中性點不接地電力系統異地兩相短路故障的區域性綜合測控保護系統構想

唐山開灤東方發電有限責任公司 王學羽

1.前言

據統計電力系統短路故障的85%都是單相接地故障引起的。在中性點不接地電力系統中，如果發生了單相接地故障，在查找接地點和處理接地線路的操作過程中，由于整個電網的非故障相電壓一直升高到額定電壓的倍，很容易在其它電氣設備的絕緣薄弱點出現絕緣擊穿現象，造成第二個接地點，發生異地兩相短路故障，造成同網異地的兩條供電線路同時跳閘，因而擴大了停電故障范圍。

有關異地兩相短路電流的計算問題，可通過“零序阻抗拆分法”[1]通過手工計算或者計算機算法[2]來實現。

但對于中性點不接地電力系統，如何配置全系統的繼電保護，避免發生異地兩相接地短路時兩條線路同時跳閘，即在這些分別處于不同地點的兩條線路中，具有選擇性的只跳開一條負荷重要程度低的線路，使其迅速跳閘；而繼續維持重要性高的線路短時單相接地運行，直到有序退出運行狀態。上述問題一直是一個亟待解決的課題。

2.當前微機綜保系統的現狀及問題

2.1 當前微機綜保系統的現狀

近年來，微機綜合保護系統在電力系統得到了廣泛的推廣應用，使得電力系統的對各種電力設備繼電保護的選擇性、速動性、靈敏性、可靠性等方面得到大幅提高。整個微機綜保系統，又是由微機保護測控裝置組成。從測控裝置所保護的設備種類，可劃分為針對于線路、變壓器、發電機、電動機、母線、電容器、母線并列、母線解列、自投裝置、線路光纖縱差的多種測控裝置，從測控裝置所保護系統功能來看，又可劃分為針對電壓無功、低頻減載、故障錄波等測控裝置。

從微機綜合保護裝置的保護測控范圍上，又可分為以下幾類，1)作用于變電站內保護單臺設備的綜合保護測控裝置。如微機線路保護測控裝置、微機電容器保護測控裝置。2)作用于變電站內保護電力系統穩定的綜合保護測控裝置。如：微機電壓無功綜控裝置、微機線路(輪切)解列裝置、微機線路解列裝置等。3)作用于兩變電站之間微機線路保護測控裝置。如線路光纖縱差測控裝置[3-4]。

2.2 微機綜合保護系統遇到的問題

要解決中性點不接地系統的異地兩相短路故障的線路保護，或者解決整個區域低頻減載保護等問題，僅依靠本站內保護特定的電氣設備的微機測控裝置，如微機線路測控保護裝置、微機發電機保護測控裝置等，是不能夠滿足電網系統的綜合保護要求。因為，上述這些故障都是由個別的單獨故障引起的系統性故障，要想從系統上處理解決，以達到處理結果最優，應主要側重于建立本區域智能型的綜合保護測控系統來統一分析、判斷、選擇、啟動和實施。

3.智能型區域性綜合保護測控系統及異地兩相短路的智能測控

3.1 智能型區域性綜 合保護測控系統

所謂智能型區域性綜合測控保護系統，就是用光纖將系統內多個變電站的微機線路測控裝置連接起來。將各變電站線路的三相電流、電壓數值、斷路器、隔離開關等開關狀態的數據采集值，匯集到樞紐變電站的中心前置機上，實現樞紐變電站的中心前置機，對整個區域性電力系統進行綜合測控。系統構成是：使用高速的數字傳感器，采集、傳送電流、電壓信號、開關開閉等信號；使用光纖高速傳輸，數據的雙向傳送，達到實施監測與控制；使用中心前置機、大容量存儲器，高速處理實時信息；從控制功能上講，應具有智能性、自愈性和事故預防能力以達到區域系統最優化，可根據故障特性和系統狀況，確定需要控制或者跳閘的線路，臨時遠程修改某線路的繼電保護整定值，或者配置延時或短時閉鎖功能，以達和實現到系統最優實施的控制(如圖1)。

