220kV變電站母線并列運(yùn)行方式研究及應(yīng)用

張帥 徐海龍 梁博

摘要：根據(jù)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，結(jié)合不同電壓等級系統(tǒng)保護(hù)的不同配置，針對220 kV變電站母線并列運(yùn)行方式，研究斷路器失靈后，其保護(hù)動(dòng)作可靠性及停電范圍。通過數(shù)據(jù)對比，合理調(diào)整母線運(yùn)行方式，從而達(dá)到提高電網(wǎng)供電穩(wěn)定性、縮短故障處理時(shí)間及減少經(jīng)濟(jì)損失的目的。

關(guān)鍵詞：變電站;母線;保護(hù)配置;斷路器;失靈保護(hù)

0 引言

隨著電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，大容量、長距離的交直流線路并列運(yùn)行方式應(yīng)用越來越廣泛，人們對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求也越來越高。電網(wǎng)出現(xiàn)連鎖故障是影響其穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。連鎖故障會(huì)給電網(wǎng)帶來很大的沖擊和破壞，造成設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解。而不同的母線運(yùn)行方式，在發(fā)生故障時(shí)的連鎖故障現(xiàn)象也不同。本文通過研究不同電壓等級下母線并列運(yùn)行過程中，其斷路器失靈引起的連鎖故障現(xiàn)象，來合理調(diào)整母線并列運(yùn)行方式。

1 220 kV電壓等級斷路器失靈分析

1.1? ? 斷路器失靈原因及工作原理

當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生接地或相間短路故障時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作并發(fā)出跳閘命令，而故障設(shè)備的斷路器并未動(dòng)作分閘時(shí)，稱之為斷路器失靈[1]。斷路器失靈的原因很多，如斷路器操作機(jī)構(gòu)故障、斷路器跳閘線圈損壞、控制回路的直流電源消失等。

一般在220 kV及以上電壓等級系統(tǒng)設(shè)置斷路器失靈保護(hù)，其他電壓等級系統(tǒng)斷路器不配置失靈保護(hù)。

1.2? ? 斷路器失靈保護(hù)的基本組成

失靈保護(hù)由保護(hù)動(dòng)作與電流判別構(gòu)成的啟動(dòng)回路、復(fù)合電壓閉鎖元件、時(shí)間元件及跳閘出口回路組成[1]，如圖1所示。

啟動(dòng)回路包括啟動(dòng)元件和判別元件，將兩個(gè)元件設(shè)計(jì)成“與”邏輯，實(shí)現(xiàn)雙重判別，以此來保證其運(yùn)行安全、可靠。啟動(dòng)元件通常利用保護(hù)裝置及操作箱可瞬時(shí)返回的出口跳閘繼電器接點(diǎn)，接點(diǎn)動(dòng)作不返回表明斷路器失靈。有流判別元件通常采用相電流、零序電流的“有流”方式進(jìn)行判別。

時(shí)間元件是為了保證各級保護(hù)正確動(dòng)作的順序，采用雙母接線方式時(shí)，每條母線設(shè)一個(gè)具有兩段延時(shí)的時(shí)間元件，以較短時(shí)限跳母聯(lián)斷路器與分段斷路器，以較長時(shí)限跳其他相鄰斷路器。

復(fù)合電壓閉鎖元件由母線低電壓、負(fù)序電壓和零序電壓構(gòu)成，任一電壓達(dá)到整定值則閉鎖元件開放動(dòng)作[2]。采用復(fù)合電壓閉鎖是為了防止因誤碰或保護(hù)中單一元件異常而造成的失靈保護(hù)誤動(dòng)作。

1.3? ? 斷路器失靈保護(hù)啟動(dòng)回路

220 kV線路斷路器失靈保護(hù)的啟動(dòng)回路如圖2所示。

220 kV線路斷路器的失靈啟動(dòng)回路為通過線路主一或主二保護(hù)的保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)及外部保護(hù)跳操作箱TJR接點(diǎn)，結(jié)合斷路器輔助保護(hù)的失靈電流判別，啟動(dòng)失靈并開入母線失靈屏，失靈屏根據(jù)輸入的母線側(cè)刀閘輔助接點(diǎn)判別所接母線，再經(jīng)母線復(fù)合電壓閉鎖。220 kV失靈保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間要求：以第一時(shí)限（0.25 s）切除母聯(lián)斷路器和分段斷路器，以第二時(shí)限（0.4 s）切除故障母線上剩余的所有斷路器。失靈動(dòng)作邏輯如圖3所示[3]。

