分析小電源在110k V變電站上網(wǎng)的保護(hù)解決方案

盧文強(qiáng) 王其杰 鄒耀兵

（杭州鴻晟電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司）

0 引言

現(xiàn)如今社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，帶動(dòng)了電力工業(yè)的進(jìn)步。要想進(jìn)一步提升能源利用率，并做好環(huán)保工作，國(guó)家開(kāi)始關(guān)注小水電以及能源發(fā)展小火電。伴隨兩網(wǎng)改造項(xiàng)目的落實(shí)，110kV變電站在電網(wǎng)項(xiàng)目中逐漸成為核心，通過(guò)110kV變電站上網(wǎng)開(kāi)展小電源建設(shè)，成為目前行業(yè)內(nèi)發(fā)展的重點(diǎn)，尤其是變電站上網(wǎng)問(wèn)題。為此，本文針對(duì)小電源在110kV變電站上網(wǎng)的存在的一些問(wèn)題展開(kāi)分析，提出解決方案。

1 小電源在110kV變電站上網(wǎng)存在的主要問(wèn)題

1.1 需要增加一個(gè)接地點(diǎn)

小電源通常采取大運(yùn)行方法，在此條件下以免110kV變電站發(fā)生線路接地現(xiàn)象，所形成過(guò)電壓會(huì)對(duì)線路、變壓器等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行安全造成影響（110kV變電站接線圖如下圖所示）［1］。通常110kV變電站主變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)必須接地。如此一來(lái)，電力系統(tǒng)內(nèi)部零序網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)變化，在接地時(shí)增加短路電流水平，導(dǎo)致零序電流保護(hù)對(duì)應(yīng)的保護(hù)范圍也有一定改變。這難免會(huì)使電網(wǎng)零序網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，線路與系統(tǒng)零序保護(hù)必須做好校對(duì)工作。工作人員在檢查時(shí)，需要確保零序網(wǎng)絡(luò)具備選擇性，極大概率會(huì)降低電源側(cè)零序保護(hù)靈敏性。除此之外，當(dāng)接地點(diǎn)增多之后，小電源上網(wǎng)、主網(wǎng)解列環(huán)節(jié)，地刀與保護(hù)投停更加復(fù)雜，增加了運(yùn)行人員負(fù)責(zé)范圍的工作量，而且會(huì)威脅到電網(wǎng)運(yùn)行安全［2］。

1.2 上網(wǎng)110kV變電站電源進(jìn)線側(cè)開(kāi)關(guān)保護(hù)整定困難

為了規(guī)避110kV線路出現(xiàn)短路故障，威脅到電氣設(shè)備運(yùn)行安全，通常需要在上網(wǎng)110kV變電站電源進(jìn)線側(cè)安裝保護(hù)，起到切除110kV線路接地與相間線路故障的作用。通常工作人員會(huì)設(shè)計(jì)包含距離與零序電流保護(hù)融合的保護(hù)，但小電源上網(wǎng)比較顯著的特點(diǎn)是分布不集中，而且位置比較偏遠(yuǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致小電源所采用的運(yùn)行方法存在較為明顯的變化，無(wú)法明確小電源最小運(yùn)行方法，對(duì)保護(hù)靈敏性進(jìn)行校對(duì)，而且發(fā)電機(jī)歸算至變電站110kV母線側(cè)阻抗較大［3］。當(dāng)小電源采用最小運(yùn)行方法時(shí)，110kV線路形成短路電流較小，可能引發(fā)零序保護(hù)靈敏性不強(qiáng)，距離保護(hù)與零序保護(hù)啟動(dòng)元件無(wú)法發(fā)揮出原本的效能，導(dǎo)致小電源上網(wǎng)面臨隱患。

1.3 用戶供電可靠性降低

小電源35kV母線側(cè)上網(wǎng)，考慮到相關(guān)費(fèi)用問(wèn)題，通常電力管理部門(mén)不會(huì)選擇110kV線路的兩側(cè)位置增設(shè)線路PT。與此同時(shí)，重合閘重合會(huì)沖擊小電源側(cè)發(fā)電機(jī)，為了避免這一現(xiàn)象，可能會(huì)選擇停用其中一側(cè)重合閘。如果110kV線路出現(xiàn)瞬時(shí)短路故障，那么保護(hù)啟動(dòng)后跳開(kāi)開(kāi)關(guān)，便會(huì)導(dǎo)致110kV變電站失壓［4］。

