電力系統單線單變供電問題和解決方案

廣東電網公司清遠供電局 李開紅

為滿足社會經濟發展需要，電網建設也相對加快，但由于考慮到投資收益等各方面原因，局部地區特別是經濟欠發達地區，電網建設初期往往只考慮了投資少、見效快的單線單變供電方式，暫時改變用電問題，但這種電網結構薄弱，供電可靠性很低。為確保電網安全和可靠供電，必須采取相應的自動裝置，完善相應二次回路來彌補一次系統的不足，確保主供電源故障時，能夠盡快自動恢復供電，同時避免電網事故事件發生。

1.存在問題

如本文3.1.1主接線圖所示，220kV保城站目前僅有一條220kV山保線與500kV站主系統連接，110kV線路所連接的110kV變電站均有小水電電源，小水電電源自動調節能力較差問題突出。當220kV山保線發生三相跳閘，小水電電源可能形成孤立系統但不穩定或者直接導致局部電網失壓，電壓質量也無法保證，也無法保證220kV山保線重合成功，以致造成保城站、吉田站、福堂站失壓電網事故事件，影響區域供電，在雷電多發季節情況更加嚴重。為防止局部電網事故事件發生，確保該供電區域對用戶可靠供電，有必要采取適當的措施，以自動恢復220kV保城站、吉田站、福堂站負荷供電。

2.控制原則要求

2.1 220kV山保線線路兩側投綜合重合閘方式，單相瞬時性故障情況下，線路保護動作單跳，依靠線路重合成功確保保城站與系統的連接。

2.2 當220kV山保線線路發生相間瞬時性故障，保城站側線路保護動作三跳，聯切保城站110kV線路（有小水電電源上網），線路重合成功確保保城站與系統的連接，然后依靠110kV線路重合閘自動恢復下一級負荷供電。

2.3 當220kV山保線線路發生永久性故障時，保城站側QF2重合不成功，投備用電源110kV安保線即合上QF13恢復保城站220kV母線、110kV母線電壓，然后依靠110kV線路重合閘自動恢復下一級負荷供電。

2.4 保城站被聯切的110kV保吉線、保褔線，重合閘方式選擇檢線路無壓重合。

2.5 保城站110kV保吉線、保褔線被聯切后，110kV吉田站、福堂站由本站低頻（含過頻）、低壓（含過壓）自動裝置切10kV小水電線路且閉鎖重合閘。[1]

3.系統運行及保護自動裝置配置方案

3.1 正常運行方式如結線圖

3.1.1 主結線圖(見圖1)

圖1 主結線圖

3.1.2 正常運行方式說明

500kV變電站主系統運行，由220kV山保線供220kV保城站、110kV吉田站、福堂站運行。

220kV山保線QF1、QF2斷路器在合閘位置；保城站主變QF3、QF4斷路器在合閘位置；110kV保吉線QF5、QF6斷路器在合閘位置；吉田站主變QF9、QF10斷路器在合閘位置；10kV水電線路QF14、QF15斷路器在合閘位置；110kV保褔線QF7、QF8斷路器在合閘位置；福堂站主變QF11、QF12斷路器在合閘位置；10kV水電線路QF16、QF17斷路器在合閘位置；山保線、保吉線、保褔線線路保護、保城站主變、220kV及110kV母線保護均正常投入運行。

220kV山安線供220kV安峰站，即山安線QF18、QF19斷路器在合閘位置；安峰站主變QF20、QF21斷路器在合閘位置；山安線、安峰站主變、220kV及110kV母線保護均正常投入運行。

