海島電網(wǎng)多重環(huán)網(wǎng)運行繼電保護整定計算方案分析

林 峰，張?zhí)m英，呂庭欽，相里碧玉

（1.國網(wǎng)福州供電公司，福建福州 350009；2.國網(wǎng)南平供電公司，福建南平 353000）

海島電網(wǎng)多重環(huán)網(wǎng)運行繼電保護整定計算方案分析

林 峰1，張?zhí)m英1，呂庭欽1，相里碧玉2

（1.國網(wǎng)福州供電公司，福建福州 350009；2.國網(wǎng)南平供電公司，福建南平 353000）

電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)或電磁環(huán)網(wǎng)運行能提高電網(wǎng)供電可靠性及經(jīng)濟性，但同時使得繼電保護整定計算復(fù)雜化。結(jié)合平潭海島多重環(huán)網(wǎng)運行特性，提出了一套繼電保護整定計算方案。分析了該電網(wǎng)繼電保護整定計算遇到的運行方式選擇、整定原則、整定順序、保護配合死循環(huán)、保護或開關(guān)拒動和重合閘等問題與解決措施。該方案的實施提高了線路保護適應(yīng)電網(wǎng)多變運行方式的能力，減小了現(xiàn)場修改定值或保護切區(qū)的工作量。海島電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行表明該整定方案的合理性與可行性。

電磁環(huán)網(wǎng)；環(huán)網(wǎng)運行；繼電保護；整定計算；重合閘

0 引言

地區(qū)3 kV～110 kV電網(wǎng)宜采用環(huán)網(wǎng)布置、開環(huán)運行的方式[1]。但由于電網(wǎng)建設(shè)過渡期間造成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不夠堅強或由于惡劣的自然環(huán)境影響，電網(wǎng)的供電可靠性低，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提下，常將地區(qū)電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)或電磁環(huán)網(wǎng)運行。電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)或電磁環(huán)網(wǎng)運行能提高電網(wǎng)供電可靠性及經(jīng)濟性，但同時帶來繼電保護整定計算復(fù)雜化、功率轉(zhuǎn)移造成線路過載、短路電流變化、無功環(huán)流等問題[2-8]。

多重環(huán)網(wǎng)運行的電網(wǎng)，常因設(shè)備檢修或故障影響，運行方式靈活多變。變電站往往地處偏遠，且多為無人值班或少人值班，現(xiàn)場修改定值或現(xiàn)場切區(qū)的工作量大。為了讓線路保護定值能適用于電網(wǎng)多變的運行方式，本文結(jié)合福建平潭海島電網(wǎng)多重環(huán)網(wǎng)運行的實際情況，分析了該電網(wǎng)繼電保護整定計算遇到的運行方式選擇，整定原則，整定順序，保護配合死循環(huán)，保護或開關(guān)拒動，重合閘等問題與解決措施。海島電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行表明本文所提保護整定方案的合理性與可行性。

1 電網(wǎng)概況

福建平潭海島電網(wǎng)多重環(huán)網(wǎng)運行示意圖，如圖1所示。該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較薄弱，僅由一座新建的220 kV智能變電站B站，三座110 kV變電站D站、E站和F站，以及兩座110 kV風(fēng)電場組成，通過三條跨海線路(220 kV AB線及110 kV AD線、CE線）與主網(wǎng)相連。電網(wǎng)自然環(huán)境惡劣，輸電線路受雷暴、臺風(fēng)影響大[9-11]。目前，該電網(wǎng)潮流負荷較小。為滿足海島政治經(jīng)濟的發(fā)展需要，提高該電網(wǎng)運行可靠性，減少N-1故障情況下負荷損失，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的前提條件下，將正常開環(huán)運行的D站110 kV AD線132開關(guān)及D站橋開關(guān)13 M開關(guān)轉(zhuǎn)合環(huán)運行，形成了多重環(huán)網(wǎng)的運行方式。

圖1 平潭海島電網(wǎng)網(wǎng)示意圖

2 保護配置情況

海島電網(wǎng)110 kV線路保護配置情況：單重微機保護，且110 kV線路保護中除110 kV DE線、110 kV BD線及110 kV BF線配置了光差保護，其余110 kV線路保護均只配置常規(guī)的零序電流、相間及接地距離后備保護。

