110 kV 雙回線整定計算風險識別與預控

余榮強，蔣道乾，趙澤彪

(云南電網公司昭通供電局，云南 昭通 657000)

0 前言

隨著供電企業對供電可靠性的關注與重視，110 kV 電網建設多數采用雙回線供電形式，平行雙回線路成為電網的重要組成部分。在運行過程中，宜采用“環網布置，開環運行”的方式，但因電壓質量、特殊運行方式需求、供電可靠性等諸多因素，雙回線合環運行的情況仍普遍存在，整定計算存在問題較多，近年來，行業內對雙回線的保護配置開展了大量有效的應用研究，但對于雙回線的整定計算分析較少，本文基于風險進行分析與預控，對于杜絕誤整定提高供電可靠性尤為必要。

1 整定計算風險識別

1.1 雙回線與單回線的配合風險

某電網發生一起因110 kV 線路高阻接地，斷路器拒動越兩級導致主變跳閘的事件。如圖1 所示，110 kV 線路BC 線發生C 相接地故障，B 站1DL (斷路器簡稱)保護拒動，隨后A 站1、2 號主變相繼跳閘，切主變三側，導致A 站對外停電，損失負荷約150 MW，6 個110 kV 變電站失壓，含一個縣城及四個重要用戶停電。

圖1 雙回線與單回線配合示意圖

本次事件中，暴露了雙回線與單回線配合的兩個風險。

風險一:A 站1、2 號主變與出線ABⅠ、Ⅱ線不配合。BC 線故障1DL 拒動，應由上一級ABⅠ線2DL、ABⅡ線3DL 作為后備保護跳閘切除故障，而不應由上兩級設備主變保護切除故障，A站1、2 號主變跳閘屬于誤動跳閘。

風險二:ABⅠ、Ⅱ線保護靈敏度不足，不能作下一級BC 線的后備保護。BC 線故障1DL 拒動，應由AB Ⅰ、Ⅱ線作為后備保護切除故障。BC 線高阻接地故障，雙回線2DL (3DL)流過的電流僅有120 A，遠小于270 A 的整定值，靈敏度嚴重不足。

1.2 對角線配合風險

110 kV 線路ABⅡ線連續發生兩次A 相接地故障，B 站AB 雙線跳閘，導致B 站以下電網全停。第一次故障，2DL、4DL 均動作跳閘，2DL重合成功，4DL 因保護裝置問題未重合，第二次故障時，因B 站3DL 與2DL 定值不配合越級跳閘，雙回線定值如圖2 所示。

圖2 雙回線定值不配合示意圖

本次事件中，暴露了雙回線對角線(雙回線形成矩形的對角位置，如圖2 中1DL 與4DL、2DL 與3DL)不配合導致一回線故障雙回線同時跳閘的風險。

風險一:失配點在1DL、2DL，即1DL 與4DL 失配，2DL 與3DL 失配，當AB Ⅱ線故障，應由2DL 和4DL 跳閘切除故障，因1DL 與4DL失配，4DL 拒動越級到1DL 跳閘，1DL、2DL 跳閘造成雙回線同時跳閘。

風險二:失配點在3DL、4DL，即3DL 與2DL 失配，4DL 與1DL 失配，當AB Ⅱ線故障，應由2DL 和4DL 跳閘切除故障，因3DL 與2DL失配，2DL 拒動越級到3DL 跳閘，3DL、4DL 跳閘造成雙回線同時跳閘。

2 風險預控

針對以上識別風險，結合電網運行實際，雙回線的整定風險主要體現在繼電保護“四性”中的“選擇性和靈敏性”，以下主要從雙回線與上級主變配合、雙回線與單回線配合、雙回線內部配合提出預控原則。

2.1 N－1 原則

控制整定計算“選擇性”風險，合理選擇運行方式是關鍵。繼電保護整定計算應以常見運行方式為依據。常見運行方式，是指正常運行方式和被保護設備相鄰近的部分線路和元件檢修的正常檢修方式，視具體情況，檢修的線路和元件數量不宜超過該接點線路和元件總數的1/2［1］。

