張 魯， 黃云龍， 陳福全， 蘇 濤， 唐小平， 胡 泊， 陳 璐， 汪曉彤

(國(guó)網(wǎng)合肥供電公司， 安徽 合肥 230022)

0 引言

為解決國(guó)網(wǎng)合肥供電公司部分配網(wǎng)線路頻繁跳閘影響供電可靠性和客戶滿意度的問題，落實(shí)公司“兩個(gè)提升”工作要求，安全可靠、有選擇性地切除故障。電力調(diào)控中心針對(duì)公司自身配網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行現(xiàn)狀，并根據(jù)國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司相關(guān)技術(shù)要求，開展了配網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)化配置研究。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、保護(hù)配置、一次設(shè)備配置等因素的綜合分析，提出了配網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)化配置的技術(shù)方案并試點(diǎn)應(yīng)用。

1 現(xiàn)狀描述

1.1 變電站10 kV出線開關(guān)保護(hù)配置現(xiàn)狀

如圖1所示，變電站10 kV出線開關(guān)設(shè)置了三段式過流保護(hù)，部分線路配置重合閘。過流Ⅰ段保護(hù)，保證近端短路能夠快速切除故障，時(shí)間0秒；過流Ⅱ段保護(hù)，時(shí)間0.3秒，保護(hù)10 kV線路全長(zhǎng)；過流Ⅲ段保護(hù)，按照躲過最大負(fù)荷電流整定，時(shí)間1秒，做下一級(jí)保護(hù)的遠(yuǎn)后備。對(duì)于架空線、架空電纜混合線路，重合閘投入，時(shí)間整定2秒；全電纜線路(變電站至第一座開閉所或環(huán)網(wǎng)柜如全部為電纜則視為全電纜)，重合閘不投。

變電站主變低壓側(cè)總開關(guān)設(shè)置了兩段式過流保護(hù)。過流Ⅰ段保護(hù)，按照母線短路有1.5以上的靈敏度整定，時(shí)間0.6秒；過流Ⅱ段保護(hù)，按照躲過最大負(fù)荷電流整定，時(shí)間1.5秒。

變電站10 kV出線開關(guān)嚴(yán)格和主變保護(hù)配合，10 kV出線開關(guān)過流Ⅰ段、過流Ⅱ段和主變過流Ⅰ段配合；10 kV出線過流Ⅲ段保護(hù)和主變過流Ⅱ段配合[1]。

圖1 變電站10 kV出線開關(guān)保護(hù)配置示意圖

1.2 配網(wǎng)開閉所(環(huán)網(wǎng)柜)開關(guān)保護(hù)配置現(xiàn)狀

如圖2所示，10 kV開閉所出線開關(guān)配置了兩段式過流保護(hù)，整定原則和變電站的相同，時(shí)間分別整定為0秒、0.3秒；進(jìn)線開關(guān)配置了兩段式過流保護(hù)，時(shí)間分別整定為0.3秒、0.6秒；母聯(lián)開關(guān)保護(hù)退出；重合閘不投。

配網(wǎng)環(huán)網(wǎng)柜保護(hù)配置及整定原則與開閉所相同。

圖2 開閉所(環(huán)網(wǎng)柜)10 kV開關(guān)保護(hù)配置示意圖

1.3 配網(wǎng)柱上開關(guān)保護(hù)配置現(xiàn)狀

如圖3所示，配網(wǎng)柱上開關(guān)保護(hù)的一次電流值按照TA的一次額定電流設(shè)置(合肥配網(wǎng)為600 A)，時(shí)間整定為0秒。

為滿足分隔負(fù)荷需求，部分配網(wǎng)10 kV主干線路、變電站10 kV出口處配置了單臺(tái)乃至多臺(tái)柱上開關(guān)。

圖3 柱上開關(guān)保護(hù)配置示意圖

2 問題分析

2.1 整定值無法分級(jí)配合

電流定值整定無法實(shí)現(xiàn)變電站10 kV出線開關(guān)保護(hù)和開閉所保護(hù)分級(jí)配合。合肥地區(qū)配網(wǎng)線路平均長(zhǎng)度在6公里左右，對(duì)于變電站10 kV開關(guān)或開閉所開關(guān)在故障時(shí)感受到的故障電流差距較小，無法通過電流定值大小躲開?，F(xiàn)有變電站10 kV出線開關(guān)電流Ⅰ段保護(hù)一般整定為3000 A左右，其最小保護(hù)范圍是對(duì)于全架空線路4公里左右，對(duì)于全電纜線路20公里左右，架空混合線路在4至20公里之間，在此范圍內(nèi)故障變電站出線開關(guān)和開閉所開關(guān)均過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘。

同時(shí)，現(xiàn)有的變電站10 kV出線開關(guān)電流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間均為0秒，對(duì)下一級(jí)開閉所乃至后級(jí)開閉所線路、客戶自管線路故障，均無選擇性跳閘，部分架空線路或架空電纜混合線路依靠重合閘進(jìn)行補(bǔ)救；而未投入重合閘的線路則無法補(bǔ)救，導(dǎo)致變電站和開閉所(環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān))同時(shí)跳閘，失去全部負(fù)荷。

2.2 重合閘投入受限

開閉所(環(huán)網(wǎng)柜)全電纜的接入，限制了變電站10 kV出線開關(guān)重合閘的投入。對(duì)于全電纜線路，由于電纜故障多為永久性故障，整定規(guī)程規(guī)定“不宜投入重合閘”[2]，因此開閉所(環(huán)網(wǎng)柜)全電纜接入變電站10 kV出線間隔后，變電站10 kV重合閘退出，對(duì)于開閉所出線開關(guān)的客戶自管設(shè)備故障，變電站出線開關(guān)及開閉所出線開關(guān)均跳閘，變電站出線開關(guān)因重合閘不投而無法補(bǔ)救，降低了供電可靠性。