220 kV系統(tǒng)設(shè)備（主變、母線及線路）保護均為雙重化配置。

3 整定計算問題與措施

3.1 運行方式選擇

合理地選擇運行方式是改善保護效果，充分發(fā)揮保護效能的關(guān)鍵之一。對于平潭海島電網(wǎng)，220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，且自然環(huán)境惡劣，110 kV線路保護應(yīng)考慮220 kV AB線退出運行，全島負荷僅由110 kV AD線或110 kV CE線供電的方式。還應(yīng)考慮220 kV AB線路運行，平潭島上110 kV線路各種環(huán)網(wǎng)與解環(huán)的運行方式。

整定計算的分支系數(shù)、助增系數(shù)、最大及最小電流均應(yīng)考慮以上運行方式。

3.2 主要整定原則

110 kV線路相間距離，接地距離，零序電流保護的整定原則主要根據(jù)3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程進行整定[1]。以下主要結(jié)合多重環(huán)網(wǎng)的特點對以下幾點進行說明。3.2.1與220 kV系統(tǒng)設(shè)備保護的配合

220 kV系統(tǒng)設(shè)備（主變、母線及線路）保護均為雙重化配置，且主要考慮近后備保護。因此，220 kV變電站的110 kV線路后備保護只需滿足上級電網(wǎng)的邊界限額值要求，不考慮與其他220 kV系統(tǒng)設(shè)備保護進行配合。3.2.2相間及接地距離Ⅲ段保護

在多重環(huán)網(wǎng)運行方式，為防功率轉(zhuǎn)移，線路過載，110 kV環(huán)網(wǎng)線路距離Ⅲ段定值應(yīng)按可靠躲過本線路的事故過負荷最小阻抗整定。110 kV環(huán)網(wǎng)線路距離保護受對側(cè)大電源助增作用，測量阻抗增大，環(huán)網(wǎng)線路相間距離Ⅲ段定值很難對線末主變低壓側(cè)故障有足夠靈敏度，但須滿足對相鄰線路故障有足夠的靈敏度要求。在配合難困時可考慮不完全配合，即動作時間配合，在保護范圍的部分區(qū)域靈敏系數(shù)不配合。3.2.3零序電流Ⅰ段保護

零序電Ⅰ段保護受運行方式的影響大，因此在接地距離Ⅰ段保護投入的情況下，為簡化保護配置，退出零序電流Ⅰ段保護，同時將電流定值置最大，時間整定同Ⅱ段值，詳見定值配合圖（圖2）所示。只在環(huán)網(wǎng)線路配合需要下將部分線路間隔（A站的110 kV AD線169、110 kV AC線167、E站的110 kV DE線132）投入零序電流Ⅰ段保護。3.2.4零序電流末段保護

零序電流末段保護主要是保高阻接地故障，電流值按150 A≥I0≥120 A范圍整定[12]，時間按0.3 s級差配合整定。

在多重環(huán)網(wǎng)運行方式，220 kV主變110 kV出線零序電流末段整定為不經(jīng)方向閉鎖，以防方向閉鎖保護。其余110 kV線路間隔零序電流末段是否帶方向，應(yīng)根據(jù)所整定的零序電流對應(yīng)的零序電壓是否滿足線路保護裝置零序方向元件最小動作電壓的要求。

3.3 整定順序

3.3.1 間隔整定順序

對于多重環(huán)網(wǎng)運行的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從全網(wǎng)進行綜合考慮其整定順序。為了減少運行切區(qū)及現(xiàn)場改定值工作量，線路保護應(yīng)爭取適應(yīng)電網(wǎng)各種環(huán)解與解環(huán)的運行方式。因此，間隔整定順序可考慮電網(wǎng)解環(huán)運行后串供的末端線路大系統(tǒng)側(cè)間隔開始整定，逐級向上，直至與220 kV主變的110 kV側(cè)保護邊界配合，再考慮環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路保護配合（詳見3.4內(nèi)容），逐級向下，直至線路末端間隔小系統(tǒng)側(cè)保護。