雙回線的整定，須將N－1 視為常見運行方式。本文中提到的N－1 包括兩方面含義，一方面是一次網絡N－1，包括:雙回線其中一回線停運或帶空線運行、變電站2 臺及以上主變停運1 臺、變電站出線停運數量不超過線路總數的1/2。另一方面是二次保護配置N－1，如光纖保護因故退出運行，靠后備保護動作切除故障，不能越級跳閘;本斷路器保護因故退出、本斷路器因故拒動，靠上一級保護動作切除故障，不能越級到上兩級跳閘。

2.2 相繼動作原則

雙回線合環運行受電流分流影響，兩種典型情況下無“靈敏度”，采用相繼動作校核靈敏度。

第一種情況:雙回線內部線故障時無靈敏度，雙回線合環運行，任一點故障，所在線路兩側保護至少有一側保護有足夠靈敏度動作跳閘，另一側保護允許按對側跳開后有靈敏度整定。一般，強電側配置的保護靈敏度段須在合環方式下有足夠靈敏度，弱電側按照相繼動作整定。

第二種情況:因母線上電源分流影響，雙回線相鄰線路故障且斷路器拒動，雙回線作后備保護無靈敏度，或雙回線故障且斷路器拒動，相鄰線路作后備保護無靈敏度。整定規程明確指出，3kV～110kV 電網繼電保護一般采用遠后備原則，電力設備電源側的繼電保護整定值應對本設備故障有規定的靈敏系數，對遠后備方式，繼電保護最末一段整定值還應對相鄰設備故障有規定的靈敏系數。在復雜電網中，當相鄰元件故障而其保護或斷路器拒動時，允許按其他有足夠靈敏系數的支路相繼跳閘后的接線方式，來校驗本保護作為相鄰元件后備保護的靈敏系數。如圖1 所示，第一種情況下，BC 線故障1DL 拒動，允許有足夠靈敏度的4DL 相繼跳閘后，作遠后備的2DL、3DL 有靈敏度;第二種情況，ABⅠ線(Ⅱ線)故障2DL (3DL)拒動，允許有足夠靈敏度的101(102)相繼跳閘后，作遠后備的5DL 有靈敏度。

2.3 保護范圍“重疊”原則

對于復雜一次網絡接線、不同原理之間的保護配合時，計算保護范圍，按照保護范圍配合較為清晰。110kV 線路未配置快速保護普遍存在，故障切除需本線路的靈敏度段來保障，滿足靈敏度的同時，必然導致“保護范圍超越”的問題。為滿足選擇性要求，須在超范圍內找到一段“時限短、范圍廣”的同原理(功能)的保護配合，下級保護范圍與上級保護范圍重疊實現完全配合，如圖3 所示。

圖3 上、下級保護定值配合示意圖

ABⅠ、Ⅱ線為BC、BD 線的上級線路，以距離保護為例，首端均配置兩段距離保護，一段為快速段，保護范圍為本線路70%～80%，不超越;二段為靈敏段，保本線有1.5 靈敏度同時超越到相鄰線路。為校核ABⅠ線Ⅱ段是否與BC、BD 線配合，計算上級保護1DL 的最大保護范圍以及配合段2DL、3DL 的最小保護范圍，圖中用箭頭標識。1DL 與2DL 配合時，Za2 超范圍均與2DL 的兩段保護重疊，任一位置故障2DL 兩段保護均能動作，因此，Za2 可選擇與2DL 的Zc1、Zc2 配合，優先選擇Zc1。1DL 與3DL 配合時，Za2 超范圍僅與3DL 的Zd2 范圍重疊，因此，Za2 只能與3DL 的Zd2 配合。值得說明，當校核1DL 與2DL、3DL 配合時，其最大保護范圍可能不一致，但不影響上述說明。同理，若校核3DL 的Zd2 與線末主變配置的同功能過流保護I 時，須計算Zd2 的最大保護范圍以及I 的最小保護范圍，Zd2時限大于I 時限，Zd2 保護超范圍與I 保護范圍完全重疊。

2.4 對角線“交叉”配合原則

雙回線的整定，對角線互相作遠后備，最末一段必然出現失配，但并非最末一段失配，其它各段均作失配來整定，通常，采用“交叉”配合，能解決對角線不配合的問題，舉雙回線的零序保護示意如圖4。