針對(duì)這一問(wèn)題，電力管理人員通常會(huì)選擇在110kV變電站線路上增設(shè)線路PT，并且將另外一處保護(hù)停用，達(dá)到檢無(wú)壓重合的效果，使變電站供電更加穩(wěn)定，但是實(shí)際效果不是非常理想。如果110kV變電站線路出現(xiàn)瞬時(shí)短路故障，那么DL1位置的開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，110kV線路PT檢查線路發(fā)現(xiàn)有壓，開(kāi)關(guān)重合閘不發(fā)生動(dòng)作，35kV側(cè)低周、低壓保護(hù)可以跳開(kāi)DL3，110kV線路PT檢無(wú)壓，同時(shí)DL1重合閘發(fā)生動(dòng)作，將其合上，完成變電站供電［5］。但是DL3低壓保護(hù)與低周保護(hù)屬于后備保護(hù)，考慮到保護(hù)配合，所以保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定長(zhǎng)，即便DL1已經(jīng)成功重合，但電動(dòng)機(jī)很大概率會(huì)在低壓影響下相繼跳開(kāi)，必須重新啟動(dòng)。變電站中動(dòng)力負(fù)荷占比較大的情況下，DL1重合便會(huì)喪失其原本的意義。所以，變電站有關(guān)裝置沒(méi)有得到優(yōu)化的情況下，供電方面很大概率會(huì)在小電源影響下降低穩(wěn)定性。

1.4 電力系統(tǒng)設(shè)備完善費(fèi)用較大

基于小電源上網(wǎng)的情況下，為了使其發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)電氣設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，一般需要在電力系統(tǒng)內(nèi)部安裝一些設(shè)備［6］。如110kV線路兩側(cè)配置線路PT，25kV上網(wǎng)線路接近DL3位置還需配置線路PT，110kV變電站電源的進(jìn)線側(cè)，需要配置合閘裝置，且該合閘裝置應(yīng)包含距離與零序保護(hù)等。除了上述一次設(shè)備外，二次系統(tǒng)還需要增加一些新的接線，但是這會(huì)增加整體費(fèi)用以及工作人員工作量，增加電力管理部門(mén)工作難度。

1.5 上網(wǎng)電量受限

因?yàn)樾‰娫丛?10kV母線阻抗中折算存在較大阻抗，為了使DL2保護(hù)更具靈敏性，DL2保護(hù)過(guò)流定值整定不能過(guò)大，這可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)上輸送最大允許負(fù)荷受限，同時(shí)也會(huì)對(duì)小電源上網(wǎng)電量造成限制，小電源無(wú)法達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)，降低發(fā)電效率。

2 解決方案

2.1 假設(shè)條件

通常小電源可以提供的功率最大也只能夠支持110kV變電站正常負(fù)荷的其中一部分，如果變電站沒(méi)有系統(tǒng)電源的支持，小電源將無(wú)法繼續(xù)支撐變電站負(fù)荷需求，甚至?xí)棺冸娬倦妷好媾R崩潰。與此同時(shí)，實(shí)操中很多小電源上網(wǎng)在110kV變電站的運(yùn)行中，這一假設(shè)成立。

2.2 保護(hù)配置

處于正常工況下，工作人員面向DL1開(kāi)關(guān)需要加裝距離、零序保護(hù)，DL3開(kāi)關(guān)則配置常規(guī)電流電壓保護(hù)、低頻與低壓保護(hù)，且必須帶有方向。除此之外，還需增加如下保護(hù)配置：①DL2位置需要加裝低電壓保護(hù)，在110kV母線PT處取電壓［7］。以免全站面臨失壓出現(xiàn)誤閉鎖低電壓保護(hù)的現(xiàn)象，可以將PT斷線閉鎖取消。此低電壓做出保護(hù)動(dòng)作之后，采用短延時(shí)的方式，將DL3開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。②DL1保護(hù)，建議應(yīng)用檢無(wú)壓重合的方式，DL3保護(hù)則采用檢同期方法?；诖朔桨傅膶?shí)踐操作，DL3保護(hù)措施可結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際進(jìn)行選擇性配置，其余則屬于務(wù)必配置內(nèi)容。

