張 魯, 陳福全, 黃云龍, 梁 昆, 韓 平

(國(guó)網(wǎng)合肥供電公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

現(xiàn)階段，城區(qū)新建用戶居配工程廣泛采用電源點(diǎn)變電站10 kV出線經(jīng)全電纜串聯(lián)連接某區(qū)域公用開閉所(一級(jí)開閉所)、總開閉所(二級(jí)開閉所)、若干分開閉所的方式供電。文獻(xiàn)[1]針對(duì)該供電方式下的電源點(diǎn)變電站出口開關(guān)與下級(jí)開閉所出線開關(guān)同時(shí)跳閘問題，對(duì)變電站出口開關(guān)及開閉所保護(hù)定值進(jìn)行了優(yōu)化配置，綜合考慮了選擇性和靈敏性，很大程度縮小了同跳閘范圍。但在城區(qū)配網(wǎng)中，依然存在大量經(jīng)電纜與架空混合線路串聯(lián)連接支線、開閉所等相對(duì)復(fù)雜的方式供電，該方式下同樣存在因主線、支線或用戶故障導(dǎo)致的電源點(diǎn)變電站出口開關(guān)跳閘，造成全線失電。本文通過案例中混合線路的分段解析，對(duì)變電站出口開關(guān)、柱上開關(guān)及開閉所保護(hù)進(jìn)行了分級(jí)配合。

1 問題分析

本文案例線路的基本供電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。正常運(yùn)行方式如下，電源點(diǎn)110 kV金望變電站10 kV 21開關(guān)經(jīng)純電纜出線在#01桿塔處與架空線路對(duì)接，其中#03桿塔處裝設(shè)#359柱上永磁式快速分?jǐn)嚅_關(guān)(以下簡(jiǎn)稱“#359快分柱開”)，#04桿塔處為支線起始端。#01桿塔與#03桿塔間架空線路帶部分用戶負(fù)荷，#04桿塔與A開閉所間主線及#04桿塔與B開閉所間支線架空線路分別帶部分用戶負(fù)荷，A、B開閉所分別帶末端用戶負(fù)荷。

以下短路電流計(jì)算均取基準(zhǔn)容量SB為1 000 MVA，基準(zhǔn)電壓UB為10.5 kV，已知相關(guān)參數(shù)值如下：

(1)110 kV金望變電站10 kV母線大、小方式阻抗標(biāo)幺值：3.957、4.033；

(2)變電站出口21開關(guān)至#01桿塔間的電纜線路長(zhǎng)度為1.05 km，基準(zhǔn)電壓下單位阻抗標(biāo)幺值：0.834；

(3)#01桿塔至#359快分柱開間的架空線路長(zhǎng)度為0.4 km，基準(zhǔn)電壓下單位阻抗標(biāo)幺值：3.819；

(4)#359快分柱開至末端A開閉所間的架空線路長(zhǎng)度為1.2 km，基準(zhǔn)電壓下單位阻抗標(biāo)幺值：3.819；

可知，該供電線路為電纜與架空混合線路，且架空線路長(zhǎng)度占比大于50%，投入重合閘功能[3]，重合時(shí)間2 s。

圖1 案例供電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于該混合線路供電方式，如果按照完全保主網(wǎng)設(shè)備的思維進(jìn)行保護(hù)整定，即只考慮主網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行安全，完全犧牲配網(wǎng)保護(hù)選擇性，那么只需考慮在小方式下線路末端兩相短路故障時(shí)計(jì)算短路電流，可列式：

變電站出口21開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)定值對(duì)小方式下線路末端兩相短路故障有1.5倍靈敏度，計(jì)算如下:

定值取2 800 A，時(shí)限0 s。

在該定值下，當(dāng)線路上任意一點(diǎn)發(fā)生故障，變電站出口開關(guān)瞬動(dòng)，2 s后重合閘動(dòng)作，如果是瞬時(shí)性故障，重合成功，供電恢復(fù)。但如果是永久性故障，后加速動(dòng)作，開關(guān)再次分閘，全線失電。

2 分級(jí)配合

隨著地區(qū)主干網(wǎng)架的不斷加強(qiáng)，主網(wǎng)設(shè)備本身質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定且單臺(tái)主變非計(jì)劃停運(yùn)對(duì)電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)已顯著降低，但同時(shí)終端用戶對(duì)供電可靠性的要求卻在不斷提升，目前應(yīng)有選擇的將部分裕度還給配網(wǎng)，保護(hù)應(yīng)分級(jí)配置，各司其職。依據(jù)該思路，對(duì)混合線路進(jìn)行分段解析，如圖1所示。