圖4 對角線“交叉”配合示意圖

強電側1DL (2DL):Ⅰ段I0Ⅰ:按躲線末故障整定，無配合段;Ⅱ段I0Ⅱ:按與對角線Ⅰ段配合;Ⅲ段I0Ⅲ:按與對角線Ⅱ段配合;Ⅳ段I0Ⅳ:按與對角線Ⅳ段配合。弱電側3DL (4DL):Ⅰ段I0Ⅰ:按躲線末故障整定，無配合段;Ⅱ段I0Ⅱ:按與對角線Ⅰ段配合;Ⅲ段I0Ⅲ:按與對角線Ⅱ段配合;Ⅳ段I0Ⅳ:按與對角線Ⅲ段配合。

對于失配點的選擇，有兩種方案，選擇強電側或弱電側。本方案選擇弱電側3DL (4DL)，其優勢在于，由于強電側電源分流作用，失配點3DL (4DL)零序Ⅳ段與相鄰線路的零序Ⅲ段配合，有效的降低了常見方式下相鄰線路故障越級跳閘的風險，劣勢在于相鄰線路高阻接地斷路器拒動，本斷路器無遠后備作用，靠相繼動作跳閘，此問題在第二種方案中同樣存在。

3 整定計算實例

3.1 整定計算示例

所有網絡參數歸算至平均額定電壓，基準容量為100 MVA。網絡示意如圖5 所示:

3.2 計算方式

A、B 站主變均高、中壓側并列運行，A 站大方式下2 號主變高、中壓側直接接地，小方式下1 號主變高、中壓側直接接地;B 站大、小方式下均保持一臺主變高壓側直接接地。其它各廠、站對應大小方式分別對應等值。

圖5 整定計算網絡示意圖

3.3 整定計算

選擇四段式零序過流保護作為算例。

1)計算雙回線外110kV 線路的定值，聯絡線，整定原則如下:Ⅰ段I0Ⅰ，躲線末故障最大零序電流3I0max整定，可靠系數Kk取1.3，I0Ⅰ=Kk×3I0max;Ⅱ段I0Ⅱ，保線末故障最小零序電流3I0min有靈敏度，靈敏系數Ksen取1.5，I0Ⅱ=3I0min/Ksen;Ⅲ段I0Ⅲ，保線末故障最小零序電流3I0min有靈敏度，靈敏系數Ksen取2.5，I0Ⅲ=3I0min/Ksen;Ⅳ段I0ⅳ，保高阻接地可靠動作，取240A，定值計算結果如表1 所示。

表1 110 kV 線路整定計算結果

2)計算雙回線下一級110kV 線路的定值，終端線

Ⅰ段I0Ⅰ，雙回線N－1，保線末故障2 的靈敏度，I0Ⅰ=3I0min/Ksen=1 096 A，t=0.15 S:Ⅱ段I0Ⅱ，雙回線及A 站N－1，保線末故障有2 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min/Ksen=778 A，t=0.4 S;Ⅲ段I0Ⅲ，雙回線及A 站N－1，保線末故障有3 靈敏度，I0Ⅲ=3I0min/Ksen=520 A，t=0.7S;Ⅳ段I0Ⅳ，按與上級雙回線1DL (2DL)零序Ⅳ段I0Ⅳ'反配合，配合系數K 取1.15，I0Ⅳ=I0Ⅳ'104 A，t=2.2 S。

3)計算雙回線弱電側3DL (4DL)定值

Ⅰ段I0Ⅰ:雙回線及A 站主變N－1，躲線末故障最大零序電流，I0Ⅰ=Kk×3I0max=936 A，t=0.0S。

Ⅱ段I0Ⅱ:原則1:按與相鄰線路Ⅰ段I0Ⅰ'配合，取與AD 線配合，計算最大分支系數Kfz0，考慮A 站AE、AF 線停運，Kfz0=0.024，I0Ⅱ=K×Kfz0×I0Ⅰ'=1.15×0.024×5 152=142 A，t=0.4S;原則2:按與對角線Ⅰ段I0Ⅰ'配合，最大分支系數Kfz0，考慮A 站AD、AE、AF 線停運，Kfz0=0.025，I0Ⅱ=K×Kfz0×I0Ⅰ'=1.15×0.025×1 825=52 A，t=0.4S;原則3:雙回線N－1，相繼動作線末故障有1.3 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min=512A;綜上述，取I0Ⅱ=512A，t=0.4S。

