杜西祥（宿遷供電公司，江蘇宿遷223800）

220 kV單電源環(huán)網(wǎng)及主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行的探討

杜西祥
（宿遷供電公司，江蘇宿遷223800）

針對(duì)220 kV單電源和2臺(tái)及以上主變的220 kV變電站的接線，有單位在個(gè)別變電站采用220 kV單電源環(huán)網(wǎng)及220 kV降壓變110 kV側(cè)并列運(yùn)行的方式。結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際，從保護(hù)專業(yè)方面對(duì)該運(yùn)行方式進(jìn)行了分析，提出了目前電網(wǎng)不宜采用220 kV單電源環(huán)網(wǎng)及220 kV降壓變110 kV側(cè)并列運(yùn)行的建議。

電網(wǎng)運(yùn)行；單電源環(huán)網(wǎng)；主變并列

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及分層分區(qū)的逐步實(shí)施，220 kV單電源環(huán)網(wǎng)及2臺(tái)以上主變的220 kV變電站數(shù)量不斷增多，為適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展，在確保系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步兼顧電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和供電可靠性，提高設(shè)備利用率，相關(guān)單位提出了個(gè)別變電站采用220 kV單電源環(huán)網(wǎng)及220 kV降壓變110 kV側(cè)并列運(yùn)行的建議。所謂220 kV單電源環(huán)網(wǎng)指環(huán)網(wǎng)內(nèi)的第一級(jí)電源線路出自同一變電站母線，環(huán)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)無電源支撐（或僅有小電源），一般可分為雙線并供終端變（一級(jí)或多級(jí)）局部電網(wǎng)、單電源小環(huán)網(wǎng)局部電網(wǎng)（三角環(huán)或多角環(huán)）?，F(xiàn)針對(duì)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，從繼電保護(hù)角度對(duì)該建議進(jìn)行分析。

1　 220 kV單電源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行分析

采用220 kV單電源環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行方式，對(duì)線路主保護(hù)和后備保護(hù)的性能及整定都提出了更嚴(yán)格的要求。在單電源合環(huán)運(yùn)行情況下（如圖1所示），由于環(huán)網(wǎng)內(nèi)后備保護(hù)定值之間無法實(shí)現(xiàn)逐級(jí)配合，存在整定解列點(diǎn)，因此對(duì)主保護(hù)的依賴程度大為提高，并且對(duì)主保護(hù)的正確可靠動(dòng)作提出了更高的要求［1］。必須配置性能先進(jìn)、功能較為完善的光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)來盡量滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的需要。

圖1　單電源小環(huán)網(wǎng)（三角環(huán)）僅有小電源

光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)作為線路主保護(hù)在弱饋功能上比高頻閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)較為完善，弱饋側(cè)不需整定，線路兩側(cè)具有弱饋?zhàn)赃m應(yīng)功能。在單電源環(huán)網(wǎng)中（如圖2所示），系統(tǒng)側(cè)出線出口金屬性短路的情況下，即使弱電源側(cè)分相電流差動(dòng)保護(hù)的電流啟動(dòng)元件無法啟動(dòng)，通常依靠本側(cè)或?qū)?cè)低電壓或零序電壓輔助啟動(dòng)，分相電流差動(dòng)保護(hù)能動(dòng)作跳閘切除故障。當(dāng)發(fā)生線路經(jīng)過渡電阻接地故障，尤其是經(jīng)高阻（100 Ω）接地故障時(shí)，由于線路長(zhǎng)度、阻抗不同，線路背后電源阻抗不同，導(dǎo)致分相電流差動(dòng)保護(hù)躲過渡電阻能力也不同，嚴(yán)重時(shí)線路弱饋側(cè)的分相電流差動(dòng)保護(hù)的低電壓或零序電壓可能不滿足啟動(dòng)條件而無法啟動(dòng)，導(dǎo)致分相電流差動(dòng)保護(hù)不能可靠動(dòng)作，需要線路后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，不能做到全線速動(dòng)，可能不滿足穩(wěn)定要求，甚至由于后備保護(hù)不能逐級(jí)配合，可能引起越級(jí)跳閘，擴(kuò)大事故范圍［2］。