對于此海島電網(wǎng)，110 kV線路保護應(yīng)考慮220 kV AB線退出運行，全島負荷應(yīng)考慮僅由110 kV AD線或110 kV CE線供電的方式。整定順序從110 kV F站的風(fēng)電場2線182間隔開始，逐級向上，直至與A站220 kV主變110 kV側(cè)保護配合，再考慮110 kV環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路保護配合，逐級向下，直至110 kV風(fēng)電場2出線側(cè)保護。

3.3.2 相間及接地距離保護的整定順序

相間及接地距離保護先按躲線末故障整定Ⅰ段值。在重合閘投入時，單回線終端變壓器方式可考慮把保護范圍伸入主變內(nèi)部，這樣有利于相鄰線路的配合。

再按間隔整定順序整定Ⅱ段值。在保證對本線有靈敏度要求前提下，盡量與相鄰線路Ⅰ段值配合（如短線路與長線路的配合），無法配合時再考慮與Ⅱ段值配合，保護范圍應(yīng)躲開變壓器其他側(cè)母線。

最后按間隔整定順序整定Ⅲ段值。

3.3.3 零序電流保護整定順序

多重環(huán)網(wǎng)運行的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，考慮零序電流Ⅰ段退出時，可按間隔整定順序從零序電流Ⅱ段整定，并與相鄰線路Ⅱ段配合。本海島電網(wǎng)由于受主變110kV零序電流跳母聯(lián)的時間限制，B站的110kV BF線175間隔零序電流Ⅱ段考慮與F站的110kV風(fēng)電場2線182間隔光差保護配合。

最后按間隔整定順序進行零序電流末段保護整定。

3.4 防110 kV環(huán)網(wǎng)線路保護配合死循環(huán)方法

3.4.1 錯級配合方法

為了防止環(huán)網(wǎng)線路保護配合死循環(huán)，選取環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路小系統(tǒng)側(cè)的零序或距離Ⅱ段或Ⅲ段與相鄰線路零序或距離的Ⅰ段或Ⅱ段進行錯級配合。因此，環(huán)網(wǎng)內(nèi)線路的零序或距離Ⅱ段或Ⅲ段可從小系統(tǒng)側(cè)開始整定。

3.4.2 利用光差保護

110 kV環(huán)網(wǎng)線路配合困難時，應(yīng)充分利用線路光差保護靈敏度高，動作速度快的特點，選取適當?shù)木€路后備保護與帶光差保護的線路配合，防止保護配合進入死循環(huán)。因此，建議110 kV環(huán)網(wǎng)線路應(yīng)盡量配置縱聯(lián)差動保護。

3.4.3 設(shè)置解列點

在環(huán)網(wǎng)線路配合困難，出現(xiàn)了配合死循環(huán)，配合時間級差過小，大系統(tǒng)側(cè)開關(guān)或保護拒動等問題時，可根據(jù)具體電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點，在保證安全穩(wěn)定運行的前提下，合理地設(shè)置解列點，通過設(shè)置解列點的重合閘時間躲過故障線路開關(guān)切除故障的時間，來恢復(fù)失壓變電站的供電。

3.5 大系統(tǒng)側(cè)開關(guān)或保護距動

多重環(huán)網(wǎng)運行方式下，若A站110 kV側(cè)出線間隔（如169線路間隔）開關(guān)或保護拒動，跳開保護配合開關(guān)（包括：A站110 kV母聯(lián)開關(guān)，C站110 kV AC線174開關(guān)）及線路對側(cè)開關(guān)（E站110 kV AE線132開關(guān)）進行故障隔離。此時兩條進島的110 kV線路均跳開，但由于220 kV AB線可帶全島負荷正常運行，并不影響海島電網(wǎng)的供電。

