時，保護(hù)2的距離Ⅱ段與羅尾變主變中、低壓側(cè)故障配合，按躲過中、低壓側(cè)母線故障整定。保護(hù)1，2的距離Ⅲ段按碧箕線、箕羅線最小負(fù)荷阻抗整定，碧箕線最小負(fù)荷阻抗為95 Ω，箕羅線為17 Ω。對串聯(lián)供電線路，如果按逐級配合的原則將過分延長電源側(cè)保護(hù)的動作時間，則可將容量較小的某些中間變電所按T接變電所或不配合點處理，以減少配合的級數(shù)，縮短動作時間。保護(hù)1的距離Ⅱ段時限并未作相應(yīng)延長。若羅尾變中、低壓側(cè)母線故障，保護(hù)1的距離Ⅲ段保護(hù)將率先動作跳閘，導(dǎo)致箕山變、羅尾變、永興二級電站全站停電，保護(hù)3對側(cè)斷路器跳閘，將引起歐陽海電站與系統(tǒng)解列的事故，事故停電范圍擴(kuò)大。

圖2 郴電國際汝城分公司箕羅線并網(wǎng)結(jié)線圖

3)距離保護(hù)與零序保護(hù)配合

兩網(wǎng)之間設(shè)備受產(chǎn)權(quán)限制，并網(wǎng)點斷路器與下級線路保護(hù)定值整定方案無法實現(xiàn)統(tǒng)一，如圖3所示為郴電國際汝城公司110 kV電網(wǎng)地理接線圖。

圖3 郴電國際汝城公司110 kV電網(wǎng)地理接線圖

由圖3可知，汝城電網(wǎng)下轄110 kV變電站8座，通過外城線和外暖線并入國網(wǎng)220 kV外沙變，其境內(nèi)110 kV系統(tǒng)可通過鄧滿線并入郴電國際郴州公司鄧家塘變，也可通過文里線并入宜章公司里田變，運(yùn)行方式靈活多變。正常運(yùn)行方式下，外城線供城南、土橋、三江口、熱水變負(fù)荷，外暖線供暖水、馬橋、文明、滿天星變負(fù)荷。國家電網(wǎng)公司110 kV零序Ⅲ保護(hù)一般退出運(yùn)行，僅投入零序Ⅳ段保護(hù)作為線路高阻性接地和斷線的后備保護(hù)。但汝城電網(wǎng)Ⅲ段零序保護(hù)投入運(yùn)行，零序保護(hù)動作受運(yùn)行方式和接地點的影響而影響，對于運(yùn)行方式變化很大或接地點變化很大的電網(wǎng)，保護(hù)往往不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行所提出的要求。外沙變外城線、外暖線接地距離保護(hù)與汝城電網(wǎng)零序保護(hù)之間的配合問題，一旦汝城電網(wǎng)因運(yùn)行方式和主變中性點的變化而導(dǎo)致相應(yīng)零序保護(hù)不能正確動作，故障必然傳遞至外沙變，使外城線、外暖線跳閘。

4)變電站存在多回110 kV出線

如圖4為郴電國際并網(wǎng)線路北兩線結(jié)線簡圖，兩江口變110 kV出線5回，正常方式下由北湖變北兩線供電，帶郴電國際楓樹下、西城、增湖等110 kV變電站負(fù)荷。北兩線距離Ⅱ段保護(hù)整定存在以下幾種情況:

圖4 郴電國際并網(wǎng)線路北兩線結(jié)線簡圖

①按照本線路末端接地故障有足夠靈敏度整定，則ZDZ11≥1.5Z1，其中，ZDZ11為整定值，Z1為線路末端阻抗，保護(hù)1的距離Ⅱ段范圍覆蓋了兩江口變相應(yīng)出線、主變及中、低壓側(cè)母線，出線故障、出線斷路器為跳開的情況下，保護(hù)1動作；兩江口母線故障，保護(hù)1率先動作；兩江口變中、低壓側(cè)母線故障，保護(hù)1率先動作。

②與相鄰線路接地距離Ⅰ段配合，則與兩江口變長度最短的出線的距離Ⅰ段相配合，保護(hù)1的距離Ⅱ段范圍可能覆蓋兩江口變相應(yīng)出線、主變及中、低壓側(cè)母線，出線故障、出線斷路器為跳開的情況下，保護(hù)1動作；兩江口母線故障，保護(hù)1率先動作；兩江口變中、低壓側(cè)母線故障，保護(hù)1率先動作。

③與相鄰線路接地距離Ⅱ段配合，若存在上、下級線路長度超過4∶1的情況，選用此方案，保護(hù)1的保護(hù)范圍覆蓋范圍將更大，動作風(fēng)險大。

④與兩江口變主變中、低壓側(cè)母線故障的配合，此方案可以有效防止兩江口變中、低壓側(cè)母線故障時越級跳閘的風(fēng)險。但任意出線故障，主保護(hù)未動作的情況下，故障向上一級電網(wǎng)傳遞，停電范圍擴(kuò)大。

