雙回線并列運行方式探討

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(1.國網自貢供電公司，四川 自貢 643000；2.國網宜賓供電公司，四川 宜賓 644000)

0 引 言

近年來，隨著社會經濟的快速發展，要求供電企業提供更加安全、穩定、可靠的電力。為提高電網的輸送能力，雙回線越來越多地用于電網的各電壓等級中。為保證對用戶供電的可靠性，很多電網的雙回線優先考慮并列運行方式。

一般電網220 kV變電站的110 kV母線為雙母線，其配出線較多，一般并列運行雙回線分別由不同母線供電。通常采用單號編號開關上Ⅰ段母線，雙號編號開關上Ⅱ段母線運行的標準運行方式。對220 kV變電站110 kV系統有雙回線路出線的接線，如單回線路發生短路故障，故障線路保護或線路開關拒動，會發生220 kV變電站110 kV兩段母線失壓的電網大面積停電事故。具體分析如下。

1 系統運行方式及保護配置

1.1 運行方式

某220 kV變電站兩臺主變壓器帶110 kV 4回出線，其中L2、L3線路為雙回線并列運行方式，220 kV變電站1號主變壓器高、中壓側中性點接地運行，運行方式如圖1。

圖1 220 kV站正常運行方式

1.2 相關間隔的保護配置

(1)220 kV主變壓器后備保護和110 kV線路保護配置情況

220 kV主變壓器后備保護配置：①主變壓器3側配置雙套復壓閉鎖方向過流保護、主變壓器220 kV和110 kV側配置雙套零序電流保護、主變壓器220 kV和110 kV側配置雙套主變壓器中性點間隙零序過流、零序過壓保護。

110 kV線路保護配置：差動保護、3段式相間距離保護、3段式接地距離保護、4段式零序電流保護。

(2)220 kV主變壓器后備保護和110 kV線路保護時限設置情況

220 kV主變壓器后備保護時限：①220 kV主變壓器110 kV側復壓閉鎖方向過流保護時限為3.6 s(跳100號開關)、3.9 s(跳主變壓器110 kV開關)、4.2 s(跳主變壓器3側開關)；②220 kV主變壓器110 kV側零序過流保護時限為1.2 s(跳100開關)、1.5 s(跳主變壓器110 kV開關)、3.5 s(跳主變壓器3側開關)；③220 kV主變壓器110 kV側主變壓器中性點間隙零序過流、零序過壓保護時限為0.3 s(跳主變壓器3側開關)。

220 kV主變壓器后備保護方向規定：①110 kV側復壓閉鎖方向過流和零序過流保護時限Ⅰ、Ⅱ段方向，由主變壓器指向110 kV母線，Ⅲ段不帶方向；

110 kV線路保護時限：差動、相間、接地距離保護Ⅰ段0 s，零序電流Ⅰ段停用；相間、接地距離保護Ⅱ段0.9 s；相間、接地距離Ⅲ段3.3 s，零序保護Ⅱ段1.2 s、零序保護Ⅲ段1.8 s；零序保護Ⅳ段3.3 s。

110 kV線路保護方向規定：由110 kV母線指向線路，零序Ⅳ段不帶方向。

2 存在問題分析

2.1 線路1發生單相接地故障

圖2 線路1發生單相接地故障的系統短路電流

線路1發生單相接地故障，系統短路電流如圖2所示。1號主變壓器高壓側和中壓側均流過零序電流，1號主變壓器高壓側和中壓側零序過流啟動，如果線路111開關或111開關線路保護裝置拒動，在故障發生后1.2 s，由1號主變壓器中壓側零序過流Ⅰ段動作，跳110 kV母聯100開關。

圖3 110 kV母聯100開關跳開后故障零序電流分布

圖4 110 kV母聯100開關、1號主變壓器101開關跳開后故障零序電流分布

2.2 線路L4發生相間故障

線路L4發生相間故障，系統短路電流如圖5所示。2臺主變壓器高壓側和中壓側均流過短路電流，如果線路114開關保護拒動或114開關拒動，2臺主變壓器110 kV側復壓方向過流保護同時動作，以3.6 s跳開110 kV母聯100開關。

110 kV母聯100開關斷開后，因2號主變壓器與114開關接在同一母線，直接給故障點提供故障電流；而1號主變壓器則經101開關、線路L2、線路L3、線路L4為故障點提供故障電流。此時母聯開關100開關雖然斷開，但并列運行的線路L2、線路L3起了母聯的作用，只是Ⅰ、Ⅱ母的殘壓值不同。在1、2號主變壓器110 kV復壓方向過流保護在跳開100開關后，沒有返回，仍在啟動狀態，2號主變壓器以3.9 s跳開102開關。

