乍得首個90kV 高壓環網的繼電保護設計方案

■陳福新 ■福建永福工程顧問有限公司，福建 福州 350108

乍得是位于非洲中部的一個內陸國家，經濟落后，電網薄弱，目前能夠享受到電能供應人口約占全國5%，集中在首都恩賈梅納。但乍得石油資源豐富，已探明石油儲量10 億桶，潛在儲量20 億桶。電力的短缺和能源經濟發展的需要，推進了乍得的電網快速發展，按乍得電力規劃綱要，2011～2015 年建成首都恩賈梅納90kV 電力環網;2016～2020年將陸續建立220kV 高壓跨省電網;2020～2030 將建立500kV 電網，與非洲其他國家聯網。

首都恩賈梅納90kV 電力環網項目，是乍得國家電網建設的起點，具有極其的重要地位與作用。本文將結合乍得電力規劃綱要、項目建設方案，分析繼電保護配置原則，選擇本工程的繼電保護配置最后設計方案。

1 工程概況

乍得首都恩賈梅納90kV 電力環網項目主要由四個變電站組成，如下圖1 所示。四個變電站主接線形式類似，90kV、15kV 主接線均采用單母線分段接線，各站均按配置兩臺容量為25MVA 的兩卷變壓器規劃。

圖1 90kV 環網項目結構示意圖

2 繼電保護配置分析

繼電保護配置方式要滿足電力網結構和廠站的主接線的要求，并考慮電力網和廠站的運行方式的靈活性，所配置的繼電保護裝置應能滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

微機繼電保護是以數字式計算機作為技術基礎，利用微處理器作為其軟硬件的核心，通過輸入輸出通道接口的有效配合，實現保護功能。相對傳統繼電器式保護，具有高準確率、更高的可靠性、快速性、靈活性，技術成熟，成本低，本工程選用微機化的保護裝置將為電網的安全穩定運行提供良好的保障。

乍得首都恩賈梅納90kV 電力環網項目規模較小，每個變電站主接線為單母線接線，變壓器遠景容量僅為2* 25MVA，比國內常規110kV末端變電站的一臺主變容量50MVA 還小;同時該項目的最高電壓等級也才90kV，根據乍得電力規劃，遠景將建立220kV、500kV 高壓骨干電網。從國際上的各國電網繼電保護來看，一般骨干高壓電網(220kV 及以上設備)，系統穩定對故障切除時間要求比較高，應配置兩套獨立的主保護;而對電壓等級低的系統保護采用單套配置，并配置相應的遠后備保護，即在故障設備本身的保護裝置無法正確動作時，由相鄰設備的保護裝置延時跳閘。

乍得90kV 電力環網項目規模小，在中長期規劃綱要中不屬于骨干電網，從電網地位、經濟性、國際繼電保護配置慣例來看，90kV 系統和設備的主保護可不按雙重化配置。從重要性及電網架構來說，90kV 系統應按配置單套主保護，并設置遠后備保護，主保護應采用能快速切除內部故障原理的保護，如差動保護。

綜上分析，本工程最終的繼電保護配置方案為:各90kV 線路兩側各配置一套全線速動的電流差動主保護;90kV 母線配置一套可快速切除母線故障的電流差動保護;90kV 主變壓器采用一套快速動作的主保護，高低壓側配置獨立的后保保護;15kV 各元件采用三段式過流保護。

3 乍得恩賈梅納90kV 電力環網項目的繼電保護配置

3.1 90kV 電纜線路、架空線路及混和線路的保護配置

90kV 架空線路或與電纜混合的線路，故障往往由雷擊、雷雨、鳥害等自然因素引起，瞬時性單相故障幾率多。本工程作為乍得國內首個最高電壓等級的環網工程，電網的可靠供電、至關重要。為此每回線路兩側均配置一套光纖分相電流差動主保護，并配置三段式相間距離保護、三段式接地距離保護、二段式零序保護、獨立的反時限零序保護，具有選相功能的零差保護作為后備保護，以保證高電阻接地故障時能可靠地有選擇地切除故障。保護采用主后合一裝置。

90kV 電纜線路由于全程埋在地下，無雷擊、雷雨、鳥害等自然因素引起的瞬時性單相故障，一般為永久性故障，為此每回線路兩側均配置一套光纖三相電流差動主保護和三相重合閘功能，其他同架空線路保護配置。

乍得西站有兩回至FARCHA2 電廠線，由于距離僅350m，該段線路保護納入FARCHA2 電廠升變壓器的差動保護范圍內，差動保護設在FARCHA2 電廠內，本側僅配置一套過流保護。

3.2 90kV 母線保護和斷路器失靈保護的配置

90kV 母線要求配置一套電流差動保護裝置，保護可快速切除母線上的故障時。

考慮乍得90kV 電壓電網的重要性，要求每個變電站配置一套90kV 斷路器失靈保護。當90kV 某支路故障斷路器失靈，由支路保護啟動斷路器失靈保護，失靈保護斷開與拒動斷路器連接在同一母線上的所有支路的斷路器，減少事故停電范圍。

由于微機保護易實現功能集成，目前國內外主流保護廠家提供的母線微機保護均含有斷路器失靈保護功能，考慮經濟性，本工程配置的母線保護也要求集成斷路器失靈保護功能。

3.3 主變保護的配置

電力變壓器是電力系統中使用相當普遍和十分重要的電器設備，它若發生故障將給供電和電力系統的運行帶來嚴重的后果。

變壓器可能發生的故障有:各向繞組之間的相間短路;單相繞組部分線匝之間匝間短路，單相繞組和鐵芯絕緣損壞引起的接地短路;引出線的相間短路;引出線通過外殼發生的單相接地短路以及油箱和套管漏油。變壓器的不正常工作情況有:外部短路或過負荷引起的過電流;變壓器中性點電壓升高或由于外加電壓過高引起的過勵磁等。

主變壓器按主保護、各側后備保護分開單套配置的方案，并配置獨立的非電量保護。主要保護功能配置如下:

(1)反映變壓器繞組和引出線多相短路、大電流接地系統側繞組和引出線的單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯差動保護或電流速斷保護;

(2)反映變壓器油箱內部短路故障和油面降低的瓦斯保護、油溫過高等的非電量保護;

(3)變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護和差動保護后備的低電壓(或復壓)起動過流保護;

(4)高壓側中性點間隙過流、過壓保護;

(5)高、低壓側零序方向過流保護、零序過流保護;

(6)各側過負荷保護。

3.4 15kV 低壓元件的保護裝置

國際上15kV 及以下電壓等級的系統中，因為絕緣對投資影響較小，一般采用非直接接地方式。經調研，乍得當地15kV 系統采用直接接地系統，故本工程15kV 也采用直接接地系統，15kV 線路、電容器組、站用變等保護裝置除裝設反應相間故障的三段式過流保護，還應配置反應單相故障的零序電流保護，單相故障直接跳閘。

4 結束語

繼電保護的安全可靠是電網安全穩定運行的重要保證，而乍得90kV 電力環網項目的建設對乍得有重要意義，由于該項目規模小、電壓等級不高，但在其國家電網具有特殊地位，本文進行了分析，并闡述最終的設計方案。

［1］袁剛，范繼霞.淺談微機保護的使用現狀.中國科技信息，2005(12).

［2］劉予青.淺談微機保護的特點和發展.民營科技，2004(11).

［3］王南.電力:非洲工業化的挑戰與機遇.亞非縱橫，2014(6).