但當220 kV線路因故退出運行，僅由兩條110 kV環(huán)網(wǎng)運行線路帶全島負荷時，若A站110 kV側(cè)出線間隔（如169線路間隔）開關(guān)或保護拒動，造成兩條進島的110 kV線路均跳開，若不采取措施將造成全島停電的事故。本案例采用合理設(shè)置解列點（如C站110 kV AC線174開關(guān)、D站的110 kV AD線132開關(guān)），通過重合閘來恢復(fù)相關(guān)失壓變電站的供電，重合閘時間的設(shè)置見3.6.2第3點。

3.6 重合閘

為了避免同一間隔存在多套保護定值及減少保護切區(qū)工作，重合閘的整定，應(yīng)能適應(yīng)電網(wǎng)線路各種環(huán)網(wǎng)和解環(huán)的運行方式。

3.6.1 重合閘方式的整定

（1）風(fēng)電場線路重合閘方式整定。大系統(tǒng)側(cè)投入“檢母線有壓線路無壓”方式，風(fēng)電場側(cè)投入“檢線路有壓母線無壓”方式[13]。例如110 kV風(fēng)電場1線、風(fēng)電場2線及BF線。

（2）環(huán)網(wǎng)線路只有一側(cè)為大系統(tǒng)時重合閘方式整定。大系統(tǒng)側(cè)同時投入“檢同期”、“檢母線有壓線路無壓”方式，小系統(tǒng)側(cè)投入“檢同期”、“檢線路有壓母線無壓”方式。例如110 kV AD線及AC線。

（3）環(huán)網(wǎng)線路兩側(cè)均可能為大系統(tǒng)時重合閘方式整定。建議線路兩側(cè)均投入“檢同期重合”、“檢線路有壓母線無壓”、“檢母線有壓線路無壓”方式，通過設(shè)置線路兩側(cè)重合閘時間級差，來防止兩側(cè)線路的非同期重合。例如本海島電網(wǎng)的110 kV CD線、DE線及BD線。

3.6.2 重合閘時間的整定

（1）單側(cè)電源線路及雖為雙側(cè)電源線路但線路兩側(cè)檢無壓方式不同（即一側(cè)投入“檢母線有壓線路無壓”方式，另一側(cè)投入“檢線路有壓母線無壓”方式），重合閘時間除應(yīng)大于故障點斷電去游離時間外，還應(yīng)大于斷路器及操作機構(gòu)復(fù)歸原狀準備好再次動作的時間。根據(jù)運行經(jīng)驗可整定為1.5 s。

（2）環(huán)網(wǎng)線路兩側(cè)均可能為大系統(tǒng)側(cè)，且兩側(cè)同時投入“檢母線有壓線路無壓”、“檢線路有壓母線無壓”方式（或線路兩側(cè)同時投入“檢無壓”方式）時，為防止非同期重合，線路兩側(cè)重合閘應(yīng)有足夠的時間級差。先合側(cè)重合閘整定時間應(yīng)等于線路對側(cè)有足夠靈敏系數(shù)的延時段保護的動作時間，加上故障點足夠斷電去游離時間和裕度時間，再減去斷路器合閘固有時間[1]，見公式（1）。后合側(cè)重合閘整定時間除應(yīng)滿足公式（1）要求外，主要考慮與對側(cè)開關(guān)有靈敏度段時間及重合閘時間配合，見公式（2）。

式中：

tXHC.min為線路先合側(cè)最小重合閘整定時間；tXHC.為線路先合側(cè)重合閘整定時間；

tXHC.min為線路后合側(cè)最小重合閘整定時間；

tII為故障線路對側(cè)保護延時段動作時間；

tD為斷電時間，對三相重合閘不小于0.3 s；

tK為斷路器合閘固有時間；

Δt為裕度時間，考慮不小于0.3 s；

例如：對于110 kV CE線，線路兩側(cè)開關(guān)均配置南京南瑞的RCS-941A線路保護，重合閘方式均投入“投檢同期方式”、“投線無壓母有壓”、“投母無壓線有壓”三種方式，且在110 kV E站123開關(guān)重合閘時間設(shè)為2.0 s，110 kV C站175開關(guān)重合閘時間為5 s。計算過程如下：