圖2 山保線三跳聯切110kV線路二次回路

110kV安保線由安峰站側充電線路運行，即安保線QF22斷路器在合閘位置，QF13在分閘位置，為熱備用狀態，線路保護正常投入運行。

220kV保城站山保線保護三跳聯切、線路備自投正常投入運行；110kV吉田站電壓頻率裝置1、福堂站電壓頻率裝置2正常投入運行。

3.2 保護及自動裝置配置

3.2.1 220kV保城站增加220kV山保線QF2保護三跳聯切出口接點及相關二次回路，接入至110kV保吉線、保褔線保護跳閘開入的二次回路。以實現220kV山保線三相跳閘聯切小水電，確保山保線能夠重合，110kV保吉線、保褔線依靠本線重合閘自動重合。

山保線三跳聯切110kV線路二次回路如圖2。

3.2.2 220kV保城站配置線路備自投裝置[2]一套，實現220kV山保線故障跳閘且重合不成功時，自動投入備用電源110kV安保線。

3.2.3 110kV吉田站、福堂站：各配置一套電壓頻率切機自動裝置，具備低頻、低壓、過頻、過壓功能，實現電壓、頻率異常控制，切除10kV小水電線路。

4.備自投充電及閉鎖條件

4.1 充電條件

220kV山保線運行QF2在合位，保城站主變在運行狀態且變高QF3、變中QF4在合閘位置，無其它外部閉鎖條件，即保城站220kV母線有壓，且山保線QF2在合位，110kV安保線熱備用QF13在分位線路有壓，滿足充電條件。

4.2 閉鎖條件

220kV山保線、保城站主變、220kV或110kV母線備用，即QF2、QF3、QF4斷路器、及其隔離開關在分位；110kV安保線QF13檢修；220kV及110kV母線電壓互感器檢修狀態；220kV及110kV母線保護、主變保護動作等外部條件均閉鎖備自投。

5.自動裝置定值整定原則及要求

5.1 保城站

5.1.1 山保線重合閘

投綜合重合閘方式，即單相故障跳單相重合單相，Tch1=0.8秒；相間故障跳三相重合三相，Tch3=3.5秒，線路兩側方式相同。

5.1.2 山保線三跳聯切

220kV山保線發生瞬時相間或永久性故障時，保城站側保護動作跳QF2三相開關，為防止保城站與吉田站、福堂站之后形成小系統，電壓不穩定，導致山保線QF2重合閘無法動作等問題，需采取適當措施。即當山保線保護發出三相跳閘命令時，同時聯切具有水電上網的110kV保吉線、保褔線，聯切回路接入保吉線、保褔線的保護跳閘回路，不閉鎖重合閘。由山保線重合閘或備自投恢復保城站供電，然后由保吉線、保褔線自動重合恢復吉田站、福堂站供電。