圖2　雙線并供終端變

可見，如非必要，不建議220 kV單電源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，可以通過安裝備自投、安自裝置等提高分列運(yùn)行帶來的供電可靠性下降的問題。若因地區(qū)供電可靠性要求必需環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，應(yīng)提前滿足以下2點(diǎn)：（1）單電源雙線均需配置2套光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)，可采用雙線合環(huán)運(yùn)行方式。（2）饋供變電站110 kV側(cè)有電廠并網(wǎng)，且電廠開機(jī)容量滿足繼電保護(hù)配置與整定要求的，可采用雙線合環(huán)運(yùn)行方式。在此基礎(chǔ)上通過故障潮流分析計(jì)算，滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求，同時(shí)制定合理的解列點(diǎn)，報(bào)上級(jí)業(yè)務(wù)主管部門及安監(jiān)部門備案同意后方可實(shí)施單電源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。

2　 220 kV降壓變110 kV側(cè)并列運(yùn)行分析

主變并列運(yùn)行的基本條件：

（1）變電站一次接線滿足合環(huán)運(yùn)行要求；

（2）變電站開關(guān)遮斷容量滿足要求；

（3）主變?nèi)萘繚M足N-1要求（考慮過負(fù)荷能力）；

（4）繼電保護(hù)配置、整定滿足要求；

（5）220 kV母線合環(huán)運(yùn)行或者主變220 kV側(cè)運(yùn)行于同一母線。

對(duì)于220 kV主變110 kV側(cè)是否并列運(yùn)行的問題，從保護(hù)角度考慮也不建議全面實(shí)施，主要基于以下幾點(diǎn)考慮：

（1）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行方式的推出是基于3臺(tái)及以上主變的變電站，由于負(fù)荷的增長(zhǎng)，第3臺(tái)主變必需投入運(yùn)行，而系統(tǒng)接線方式只有兩段母線，是針對(duì)個(gè)別地區(qū)、個(gè)別變電站一次接線不滿足要求的情況下采取的救急措施。電網(wǎng)運(yùn)行中可以通過方式調(diào)整，盡量保證2臺(tái)主變的負(fù)載率保持平衡。同時(shí)在主變分列運(yùn)行的情況下，電網(wǎng)110 kV變電站大多有備自投，不存在長(zhǎng)時(shí)間失電的情況，故不宜采用主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行的方式。

（2）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行后，并列運(yùn)行的1臺(tái)主變跳開后，會(huì)引起其他主變過負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致其他主變跳閘。因此，對(duì)于并列運(yùn)行的多臺(tái)主變，應(yīng)限制變電站負(fù)荷容量，保證1臺(tái)主變跳開后，其他各臺(tái)主變滿足過負(fù)荷能力。而極少有220 kV變電站能滿足此條件。

（3）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行后，當(dāng)110 kV線路故障或110 kV母線故障，110 kV線路開關(guān)或110 kV母聯(lián)開關(guān)拒動(dòng)（如圖3所示），會(huì)導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大，110 kV系統(tǒng)配置斷路器失靈保護(hù)才較為合適。而按規(guī)程規(guī)定110 kV系統(tǒng)不配置斷路器失靈保護(hù)。

圖3　2臺(tái)主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行

（4）按文獻(xiàn)［3］規(guī)定：110 kV出線保護(hù)為單套配置，考慮110 kV出線保護(hù)可能拒動(dòng)，可能造成事故擴(kuò)大，110 kV出線保護(hù)配置雙套保護(hù)較為合適。

（5）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行后，在檢修方式甚至正常方式下，變電站220 kV出線對(duì)側(cè)后備保護(hù)相間距離/接地距離Ⅱ段、零序Ⅲ段可能伸過主變110 kV母線（主變分列運(yùn)行時(shí)，對(duì)側(cè)220 kV后備保護(hù)相間距離/接地距離Ⅱ段、零序Ⅲ段一般不會(huì)伸過主變110 kV母線），只能通過限制主變220/110 kV側(cè)保護(hù)及110 kV出線保護(hù)限額滿足后備保護(hù)配合要求，對(duì)電網(wǎng)特別是主變及110 kV及以下電網(wǎng)的保護(hù)定值及動(dòng)作時(shí)間限制條件更加苛刻，造成主變及110 kV保護(hù)無法逐級(jí)配合，失去選擇性，降低了110 kV及以下電網(wǎng)的供電可靠性。當(dāng)110 kV電網(wǎng)出現(xiàn)多級(jí)串供時(shí)，情況更為惡劣。