圖1 智能型區域性綜合測控保護系統結構Fig1 The regional structure of intelligent monitoring and protection system

3.2 中性點不接地系統異地兩相短路故障保護構成探討

異地兩 相短路故障保護的測控，是智能型區域性綜合測控保護系統的部分功能之一。將其動作過程可舉例說明(如圖1)：如某一區域型35kV電力系統，由上級110kV系統相聯絡的樞紐變電站和自備熱電廠和一些變電站組成。當336線路A相發生了單相接地時，由于非接地相電壓升高倍。如果在處理接地故障的過程中，368線路C相因為電纜頭絕緣薄弱被擊穿，又發生單相接地。即異地兩相接地故障。

如果沒有裝設智能型區域性綜合測控保護系統，由于368、336開關限時速斷過電流保護的時限都是0.3秒，兩條線路將同時啟動過電流跳閘，兩條線路同時停電。

圖2 異地兩相接地短路故障保護控制Fig2 The phase-to-phase grounding fault in different spot protection control

但如果裝設智能型區域性綜合測控保護系統，系統內各變電站的電流、電壓數值、斷路器、隔離開關的接通和閉合狀態等數據，將被上傳到樞紐變電站的前置機上，經計算機處理、運算，進行如下系統處理：1)根據事先存儲的線路負荷重要程度序列表，選擇重要程度低的線路，優先啟動跳閘指令，跳336開關。2)而對負荷重要程度高的線路開關，采用延時啟動跳閘指令，延時0.3秒(即0.6秒)跳368開關。3)336跳閘后，其接地點被切除。336單相故障電流消失，336A正常負荷電流被上傳的前置機，368延時保護又被恢復為0.3秒，可繼續向用戶供電直到有序退出運行和進入檢修狀態。從而避免兩條線路同時跳閘，盡最大限度的減小了線路停電范圍。將已經接地的故障線路推出運行(如圖2)。

如對于低頻率減載保護系統，可根據頻率下降值，計算出負荷的總切除量，再根據事先存儲的線路負荷重要程度序列表，分配切除量，確定并啟動開關跳閘。

4.結語

通過探討中性點不接地系統異地兩相短路故障保護配置，可為我們電網技術改造工作提供如下借鑒作用：

4.1 智能型的區域性綜合測控保護系統，是智能電網區域化的具體化。中性點不接地系統異地兩相短路故障保護，又是智能型區域綜保系統的部分功能。將現有電網進行技術改造，逐步實現智能化升級，逐漸完善系統自愈功能，對于提高電力系統供電可靠性，減少停電事故，增強經濟社會生活的穩定，具有非常重要的意義。

4.2 在樞紐變電站的前置計算機，是整個區域性系統的神經中樞，不僅能承擔著對系統運行實時監測功能，還承擔對系統數據的分析、計算和處理功能和系統內繼電保護等自動裝置修改和控制功能。

4.3 傳輸信息所用的光纖，不僅承擔著數據、信號傳輸。還承擔著修改命令和控制指令傳輸，具有高速性和雙向性。

4.4 系統控制技術要求特點是：系統內的控制參數、繼電保護定值，并不是固定不變的，而是根據系統當時的運行方式、線路運行狀態，以系統效益最大化，處理方案最優化的原則，根據實時數據計算結果所確定的。具有實時性和智能性[5]。

[1]王學羽.中性點不接地電力系統異地兩相短路故障的案例分析[J].電力科學與技術學報,2012(9).

[2]米麟書,劉芳寧.中性點不接地系統兩點異相接地故障計算[J].四川電力技,1990(1)：24.

[3]鄭南章,曾錦松.微機繼電保護裝置運行中存在的誤區[J].電力系統保護與控制,2010(1).

[4]張兆云,劉宏君,張潤超.數字化變電站與傳統變電站間光纖縱差保護研究[J].電力系統保護與控制,2010(3).

[5]方汀,王寬,陳佑健.變電站綜合自動化系統現場調試若干問題闡述[J].電力系統保護與控制,2010(3).