張 魯， 馬列兵， 陳福全， 黃云龍

(國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽 合肥 230022)

0 引言

合肥某區(qū)采用20 kV配網(wǎng)供電，20 kV公用開閉所(一級開閉所)相當于電源點變電站20 kV母線的延伸，變電站與公用開閉所、公用開閉所與總開閉所(二級開閉所)、總開閉所與分開閉所等各級開閉所間經(jīng)全電纜連接，為周邊用戶負荷提供電源。該區(qū)部分供電區(qū)域多次發(fā)生因電源點變電站出口開關(guān)與下級開閉所出線開關(guān)同時跳閘導(dǎo)致的用戶停電范圍擴大問題，直接影響供電可靠性。本文通過對問題案例的供電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、短路電流計算分析，對變電站出線開關(guān)及開閉所保護定值進行了針對性優(yōu)化配置。

1 問題分析

問題案例的基本供電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。正常運行方式如下，電源點220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)出線和110 kV廣西路變電站20 kV 04開關(guān)出線分別經(jīng)20 kV A開閉所(一級開閉所)01、02進線開關(guān)對其供電，01、02進線開關(guān)分別帶所內(nèi)Ⅰ、Ⅱ段母線，母聯(lián)00開關(guān)熱備用狀態(tài)；20 kV A開閉所07、14開關(guān)出線分別為20 kV B#1總開閉所、20 kV B#2總開閉所(二級開閉所)供電；以此類推，各總開閉所分別為其對應(yīng)分開閉所供電。簡而言之，此供電區(qū)域內(nèi)兩處電源點變電站分別串帶一級開閉所后一半用戶負荷。

圖1 案例供電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖

據(jù)現(xiàn)場反饋，總開閉所(二級開閉所)及各分開閉所用戶出線故障時，除故障出線開關(guān)跳閘動作外，電源點變電站出線開關(guān)也同時跳閘，導(dǎo)致失去全部負荷，擴大了用戶停電范圍。以電源點220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)為例開展分析，現(xiàn)場相關(guān)繼電保護定值(一次值)如下：

(1)220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)過流Ⅰ段定值為3 000 A，過流Ⅰ段時間為0 s；

(2)20 kV A開閉所20 kV 07、14開關(guān)過流Ⅰ段定值為1 200 A，過流Ⅰ段時間為0.3 s；

(3)20 kV B#1、#2總開閉所對應(yīng)的20 kV分開閉所出線開關(guān)過流Ⅰ段定值為800 A，過流Ⅰ段時間為0 s；

當電源點220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)后出線故障電流達到過流Ⅰ段定值時，下面計算保護范圍的大小。取基準容量為1 000 MVA，基準電壓為21 kV，已知相關(guān)參數(shù)值如下：

(1)220 kV錦繡變電站20 kV母線大方式阻抗標幺值：2.237；

(2)220 kV錦繡變電站20 kV母線小方式阻抗標幺值：2.309；

(3)純電纜線路單位阻抗標幺值：0.209；

令變電站出口開關(guān)至故障點距離為L(單位：km)，

(1)當大方式下三相短路故障時，計算短路電流可列式：

(2)當小方式下兩相短路故障時，計算短路電流可列式：

綜上可知，當220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)過流Ⅰ段定值為3 000 A時，其線路保護范圍在變電站出口開關(guān)后出線27至33 km內(nèi)。

而依據(jù)配網(wǎng)條圖系統(tǒng)，對以220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)為電源點的供電區(qū)域范圍測距，可知最末端的分開閉所用戶出線距電源點變電站出口線路最大長度為10 km左右。從定值大小角度看，即該供電區(qū)域范圍內(nèi)發(fā)生故障，變電站出口開關(guān)過流Ⅰ段保護都會瞬時動作跳閘，保護完全失去選擇性；從重合閘投退角度看，全電纜線路重合閘功能退出，變電站出口開關(guān)保護動作跳閘后沒有重合閘補救，降低了供電可靠性。另外，設(shè)定故障發(fā)生最末端的分開閉所用戶出線，在所有保護裝置運行良好，正確動作的情況下，分開閉所、總開閉所(二級開閉所)、變電站出口開關(guān)過流Ⅰ段時間均為0 s，而20 kV A開閉所(一級開閉所)過流Ⅰ段時間為0.3 s。所以，從動作時限角度看，20 kV A開閉所保護動作前，變電站出口開關(guān)保護已動作跳閘，造成越級跳閘。