（6）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行后，必須考慮本主變及其他主變中壓側(cè)后備復(fù)壓閉鎖過流II段與低壓側(cè)復(fù)壓閉鎖過流I段配合的問題。這樣，限制了低壓側(cè)保護(hù)最長(zhǎng)整定時(shí)間，有可能造成35 kV多級(jí)串供線路整定配合時(shí)間級(jí)差不夠，只能犧牲選擇性（主變分列運(yùn)行時(shí)，無此要求）。對(duì)于部分地區(qū)110 kV電源點(diǎn)較少，導(dǎo)致35 kV本來就多級(jí)串供嚴(yán)重，時(shí)間級(jí)差不夠的情況下更加嚴(yán)重，如圖4所示。

圖4　35 kV多級(jí)串供整定配合時(shí)間級(jí)差可能不夠

（7）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行后，因分流原因，主變110 kV后備保護(hù)對(duì)110 kV長(zhǎng)線路可能無后備靈敏度（視系統(tǒng)等值阻抗、變壓器阻抗、110 kV線路阻抗等情況而不同），不滿足110 kV系統(tǒng)遠(yuǎn)后備保護(hù)的要求。

（8）220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行后，在檢修方式下，主變110 kV復(fù)合電壓閉鎖過流I段與110 kV出線保護(hù)的I段或II段可能不配合，可能會(huì)導(dǎo)致越級(jí)跳閘，如圖5所示。

圖5　主變110 kV側(cè)復(fù)閉過流和出線保護(hù)可能不配合

下列情況可采用110 kV并列運(yùn)行方式：

（1）變電站中/低壓側(cè)母線并有單機(jī)容量大于（等于）50 MW或總裝機(jī)容量超過100 MW的電廠。

（2）變電站供電區(qū)域內(nèi)供電可靠性要求較高，變電站所供負(fù)荷在負(fù)荷分級(jí)中屬于一、二級(jí)負(fù)荷。

（3）2臺(tái)主變負(fù)載率嚴(yán)重不均，負(fù)載率相差30%以上。

綜上所述，220 kV主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行建議遵循“安全第一、可靠性第二、規(guī)模效益第三”的原則，統(tǒng)籌考慮主變實(shí)際負(fù)荷水平、地區(qū)電網(wǎng)方式安排實(shí)際需要、主變保護(hù)配置情況、地區(qū)電網(wǎng)備自投配置情況、主變的接線組別、容量、電壓變比、短路阻抗等各種因素，具體問題具體分析，盡量從一次接線上解決問題，可采取雙母線單分段或者雙母線雙分段接線來規(guī)避主變低壓側(cè)并列的問題。

3　結(jié)束語

220 kV單電源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行存在保護(hù)不配合和光纖分相電流差動(dòng)保護(hù)不能可靠動(dòng)作的情況，因此不宜采用220 kV單電源環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。220 kV變電站主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行會(huì)帶來以下問題：1臺(tái)主變故障跳閘，會(huì)造成其他主變過載；110 kV母聯(lián)或出線開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致停電范圍擴(kuò)大；主變和110 kV線路保護(hù)無法逐級(jí)配合；主變110 kV后備保護(hù)對(duì)長(zhǎng)線路可能無后備靈敏度；35 kV多級(jí)串供線路時(shí)間級(jí)差可能不夠。所以不宜采用220 kV降壓變110 kV側(cè)并列運(yùn)行方式。

［1］王梅義.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行與設(shè)計(jì)［M］.北京：中國電力出版社，2007：121-131.

［2］朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］.3版.北京：中國電力出版社，2005：306-309.

［3］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 14285—2006繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

Discussion on Parallel Operation of 220 kV Single Source Loop and High Voltage Side of 110 kV Main Transformer

DU Xixiang
（Suqian Power Supply Company，Suqian 223800，China）

In 220 kV substations，parallel operation 220 kV Single Source loop and high voltage side of 110 kV main transformer is adopted sometimes.This paper analyses current situation of the Suqian power grid.Also，performance of wire modes of parallel operation 220 kV Single Source loop and high voltage side of 110 kV main transformer are analyzed.Based on the analysis，we suggest that it is inappropriate of using these wiring mode in the Suqian power grid.

power network operation；single source loop；parallel operation of main transformer

TM406

B

1009-0665（2015）03-0069-03

2014-12-22；

2015-03-05

杜西祥（1960），男，江蘇淮安人，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行工作。