2.3 保護(hù)動(dòng)作分析

基于上文論述，制定此保護(hù)方案的目的是將110kV線路可能面臨的設(shè)備安全問(wèn)題、保護(hù)整定問(wèn)題等解決。為此，根據(jù)110kV線路可能出現(xiàn)故障的類(lèi)型，做出如下分析。

如果110kV線路出現(xiàn)瞬時(shí)相間故障，根據(jù)低電壓保護(hù)動(dòng)作，將小電源上網(wǎng)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，DL1開(kāi)關(guān)則進(jìn)行檢無(wú)壓重合操作，使其能夠重新為110kV變電站恢復(fù)供電。如果110kV線路出現(xiàn)瞬時(shí)接地故障，因?yàn)榈碗妷罕Ｗo(hù)低電壓元件為線電壓，所以不能啟動(dòng)。面對(duì)此現(xiàn)象如果通過(guò)DL1開(kāi)關(guān)零序保護(hù)、距離保護(hù)動(dòng)作，將DL1開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，那么將會(huì)導(dǎo)致變電站、主電源之間失聯(lián)，只是小電源和變電站維持連接。因?yàn)樾‰娫此軌蛱峁┕β时容^有限，所以不能長(zhǎng)時(shí)間維持變電站運(yùn)行所需電壓。在此情況下變電站的電壓將會(huì)快速降低，直至全站失壓，開(kāi)啟低電壓保護(hù)憑借短延時(shí)達(dá)到DL3開(kāi)關(guān)跳開(kāi)的目的。DL1開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)線路無(wú)壓，便會(huì)采取重合閘動(dòng)作，為變電站重新供電。如果小電源發(fā)電機(jī)依然處于運(yùn)行狀態(tài)，建議按照DL3開(kāi)關(guān)配置保護(hù)、檢同期重合，或者是工作人員手動(dòng)將開(kāi)關(guān)合上，完成小電源并網(wǎng)。簡(jiǎn)而言之，通過(guò)低電壓保護(hù)無(wú)壓條件，將小電源開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，并利用主電源開(kāi)關(guān)重合，使變電站負(fù)荷能夠重新運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)DL3開(kāi)關(guān)檢同期重合、手合完成小電源并網(wǎng)，使變電站供電更加穩(wěn)定。

2.4 保護(hù)整定

針對(duì)低電壓保護(hù)整定：選擇的電壓元件，一般需要以躲過(guò)變壓器35kV母線相間故障為依據(jù)，確保沒(méi)有主電源支持的情況下，依然可以完成低電壓保護(hù)對(duì)于110kV線路故障全線整定的靈敏性，整定時(shí)間方面一般可以和主變差動(dòng)保護(hù)相互協(xié)調(diào)，建議設(shè)為0.5s。如此一來(lái)，110kV線路一旦出現(xiàn)瞬時(shí)故障，此時(shí)低電壓保護(hù)便可快速跳開(kāi)35kV小電源上網(wǎng)開(kāi)關(guān)，確保DL1開(kāi)關(guān)能夠快速重合，并為變電站負(fù)荷恢復(fù)供電，以免失去動(dòng)力負(fù)荷。如果不能躲過(guò)變壓器35kV母線相間故障，建議和主變35kV側(cè)后備保護(hù)之間協(xié)同配合。此環(huán)節(jié)注意工作人員應(yīng)盡可能避免方向閉鎖低電壓保護(hù)這一方式，以免影響到保護(hù)性能。