流過1號主變壓器的故障電流由距離拒動元件最近的保護來切除，由圖6可看出，最近的保護為B變電站的113開關保護。如果故障點在B變電站113開關距離保護Ⅱ段范圍內，且距離Ⅱ段時間小于0.3 s，在2號主變壓器110 kV復壓方向過流動作之前，113開關距離Ⅱ段動作跳開113開關，此時可以將故障點完全隔離；如果距離Ⅱ段時間等于0.3 s，則113開關距離Ⅱ段與2號主變壓器110 kV復壓過流有可能同時動作；如果故障點在113開關距離保護Ⅱ段外(距離Ⅲ段時間一般大于1.5 s)，此時只能有1號主變壓器110 kV復壓過流動作3.9 s跳開101開關，才能將故障點完全隔離。

圖5 線路L4發生相間故障的系統短路電流

圖6 110 kV母聯100開關、2號主變壓器102開關跳開后故障電流分布

由以上分析可以看出，對于220 kV變電站110 kV出線有雙回線路的系統，雙回線路采用并列運行方式且分別運行在兩段母線上，如單回線路發生故障，同時故障線路開關或線路保護拒動，受并列雙回線路的影響，都將發生220 kV變電站110 kV母線全停的電網大面積停電事故。

3 解決方案

通過以上分析可以看出，正是由于有雙回線并列運行，在特定條件下，故障發生后產生了迂回供應的故障電流，導致為其供電的220 kV主變壓器誤跳，從而擴大了停電范圍。因此為了避免上述問題的發生，可以從保護整定計算、保護配置、運行方式等方面加以考慮，盡量減小事故影響，縮小事故停電范圍。

方案1：調整保護定值

若雙回線路所供110 kV變電站沒接小電機組，220 kV主變壓器110 kV側后備保護跳110 kV側分段開關時限按與本站110 kV出線線路保護Ⅱ段時限配合整定，整定為1.8 s；雙回線路110 kV變電站側開關線路零序保護Ⅱ段與220 kV變電站110 kV單回線路零序、距離保護Ⅲ段配合，零序保護Ⅱ段時限整定為0.5 s，距離保護Ⅱ段時限整定為1.5 s。

方案2：增加保護或自動裝置

(1)在負荷側變電站安裝故障解列裝置

在負荷變電站110 kV母線分段100開關增加裝設靈敏的解列保護裝置，當發生故障后，迅速動作跳開110 kV母線分段100開關，將L2線、L3線從雙回線并列運行狀態迅速解開成分列運行方式，滿足保護動作的選擇性。

(2)在中心站配置110 kV斷路器失靈保護

如果所供110 kV變電站為重要用戶，根據有關規定，線路保護采用遠后備方式，如果由其他線路或變壓器的后備保護切除故障將擴大停電范圍(例如采用多角形接線、雙母線或分段單母線等時)，并引起嚴重后果時，可以裝設斷路器失靈保護。在保持當前運行方式的前提下，在220 kV變電站配置110 kV斷路器失靈保護可以使停電范圍大大縮小。

方案3：調整系統運行方式

(1)雙回線路所供110 kV變電站接有小電機組，則可采取雙回線路分列運行方式，在110 kV變電站側安裝備自投裝置，實現線路備投以增加110 kV變電站供電可靠性。如110 kV變電站所供負荷較重，正常方式下不滿足分列運行條件，要求在110 kV變電站安裝備自投裝置，實現分段備投方式。

(2)在負荷側變電站安裝備自投裝置

1)若所供負荷又較輕的線路，采用一備一用方式，負荷側變電站投入線路備自投方式，220 kV變電站側線路開關分別上兩段母線，提高供電可靠性；

2)若所供負荷又較重的線路，采用線路變壓器組運行方式，負荷側變電站投入分段備自投裝置，220 kV變電站側線路開關分別上兩段母線,提高供電可靠性。

(3)將雙回線路安排在220 kV變電站的同一段110 kV母線上運行，由雙回線路并列運行供電的110 kV變電站，將雙回供電線路安排在220 kV變電站的同一段110 kV母線上運行。這種運行方式可以使事故停電范圍大大縮小。但當母線故障時，會造成相應的110 kV變電站全停。

4 結 語

隨著建設“一強三優”步伐的加快，不斷提高電網供電可靠性是電網企業的職責。合理的電網結構和運行方式是保證電力系統安全穩定運行的基礎。繼電保護裝置能否有效發揮作用與電網結構和運行方式有密切的關系，必須把它們作為一個整體來考慮。為此，根據電網實際情況，因地制宜，制定安全可靠的供電方式，設計最優的保護整定方案，是提高供電可靠性的有力保證。