選擇變電站出口開關(guān)為〇級(jí)配合點(diǎn)，#359快分為一級(jí)配合點(diǎn)，A、B開閉所分別為二級(jí)配合點(diǎn)。對(duì)整條線路而言，保護(hù)裝置分別對(duì)應(yīng)為21開關(guān)保護(hù)，#359快分柱開保護(hù)，A、B開閉所保護(hù)。為最大程度保證用戶負(fù)荷供電，各保護(hù)配合需實(shí)現(xiàn)以下選擇性。

(1)選擇性一：當(dāng)F4或F5點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，僅B或A開閉所保護(hù)分別動(dòng)作，而#359快分柱開和21開關(guān)保護(hù)不動(dòng)作，不影響出口開關(guān)與開閉所間的所有負(fù)荷供電；

(2)選擇性二：當(dāng)F3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，僅#359快分柱開動(dòng)作，而21開關(guān)保護(hù)不動(dòng)作，不影響出口開關(guān)與#359快分柱開間的所有負(fù)荷供電；

(3)選擇性三：當(dāng)F2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，21開關(guān)保護(hù)可靠動(dòng)作；

(4)選擇性四：當(dāng)F1發(fā)生故障時(shí)，21開關(guān)保護(hù)可靠動(dòng)作，且不重合閘。

2.1 實(shí)現(xiàn)選擇性三的整定計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)選擇性三，考慮〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)與一級(jí)配合點(diǎn)#359快分柱開之間線路末端的最大三相短路電流，計(jì)算可列式:

〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)定值按躲過該最大三相短路電流，計(jì)算如下:

IopI=1.3×8 647=11 241 A

定值取12 000 A，時(shí)限0 s，重合閘時(shí)間2 s。

2.2 實(shí)現(xiàn)選擇性四的整定計(jì)算

在實(shí)現(xiàn)選擇性三的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)選擇性四，考慮〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)與#01桿塔之間線路末端的最大三相短路電流，計(jì)算可列式:

〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)大電流閉鎖重合閘保護(hù)定值按躲過該最大三相短路電流，計(jì)算如下:

IBS=1.3×11 381=14 795 A

定值取15 000 A。

2.3 實(shí)現(xiàn)選擇性二的整定計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)選擇性二，考慮一級(jí)配合點(diǎn)#359快分柱開與二級(jí)配合點(diǎn)末端A開閉所之間線路末端的最大三相短路電流，計(jì)算可列式:

一級(jí)配合點(diǎn)#359快分柱開過流Ⅰ段保護(hù)定值按躲過該最大三相短路電流，計(jì)算如下：

IopI=1.3×5 026=6 534 A

但現(xiàn)場(chǎng)柱上開關(guān)一般僅有600 A、400 A兩檔，所以定值取600 A，時(shí)限0.15 s，重合閘時(shí)間3 s。

2.4 實(shí)現(xiàn)選擇性一的整定計(jì)算

為實(shí)現(xiàn)選擇性一，考慮二級(jí)配合點(diǎn)末端A開閉所出線所帶配變總?cè)萘繛? 500 kVA，計(jì)算配變額定電流可列式:

末端A開閉所出線過流Ⅰ段保護(hù)定值按躲變壓器勵(lì)磁涌流，計(jì)算如下：

IopI=8×137=1 096 A

定值取1 200 A，時(shí)限0 s。

2.5 考慮部分保護(hù)拒動(dòng)情況下的整定計(jì)算

綜合考慮配網(wǎng)一、二次設(shè)備質(zhì)量及運(yùn)維水平距主網(wǎng)設(shè)備均存在較大差距，當(dāng)快分柱開及開閉所保護(hù)均拒動(dòng)的極端情況下，確保最終可由變電站出口開關(guān)過流Ⅱ段保護(hù)切除故障，避免對(duì)主網(wǎng)設(shè)備造成長(zhǎng)時(shí)間傷害。

〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)過流Ⅱ段保護(hù)定值保證對(duì)小方式下線路末端兩相短路故障有1.5倍靈敏度[2]，計(jì)算如下：

定值取2 800 A，時(shí)限0.3 s。

2.6 最終各保護(hù)分級(jí)配置定值

(1)〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)定值取12 000 A，時(shí)限0 s，重合閘時(shí)間2 s，大電流閉鎖重合閘保護(hù)定值取15 000 A；〇級(jí)配合點(diǎn)21開關(guān)過流Ⅱ段保護(hù)定值取2 800 A，時(shí)限0.3 s。