根據(jù)公式（1）整定先合側(cè)重合閘時間。

tXHC.min=1.2+0.3+0.3-0.04=1.76 s；

先合側(cè)重合閘時間取2.0 s(2 s＞1.76 s)；

根據(jù)公式（2）整定后合側(cè)重合閘時間。

tXHC.min=0.9+2+0.3-0.04=3.16 s；

后合側(cè)重合閘時間取5 s(5 s＞3.16 s)；

（3）解列點重合閘時間的整定。解列開關(guān)最小重合閘時間在考慮公式（1）的因素外還考慮躲過永久隔離線路故障的時間，見公式（3）。

式（3）中：tJL.min為解列開關(guān)最小重合閘時間，tGZGL為永久隔離線路故障的時間。

例如，對于解列點C站110 kV AC線174開關(guān)的重合閘時間，應(yīng)考慮110 kV AD線故障A站169開關(guān)拒動，由主變跳母聯(lián)隔離故障的時間（3.4 s）。還應(yīng)考慮因C站110 kV AC線174開關(guān)零序Ⅲ段時間1.7 s與A站169開關(guān)的零序Ⅱ段時間1.5 s配合級差僅為0.2 s，存在當110 kV AD線故障169開關(guān)與174開關(guān)同時跳閘的風(fēng)險，此時由169開關(guān)隔離110 kV AD線故障的時間考慮為169開關(guān)有靈敏度段動作時間加上重合閘時間及重合后加速時間，取為（1.5+1.5+0.1=3.1 s）。綜合考慮，tGZGL取為3.4 s（3.4 s＞3.1 s）。

根據(jù)公式（3），

1.5+1.5+0.1)=3.96s；

因此，解列開關(guān)的重合閘時間整定為5 s(5 s＞3.96 s)。

為提高重合閘成功率，適當延長重合閘時間。這樣線路保護的重合閘即可以解決非同期重合的問題，又可以適用各種環(huán)網(wǎng)和解環(huán)的不同運行方式。

圖2 保護定值配合圖

4 定值配合圖

為了便于分析片區(qū)定值的配合關(guān)系，繪制定值配合圖如圖2所示。

5 結(jié)語

福建平潭海島電網(wǎng)的運行實例表明在電網(wǎng)接線方式薄弱、輸送潮流較小、保護配置合理、保護定值配合正確的情況下，采用多重環(huán)網(wǎng)運行方式來提高電網(wǎng)供電可靠性是可性的。

為了減少線路保護定值切區(qū)或現(xiàn)場修改定值工作量，在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，應(yīng)提高線路保護適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng)多變運行方式的能力。本文結(jié)合平潭海島電網(wǎng)，所提的繼電保護整定計算方案可適應(yīng)該電網(wǎng)各種環(huán)網(wǎng)與解環(huán)的運行方式。電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行證明了此方案的合理性與可行性。

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Analysis of Relay Protection Setting Calculation Scheme for the Island Power Grid Multi-Loop Operation

LIN Feng1，ZHANG Lan-ying1，LV Ting-qin1，XIANG LI Bi-yu2
（1.State Grid Fuzhou Electric Power Supply Company，F(xiàn)uzhou350009，China；2.State Grid Nanping Electric Power Supply Company，Nanping353000，China）

Grid closed-loop running or electromagnetic loop network operation can improve power supply reliability and economy，while it makes relay protection setting calculation complicated at the same time.According to the Pingtan island grid multi-loop operation，put forward a scheme of relay protection setting calculation.The problems and measures of the power grid are analyzed，such as operation mode selection，setting principle，setting order，protection coordination endless loop，protection or switch failure，reclosing，etc. The scheme can improve the ability of line protection to adapt to various operation mode，reduces the workload of modifying fixed value or switching fixed value area.Safe and stable operation of the Pingtan island power grid shows the rationality and feasibility of setting scheme. Key words:electromagnetic looped network；closed-loop running；relay protection；setting calculation；reclosing

TM277

A

1009－9492(2014)09－0059－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.09.016

林 峰，男，1978年生，福建沙縣人，碩士研究生，工程師。研究領(lǐng)域：電力系統(tǒng)保護與控制、輸電線路防雷等。已發(fā)表論文5篇。 (編輯：向 飛)

2014－03－30