5.1.3 110kV線路重合閘

投綜合重合閘方式，即線路任何故障均跳三相，可以檢線路無壓母線無壓（或有壓），檢線路有壓母線無壓，Tch=5.5秒。

5.1.4 線路備自投

選擇使用方式1，即220kV山保線為主供電源，110kV安保線為備用電源，跳閘時限：Tt=4.5秒；合閘時限：Th=0.15秒；

5.2 吉田站

電壓頻率切機自動裝置：過頻Tfhqs1=0.1秒，過壓Tuhqs1=0.1秒，低頻Tfs1=0.1秒，低壓Tus1=0.1秒。

5.3 福堂站

電壓頻率切機自動裝置：過頻Tfhqs1=0.1秒，過壓Tuhqs1=0.1秒，低頻Tfs1=0.1秒，低壓Tus1=0.1秒。

6.保護及自動裝置動作邏輯論證

6.1 220kV山保線瞬時故障

6.1.1 單相瞬時故障

根據220kV山保線保護整定原則，線路發生單相瞬時故障時，保城站側保護動作跳QF2單相開關，此時保城站通過非故障相短時運行，經Tch1=0.8秒后單相重合成功。

山保線單相重合成功，不聯切110kV保吉線、保褔線，保城站備自投不動作，吉田站、福堂站自動裝置不動作。保城站以及吉田站、福堂站基本不受影響，可以維持正常運行。

6.1.2 相間瞬時故障

山保線發生相間瞬時故障時，保城站側保護動作跳QF2三相開關，此時保城站與賢令山站主系統完全斷開，同時聯切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器。根據整定原則，此方式下，吉田站自動裝置經0.1秒動作跳開QF14、QF15水電線路；福堂站自動裝置經0.1秒動作跳開QF16、QF17水電線路。至此保城站、吉田站、福堂站均為失壓狀態，山保線跳閘后經Tch3=3.5秒后三相重合成功，保城站220kV、110kV母線電壓恢復正常；由于山保線三跳同時聯切保城站側保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，且不閉鎖線路重合閘，保吉線QF5、保褔線QF7重合閘檢線路無壓條件滿足，經Tch=5.5秒重合成功，恢復吉田站、福堂站供電負荷。

山保線發生相間瞬時故障，跳開QF2三相開關，同時聯切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，保城站220kV、110kV母線失壓。此時保城站線路備自投滿足啟動條件開始啟動，但由于山保線跳閘后經Tch3=3.5秒后三相重合成功，而備自投跳閘時限：Tt=4.5秒，母線電壓提前恢復正常，備自投立即返回，備自投裝置不動作，不發跳令，而自動恢復至正常運行狀態。

6.2 山保線單相（或相間）永久性故障

山保線單相永久性故障時，根據整定原則，保城站側保護第一次動作跳QF2單相開關，并經Tch1=0.8秒后進行單相重合，由于線路永久性故障，重合后加速保護將立即發三相跳閘命令，重合不成功。同時聯切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，吉田站自動裝置QF14、QF15水電線路；福堂站自動裝置經0.1秒動作跳開QF16、QF17水電線路。

山保線相間永久性故障時，根據整定原則，保城站側保護第一次動作跳QF2三相開關，同時聯切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，吉田站自動裝置QF14、QF15水電線路；福堂站自動裝置經0.1秒動作跳開QF16、QF17水電線路。山保線經Tch3=3.5秒后進行三相重合，由于線路永久性故障，重合后加速保護將立即再次發三相跳閘命令，重合不成功。

從以上山保線單相、相間永久性故障情況來看，220kV保城站、110kV吉田站、福堂站將全部失壓。因山保線重合不成功，保城站220kV、110kV母線失壓，此時保城站線路備自投滿足啟動條件開始啟動，經備自投跳閘時限：Tt=4.5秒發出跳山保線QF2命令并確認在斷開位置后，再經合閘時限：Th=0.15秒，發合閘命令合上110kV安保線QF13斷路器，約經4.65秒時間，保城站220kV、110kV母線電壓先恢復正常運行。

由于山保線重合不成功而發三相跳閘命令聯切110kV保吉線QF5、保褔線QF7斷路器，保吉線、保褔線重合閘采取位置不對應等方式同時啟動，經Tch=5.5秒重合成功，恢復吉田站、福堂站供電負荷。

7.結論

經過以上分析，得出以下論：

7.1 220kV山保線發生單相瞬時故障時，只需要本身線路重合閘動作就可以恢復電網正常運行和供電；

7.2 220kV山保線發生三相瞬時故障時，依靠三跳聯切等自動裝置切除水電后，然后由山保線、保吉線、保褔線重合閘逐級自動恢復電網正常運行和供電；

7.3 220kV山保線發生單相（或相間）永久性故障時，依靠三跳聯切等自動裝置切除水電后，然后由線路備自投先恢復保城站供電，再由保吉線、保褔線重合閘自動恢復電網正常運行和供電；

綜上所述，在局部區域電網特別是有小水電的山區，電網結構薄弱的地方，采取有關備自投、電壓頻率自動裝置等方式，來逐級自動恢復供電，既能滿足經濟又可靠，而且能夠確保電網安全，避免電網的事故（或事件）發生，效果明顯。

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