2 110 kV電壓等級斷路器失靈分析

當(dāng)前電網(wǎng)220 kV變電站110 kV母線接線方式均采用雙母接線的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方式，且220 kV母線、主變、110 kV母線均采用并列運(yùn)行方式;站內(nèi)有且僅有一臺主變高壓側(cè)及中壓側(cè)中性點(diǎn)地刀合上，其他設(shè)備間隔按運(yùn)行方式分別掛在不同母線上。各類線路運(yùn)行方式安排原則如下：

（1）雙回線路、同方向線路若開環(huán)運(yùn)行，則此兩條110 kV線路不應(yīng)掛在同一母線上;

（2）雙回線路、同方向線路若環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，則此兩條110 kV線路須掛在同一母線上。

現(xiàn)以雙回線路、同方向線路環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，但兩條110 kV線路掛在不同母線上為研究背景，當(dāng)線路發(fā)生故障而斷路器拒動(dòng)時(shí)，研究其各級保護(hù)動(dòng)作、斷路器的狀態(tài)及其停電范圍。并列雙回線掛不同母線如圖4所示。

由圖4可知，110 kV B站由110 kV甲線、乙線同供，且110 kV甲線、乙線分別掛220 kV A站110 kV#1、#2母線。

當(dāng)110 kV丙線發(fā)生故障，且110 kV丙線220 kV A站側(cè)開關(guān)失靈拒分時(shí)，110 kV線路不配置斷路器失靈保護(hù)，而故障點(diǎn)在母差保護(hù)范圍以外，因此故障只能由主變中后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，其第一時(shí)限（一般為0.9 s）斷開110 kV母聯(lián)1012開關(guān)，動(dòng)作后各開關(guān)狀態(tài)如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)主變中后備保護(hù)（第一時(shí)限）動(dòng)作斷開110 kV母聯(lián)1012開關(guān)后，110 kV甲線、乙線分別掛220 kV A站110 kV

#1、#2母線，而110 kV B站110 kV母線可看成220 kV A站的另一個(gè)”母聯(lián)開關(guān)”，則110 kV甲線、乙線和110 kV B站110 kV母線構(gòu)成完整回路。所以220 kV A站兩條110 kV母線上所有運(yùn)行的主變都有故障電流流過，但是故障點(diǎn)為主變的區(qū)外故障，只能靠主變的中后備第二時(shí)限動(dòng)作（一般為1.2 s），斷開220 kV A站所有的主變變中開關(guān)以隔離故障[4]，動(dòng)作過后造成220 kV A站兩條110 kV母線全部失壓，擴(kuò)大了電網(wǎng)停電范圍，主變中后備第二時(shí)限動(dòng)作后各開關(guān)狀態(tài)如圖6所示。

3 結(jié)果對比分析

一般情況下，220 kV及以上電壓等級系統(tǒng)至少配有兩套相對獨(dú)立的保護(hù)裝置，保護(hù)拒動(dòng)的概率非常小，而且還配備了斷路器失靈保護(hù)[5]，因此其運(yùn)行穩(wěn)定性較高。將220 kV線路斷路器及110 kV線路斷路器失靈情況進(jìn)行對比，其結(jié)果如表1所示。

從表1對比數(shù)據(jù)中可以看出，220 kV及以上電壓等級系統(tǒng)所配置的保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)斷路器失靈時(shí)，隔離故障時(shí)間少，停電范圍小，對系統(tǒng)的沖擊都偏小。因此，110 kV雙回或多回線路環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)按上述原則（2）調(diào)整運(yùn)行方式。

4 結(jié)語

220 kV變電站母線運(yùn)行方式的確定，要通過綜合分析，充分考慮可能發(fā)生的各種故障、現(xiàn)有的電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、正確評估事故事件等級、負(fù)荷恢復(fù)的難易、事故處理的難度等各種情況，才能確定母線運(yùn)行的最優(yōu)方式。

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