Ⅲ段I0Ⅲ:原則1:按與相鄰線路Ⅱ段配合得59A;原則2:按與對角線Ⅱ段配合得31A;原則3:雙回線N－1，保線末故障有1.3 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min/Ksen=252 A;綜上述，取I0Ⅲ=252 A，t=0.7S。

Ⅳ段I0Ⅳ，按與對角線Ⅳ段I0Ⅳ'反配合，配合系數K 取1.15，I0Ⅳ=I0Ⅳ'/K=104 A，t=2.2S。

4)計算雙回線強電側1DL (2DL)定值

Ⅰ段I0Ⅰ:雙回線及B 站主變N－1，躲線末故障最大零序電流，I0Ⅰ=Kk×3I0max=1 825 A，t=0.0S。

Ⅱ段I0Ⅱ:原則1:按與對角線Ⅰ段I0Ⅰ'配合，最大分支系數Kfz=1，I0Ⅱ=K×Kfz×1.15×1×936=1 076 A，t=0.4S;原則2:按與下一級線路Ⅰ段I0Ⅰ'配合，最大分支系數Kfz=0.5，I0Ⅱ=K×Kfz×1.15×0.5×1 096=630 A，t=0.4 S;綜上述，取I0Ⅱ=1 076 A，t=0.4S。

Ⅲ段I0Ⅲ:原則1:按與對角線Ⅱ段配合得589A;原則1:按與下一級線路Ⅱ段配合得447A;原則3:雙回線運行，A 站AE、AF 線停運，保線末故障有1.3 靈敏度，I0Ⅱ=3I0min/Ksen=623 A;綜上述，取I0Ⅲ=589 A，t=0.7S。

Ⅳ段I0Ⅳ，上級主變最末一級零序過流保護300A，單回線高阻接地取240A，雙回線，I0Ⅳ=240/2=120 A，時限取上級主變限值，t=2.5S。

3.4 動作實例

本整定示例是作者所在電網的一個實際運行模型，該雙回線投運于2006 年，配置常規保護(無光差)，運行環境極為惡劣，受雷擊、覆冰影響較大，投運至今共跳閘達82 次，保護均正確動作跳閘。AB Ⅰ線歷史跳閘42 次，雷擊跳閘62.5%，覆冰跳閘29.2%，其他8.3%;瞬時性故障85.5%，永久性故障14.5%。ABⅡ線歷史跳閘40 次，雷擊跳閘60%，覆冰跳閘37.5%，其他12.5%;瞬時性故障75%，永久性故障25%。

4 結束語

本文針對雙回線整定計算特有的風險點進行識別與預控，對地區電網110kV 雙回線整定計算積累了實際運行經驗，具有一定指導意義。此外，整定計算有一些風險普遍存在，如參數不實測、短路電流計算不準、原則選擇不當、裝置級整定錯誤等。在日常整定計算工作中，只有充分識別風險并進行控制，才能杜絕誤整定的發生，從而提高供電可靠性。

［1］中華人民共和國國家發展和改革委員會.3kV～110kV 電網繼電保護裝置運行整定規程［S］.北京:國家發展和改革委員會，2007:4－6.

［2］景敏慧，柳煥章，鄧洪濤，許群，張哲.平行雙回線路高阻接地故障保護的新思路［J］.電力系統自動化，2008，32 (8):55－58.

［3］宋國兵，劉志良，康小寧，趙選宗，索南加樂.一種同桿并架雙回線接地距離保護方案［J］.電力系統保護與控制，2010，38 (12).

［4］鄭曉玲.探討當前電網中的同桿雙回線路繼電保護［J］.中國新技術產品，2011 (10):133－134.

［5］張雄偉，戴向峰，史棟媛，謝暉.一起同桿并架零序保護誤動的分析及解決方案［J］.電氣應用，2011 (1):46－49.