3 結(jié)論及建議

郴州地區(qū)屬于2個不同供電主體的電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行后，面臨以下四方面的問題:

1)城箕Ⅰ線T接兩華線按照不配合點處理后，城前嶺變城箕Ⅰ線522線路的接地、距離Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)的范圍延伸到了兩江口、華塘變主變中、低壓側(cè)母線，無法實現(xiàn)與主變中、低后備保護(hù)的動作時限匹配。兩江口變、華塘變中、低壓側(cè)母線故障時，城前嶺變城箕Ⅰ線522斷路器將率先動作跳閘，事故停電范圍擴(kuò)大。

2)對于多級串供的輸電網(wǎng)絡(luò)時，為減少配合的級數(shù)，縮短動作時間，將某些變電站按不配合點處理時，該變電站主變中、低后備保護(hù)無法在時限上與上級電網(wǎng)的距離Ⅱ，Ⅲ段相配合，故障后將導(dǎo)致上級電網(wǎng)的距離Ⅱ，Ⅱ段保護(hù)率先動作。

3)兩家供電主體之間保護(hù)定值整定原則不統(tǒng)一，存在接地距離與零序保護(hù)相互配合的問題，零序保護(hù)受電網(wǎng)運(yùn)行方式和中性點接地的影響，下級電網(wǎng)隨意改變運(yùn)行方式有造成零序保護(hù)拒動的可能，導(dǎo)致故障向上一級電網(wǎng)傳遞，越級跳閘。

4)并網(wǎng)線路帶供的變電站存在多回出線，距離Ⅱ段保護(hù)按躲過中、低壓側(cè)母線故障整定時，任意出線故障，主保護(hù)未動作的情況下，故障向上一級電網(wǎng)傳遞，停電范圍擴(kuò)大的風(fēng)險增大。

針對以上問題，特提出以下幾點建議:

1)應(yīng)盡量避免城箕Ⅰ線供兩江口變負(fù)荷，兩江口變兩華線516斷路器保持熱備用開環(huán)；城箕Ⅰ線、城箕Ⅰ線T接兩華線四側(cè)配置光差保護(hù)，城前嶺變城箕Ⅰ線522斷路器接地、相間距離Ⅱ段保護(hù)按躲過兩江口變中、低壓側(cè)母線故障整定，接地、相間距離Ⅲ段時限在兩江口變母線中、低后備保護(hù)時限的基礎(chǔ)上延長。

2)多級串供網(wǎng)絡(luò)中的短線路配置光差保護(hù)，例如:箕羅線配置光差保護(hù)，碧塘變碧箕線518斷路器接地、相間距離Ⅱ段保護(hù)按躲過羅尾變主變中、低壓側(cè)母線故障整定，距離Ⅲ段時限在羅尾變主變中、低后備保護(hù)時限的基礎(chǔ)上作相應(yīng)延長。

3)不同供電主體之間的2個電網(wǎng)的相關(guān)部門應(yīng)該加強(qiáng)溝通、協(xié)調(diào)，統(tǒng)一保護(hù)定值整定原則，實現(xiàn)上下級電網(wǎng)繼電保護(hù)的正確配合，接地距離保護(hù)與零序保護(hù)配合時，下級電網(wǎng)不允許隨意改變運(yùn)行方式，零序保護(hù)應(yīng)與運(yùn)行方式和主變中性點的變更相對應(yīng)。

4)對于串供網(wǎng)絡(luò)中，同一個變電站存在多條出線的網(wǎng)絡(luò)，上級電網(wǎng)保護(hù)按躲過該變電站主變中、低壓側(cè)母線故障整定，校驗靈敏度時，對靈敏度不滿足要求的線路，應(yīng)配置光差保護(hù)。

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Problem analysis and countermeasure of power system protection coordination in parallel operation for different power grid

LONG Junwu1，TANG Jun1，CHEN Lyupeng
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China；2.South china university of technology，Guangzhou 510640，China)

This paper takes Chenzhou area power system as an example，and analyzes the problem of bad coordination of protection in three modes including multi-level supply，a substation with several 110 kV outgoing lines，T-type connection network structure between two tie lines.Superior power grid can not avoid the low voltage side bus fault causing override trip.To solve the above problems，this paper puts forward the corresponding countermeasures，which provides the basis for the correct coordination of relay protection.

relay protection；grid structure；operation modes；setting and coordination；unfit point；distance protection；optical differential protection

TM77

B

1008-0198(2016)04-0059-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.015

龍俊伍(1973)，男，工程師，研究方向為電網(wǎng)運(yùn)行與管理。

2016-01-08 改回日期:2016-02-17