(2)一級(jí)配合點(diǎn)#359快分柱開過流Ⅰ段保護(hù)定值取600 A，時(shí)限0.15 s，重合閘時(shí)間3 s。

(3)二級(jí)配合點(diǎn)A、B開閉所過流Ⅰ段保護(hù)定值取1 200 A，時(shí)限0 s。

3 應(yīng)用分析

3.1 F4或F5點(diǎn)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作分析

當(dāng)F4或F5點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流達(dá)到B或A開閉所過流Ⅰ段保護(hù)定值，開閉所出線開關(guān)分別瞬動(dòng)跳閘；故障電流雖達(dá)到#359快分柱開過流Ⅰ段保護(hù)定值，但其0.15 s延時(shí)確保#359快分柱開不會(huì)同跳；故障電流達(dá)不到21開關(guān)保護(hù)過流Ⅰ段保護(hù)定值，21開關(guān)不會(huì)同跳。不影響變電站出口開關(guān)與開閉所間的所有負(fù)荷供電。

3.2 F3點(diǎn)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作分析

當(dāng)F3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流達(dá)到#359快分柱開過流Ⅰ段保護(hù)定值，#359快分柱開延時(shí)0.15 s后跳閘，柱開后架空主、支線負(fù)荷，A、B開閉所均失電，3 s后#359快分柱開重合。此時(shí)分為兩種情況：

(1)如果是瞬時(shí)性故障，柱開后架空主、支線負(fù)荷，A、B開閉所均恢復(fù)供電。同時(shí)，#359快分柱開操動(dòng)機(jī)構(gòu)帶電后儲(chǔ)能，為下次重合閘做好準(zhǔn)備。

(2)如果是永久性故障，#359快分柱開再次跳閘，由于#359快分柱開第一次重合閘已基本將操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能釋放完畢，因此#359快分柱開無法再次重合閘，徹底切除故障。

而F3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)的故障電流達(dá)不到21開關(guān)保護(hù)過流Ⅰ段保護(hù)定值，21開關(guān)不會(huì)同跳。不影響出口開關(guān)與#359快分柱開間的所有負(fù)荷供電。

3.3 F2點(diǎn)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作分析

當(dāng)F2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流達(dá)到21開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)定值，21開關(guān)保護(hù)瞬動(dòng)跳閘，全線失電，2 s后21開關(guān)重合。此時(shí)同樣分為兩種情況：

(1)如果是瞬時(shí)性故障，全線恢復(fù)供電。

(2)如果是永久性故障，21開關(guān)再次跳閘，徹底切除故障。

3.4 F1點(diǎn)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作分析

當(dāng)F1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，故障電流達(dá)到21開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)定值，21開關(guān)保護(hù)瞬動(dòng)跳閘，全線失電，且故障電流達(dá)到大電流閉鎖重合閘保護(hù)定值，可知故障點(diǎn)必在變電站出口21開關(guān)至#01桿塔間的出口電纜上，此時(shí)閉鎖重合閘，徹底切除故障，避免短路電流對(duì)主網(wǎng)設(shè)備造成二次沖擊。

4 結(jié)語

(1)該案例電纜與架空混合線路中各設(shè)備保護(hù)經(jīng)分級(jí)配合后的定值，實(shí)現(xiàn)線路分段、精準(zhǔn)定位切除故障，最大程度避免線路任意點(diǎn)故障導(dǎo)致的變電站出口開關(guān)同跳閘問題，有效縮小停電用戶范圍，提高供電可靠性。

(2)案例的分級(jí)配合思路可靠保證了配網(wǎng)保護(hù)的選擇性，但變電站出口開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)定值按躲下級(jí)線路末端最大三相短路電流的整定原則，在變電站出線電纜長(zhǎng)度小于一公里甚至僅幾百米時(shí)，該整定原則下的過流Ⅰ段保護(hù)定值可能完全失去靈敏性，只能依靠過流Ⅱ段保護(hù)定值切除故障，但已對(duì)主網(wǎng)設(shè)備造成一定沖擊傷害。下一步，將在配網(wǎng)保護(hù)優(yōu)化工作持續(xù)實(shí)踐過程中，積極探索光纖縱差保護(hù)和5G保護(hù)在配網(wǎng)保護(hù)分級(jí)配合中的實(shí)施應(yīng)用。