2 定值優(yōu)化

對電源點220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)過流Ⅰ段定值開展優(yōu)化，現(xiàn)場提供變電站出口至20 kV A開閉所(一級開閉所)的實際線路長度為3.578 km，前文可知最末端的分開閉所用戶出線距變電站出口線路最大長度為10 km左右。優(yōu)化思路是：在保護主網(wǎng)220 kV主變壓器安全運行，防止由于低壓故障對220 kV主變造成沖擊的情況下，希望在20 kV A開閉所(一級開閉所)下級串聯(lián)開閉所及用戶發(fā)生故障時，20 kV A開閉所(一級開閉所)對應(yīng)出線開關(guān)保護動作跳閘，而不希望電源點變電站出口開關(guān)同跳閘。

當變電站出口開關(guān)至故障點距離為3.578 km時，

(1)當大方式下三相短路故障時，計算短路電流可列式：

(2)當小方式下兩相短路故障時，計算短路電流可列式：

對于本案例，為盡可能滿足優(yōu)化思路，既要考慮選擇性又要考慮靈敏性，而更多考慮220 kV主變運行安全，希望快速切除故障，保證靈敏性，過流Ⅰ段優(yōu)化定值取7 700 A。

而當大方式下三相短路故障電流為7 700 A時，令變電站出口開關(guān)至故障點距離為L(單位：km)，短路電流可列式：

綜上可知，在現(xiàn)場故障均為最大方式三相短路的極端情況下，

(1)定值優(yōu)化前同跳范圍為：10-3

.

578=6

.

422 km(2)定值優(yōu)化后同跳范圍為：6

.

385-3

.

578=2

.

807 km

如圖2所示，在20 kV A開閉所(一級開閉所)后2.807 km長度范圍內(nèi)的下級串聯(lián)開閉所及用戶發(fā)生故障時，雖仍會發(fā)生電源點變電站出口開關(guān)同跳閘的情況，但對比原定值，電源點變電站出口開關(guān)同跳閘范圍至少縮小了56

.

29

%

。而根據(jù)現(xiàn)場配網(wǎng)故障類別統(tǒng)計，大部分短路故障為兩相短路，實際同跳閘范圍縮小率將遠大于59

.

29

%

。最終優(yōu)化定值配置如下：

圖2 開關(guān)同跳范圍示意圖

(1)220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)過流Ⅰ段定值為7 700 A，過流Ⅰ段時間為0 s；

(2)20 kV A開閉所20 kV 07、14開關(guān)過流Ⅰ段定值為1 600 A，過流Ⅰ段時間為0 s。

3 應(yīng)用效果

在電力調(diào)控中心下達優(yōu)化定值單的同時，配電運檢專業(yè)人員結(jié)合20 kV A開閉所(一級開閉所)停電檢修工作，對開關(guān)機構(gòu)分合特性進行試驗，確保開關(guān)動作整體出口時間在100 ms以內(nèi)?，F(xiàn)場調(diào)整執(zhí)行優(yōu)化定值單后至今，再未發(fā)生20 kV A開閉所(一級開閉所)下級串聯(lián)開閉所及用戶發(fā)生故障導(dǎo)致的電源點220 kV錦繡變電站20 kV 12開關(guān)跳閘。此外，配網(wǎng)運維專業(yè)人員反饋查找故障效率大幅提高，縮短了故障處置時間。

4 結(jié)束語

(1)該案例中優(yōu)化后的定值，可以在保證主網(wǎng)安全運行的前提下，最大程度避免電源點變電站與下級串聯(lián)供電開閉所及用戶發(fā)生故障導(dǎo)致的開關(guān)同跳閘問題，有效縮小停電用戶范圍，提高供電可靠性。

(2)案例的整體優(yōu)化思路前提依然是優(yōu)先保障主網(wǎng)安全，在一定程度上釋放主網(wǎng)選擇性裕度。下一步，在全市范圍內(nèi)的配網(wǎng)保護優(yōu)化持續(xù)實踐過程中，進一步將裕度還給配網(wǎng)，探索實施電源點變電站與下級串聯(lián)供電開閉所動作時限的級差配合。