2.3 短路電流沖擊主變

按照繼電保護(hù)整定規(guī)程，0.3秒為保護(hù)定值級(jí)差要求[2]。如按一級(jí)級(jí)差考慮，將變電站10 kV出線開關(guān)電流Ⅰ段保護(hù)時(shí)間全部整定為0.3秒，意味著每一次10 kV出線開關(guān)跳閘，都將對(duì)主變低壓側(cè)繞組進(jìn)行0.3秒的沖擊。而據(jù)合肥電網(wǎng)所轄變電站跳閘統(tǒng)計(jì)顯示，97.3%的變電站10 kV開關(guān)跳閘為電流Ⅰ段0秒跳閘，若全部改成0.3秒，頻繁的大電流對(duì)主網(wǎng)尤其是主變沖擊太大。

3 保護(hù)優(yōu)化配置方案

(1) 對(duì)于全電纜接入的開閉所，變電站10 kV出線開關(guān)重合閘不能投入的，若該開閉所或下級(jí)開閉所、配網(wǎng)公網(wǎng)線路上有重要客戶的線路，或?qū)τ谙录?jí)開閉所雖沒有重要客戶，但是開閉所出線多送較長(zhǎng)的架空線路，且運(yùn)行環(huán)境較差的，將變電站出線開關(guān)電流Ⅰ段保護(hù)時(shí)間由0秒調(diào)至0.2秒，提高保護(hù)的選擇性，確保對(duì)客戶安全可靠供電。

(2) 0.2秒雖然不能滿足繼電保護(hù)整定規(guī)程規(guī)定級(jí)差，但從目前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的保護(hù)配置和開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間考慮，因開閉所配置均為微機(jī)型保護(hù)，保護(hù)裝置啟動(dòng)加出口時(shí)間約為0.05至0.08秒，開關(guān)固有動(dòng)作時(shí)間約為0.04至0.06秒。若故障發(fā)生在一級(jí)開閉所后段，開閉所保護(hù)可在0.2秒以內(nèi)切除后段故障，而此時(shí)變電站出線開關(guān)保護(hù)尚未啟動(dòng)或出口，可有效避免越級(jí)跳閘。此外，0.2秒的延時(shí)也相對(duì)0.3秒降低了對(duì)主變壓器的沖擊。

(3)為避免變電站10 kV出線開關(guān)均0.2秒跳閘給電網(wǎng)主設(shè)備尤其是主變壓器帶來過度沖擊，每座變電站每段10 kV母線僅調(diào)整2至3條出線開關(guān)保護(hù)，同時(shí)對(duì)220/110/10 kV的三繞組變壓器不作考慮，防止由于低壓故障對(duì)220 kV主變壓器造成沖擊。

(4)對(duì)于架空線路或架空電纜混合線路，重合閘投入的，維持現(xiàn)狀，變電站10 kV出線開關(guān)電流Ⅰ段保護(hù)時(shí)間不調(diào)整。同時(shí)，將配網(wǎng)部分主干線路的柱開保護(hù)、變電站出口柱開保護(hù)停用，使重合閘真正能夠發(fā)揮作用。

4 應(yīng)用效果

基于上述配網(wǎng)保護(hù)優(yōu)化配置方案，同時(shí)考慮變電站開關(guān)未能快速切除故障可能對(duì)主變壓器安全運(yùn)行帶來威脅，為慎重起見，從公司頻繁跳閘6次以上的線路開關(guān)中選取了110 kV芙蓉變21開關(guān)與110 kV望湖變15開關(guān)作為方案試點(diǎn)，將變電站出線開關(guān)電流Ⅰ段保護(hù)時(shí)間由0秒調(diào)至0.2秒。

電力調(diào)控中心下達(dá)定值單后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，從2018年至今，已有效避免變電站6次出口動(dòng)作，如表1所示。

表1 避免變電站出線開關(guān)跳閘統(tǒng)計(jì)

由表1可知，6次故障點(diǎn)均為下級(jí)開閉所線路故障，開閉所出線開關(guān)正確跳閘，變電站10 kV出線開關(guān)未跳閘，未對(duì)變電站主變?cè)O(shè)備造成威脅，優(yōu)化效果較為明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)該方案的試點(diǎn)應(yīng)用達(dá)到了配網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)化的預(yù)期效果，可有效避免下一級(jí)開閉所乃至后級(jí)開閉所線路、用戶故障導(dǎo)致的變電站10 kV出線開關(guān)跳閘。從而保證供電可靠性，提升客戶滿意度。

(2)依據(jù)前文分析，配網(wǎng)保護(hù)優(yōu)化的理想狀態(tài)是將變電站出線開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)時(shí)間由0秒調(diào)至0.2秒。但是，全面調(diào)整后給主變等主網(wǎng)設(shè)備安全帶來威脅，每跳閘一次就意味著主變多承受一次0.2秒短路電流的沖擊。需進(jìn)一步商討研究主變承受短路電流的次數(shù)以及油化驗(yàn)試驗(yàn)周期，尋找平衡點(diǎn)，最終形成既能保障電網(wǎng)主設(shè)備安全，又能兼顧解決配網(wǎng)線路頻跳的良好局面。

(3)下一步，將結(jié)合公司配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的全面建設(shè)，在有光纖通道的開閉所與變電站之間、開閉所與開閉所之間試行安裝線路光纖差動(dòng)保護(hù)，徹底解決局部地區(qū)配網(wǎng)保護(hù)配合難題。