針對(duì)DL1開(kāi)關(guān)重合閘定值整定：低電壓保護(hù)已經(jīng)啟動(dòng)，小電源開(kāi)關(guān)同時(shí)也已經(jīng)跳開(kāi)，在此情況下DL1保護(hù)重合閘檢無(wú)壓定值，一般可以根據(jù)低電壓保護(hù)電壓元件之間的協(xié)調(diào)情況進(jìn)行整定處理。確定重合閘的重合時(shí)間，可以和低電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行協(xié)調(diào)，通常低電壓保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間以+0.5s為宜。如此一來(lái)便可以使電源側(cè)DL1重合閘在重合的同時(shí)，低電壓保護(hù)已經(jīng)穩(wěn)定做出相應(yīng)動(dòng)作，且將小電源上網(wǎng)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，以免電源側(cè)開(kāi)關(guān)重合之后，導(dǎo)致小電源發(fā)電機(jī)受到影響。

3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

基于以上內(nèi)容，分析該方案在實(shí)踐中的優(yōu)勢(shì)如下：①此方案的重點(diǎn)在于低電壓保護(hù)，所以保護(hù)原理不是非常復(fù)雜，動(dòng)作也具有穩(wěn)定性；②上網(wǎng)變電站主變110kV中性點(diǎn)，一般不需要接地處理。因?yàn)?10kV線路出現(xiàn)故障之后，一般會(huì)采用低電壓保護(hù)的方式，將小電源開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，以免故障導(dǎo)致過(guò)電壓現(xiàn)象。所以主變110kV中性點(diǎn)不需要接地，這也使中性點(diǎn)接地可能出現(xiàn)的電源側(cè)零序保護(hù)靈敏性、系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)改變等相關(guān)問(wèn)題得到解決，增加了保護(hù)整定、運(yùn)行管理等工作的效率；③此方案在實(shí)際操作中，小電源側(cè)保護(hù)靈敏性比較高，由于小電源發(fā)電機(jī)阻抗較大，加之存在線路阻抗，所以歸算到變電站110kV母線中的小電源也存在較大阻抗，無(wú)法保證零序電流保護(hù)靈敏性。如果小電源歸算阻抗大，那么保護(hù)靈敏性將會(huì)隨之降低，特別是采用最小運(yùn)行方法時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)元件甚至也無(wú)法保證相應(yīng)的靈敏性。但此方案應(yīng)用了低電壓保護(hù)，小電源歸算阻抗大的情況下，保護(hù)靈敏性隨之提升。

除了以上優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)實(shí)操經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該方案同樣面臨一些不足：①因?yàn)榈碗妷罕Ｗo(hù)，將PT斷線閉鎖裝置取消，所以當(dāng)處于PT斷線狀態(tài)時(shí)，低電壓保護(hù)很大概率會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作，致使小電源上網(wǎng)開(kāi)關(guān)出現(xiàn)誤跳現(xiàn)象。結(jié)合實(shí)際需求，還需要工作人員通過(guò)關(guān)掉電流閉鎖低電壓保護(hù)的方式，以免發(fā)生低電壓保護(hù)誤動(dòng)；②110kV線路出現(xiàn)瞬時(shí)接地故障，此時(shí)低電壓保護(hù)會(huì)將小電源上網(wǎng)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，且上網(wǎng)開(kāi)關(guān)時(shí)間、電源側(cè)開(kāi)關(guān)重合時(shí)間，均會(huì)受到變電站電壓低至低電壓保護(hù)電壓整定值時(shí)間這一因素的干擾。換言之，電壓崩潰時(shí)間將會(huì)造成相對(duì)嚴(yán)重的影響。為了保證時(shí)間、整定數(shù)值等結(jié)果的精準(zhǔn)性，變電站內(nèi)可以組織試驗(yàn)進(jìn)行最終確定。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，小電源在110kV變電站上網(wǎng)中應(yīng)用，為了避免變電站運(yùn)行期間出現(xiàn)的故障，針對(duì)小電源上網(wǎng)可能面臨的問(wèn)題展開(kāi)分析，制定保護(hù)解決方案。充分發(fā)揮小電源優(yōu)勢(shì)，保證變電站穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還可以為今后110kV變電站運(yùn)行方案的完善與優(yōu)化提供參考，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)的進(jìn)步。