浙江電網220 kV同桿并架線路雷擊應對措施研究

錢建國，裘愉濤，方愉冬

（浙江省電力公司，杭州 310007）

浙江地處我國東部沿海，位于中、低緯度的沿海過渡地帶，地形特征為“七山一水二分田”，同時受西風帶和東風帶天氣系統的雙重影響，是我國受臺風、暴雨、雷電、寒潮、大風、冰雹、凍害等災害影響最嚴重地區之一。隨著電網規模的不斷增大，同桿并架線路在浙江電網中的應用越來越多，而雷擊引起同桿并架線路的同時故障、同時停役的事件也逐年增多，成為影響電網安全穩定運行的主要危險點之一。

1 220 kV同桿并架線路同時故障分析

1.1 浙江電網線路并桿情況

在浙江電網220 kV及以上線路中，同桿并架線路長度超過50%的500 kV線路合計26對，占500 kV線路總數的46%；同桿并架線路長度超過50%的220 kV線路合計245對，占220 kV線路總數的68%。在220 kV系統中，有16座電鐵牽引站由同桿并架線路供電；除此之外，常規220 kV同桿并架線路共有229對。在常規線路中，全線同桿的線路有162對，50%以上同桿的線路有66對，涉及23個終端（包括分層分區終端）變電站，有4個終端變電站串供電鐵負荷。

由于220 kV同桿并架線路較多，且涉及多個終端變電站，同桿并架兩回線路同時跳閘對電網運行的影響顯然非常嚴重，輕者限制局部電網供電，重者可能導致造成兩座及以上220 kV變電站失電或將造成局部電網孤立運行。

1.2 同桿并架線路故障統計

對于同桿并架線路而言，單一線路的故障產生的危害與其他常規線路相同，在此不作分析。對電網危害性較大的是同桿并架線路同時發生故障的情況。對5年來浙江電網220 kV同桿并架線路同時故障的情況進行了統計，見表1。

表中的0.5次表示同桿并架的兩回線路中，一回為單相故障，另一回為相間故障。從表1的數據中可以看到，5年來，浙江電網220 kV同桿并架線路共計故障31次。同桿并架線路絕大部分故障類型相同：有22次為單相瞬時性接地故障，保護均正確動作切除故障相并重合成功；1次為單相永久性接地故障，兩線保護均正確動作切除故障相，重合后加速三相跳閘；8次為兩相接地故障，保護均正確動作，直接三相跳閘。兩線路異名相跨線故障共發生了6次，其中4次兩線均配置分相電流差動保護，保護選相正確動作，一線重合成功；有2次兩線均配置雙套高頻保護，保護直接三相跳閘擴大停電范圍，甚至造成1個變電站220 kV失壓。跨線異名相故障發生的概率雖小，但容易導致繼電保護動作不正確，造成的危害不容忽視。

表1 220 kV同桿并架線路同時故障情況統計

分析故障原因發現，除2008年有3次故障因嚴重冰災線路覆冰引起外，其余均因雷擊所致。在這31次故障中，單相瞬時性故障20次，占64.5%；單相永久性故障1次，占3.2%；相間故障8次，占25.8%。進一步分析發現，除了2008年中因嚴重冰災線路覆冰導致的故障為永久性故障外，因雷擊引起的單相故障均為瞬時故障；相間故障因三相跳閘不重合，無法直接確認是否為瞬時故障，但因雷擊引起的故障均能夠強送成功，間接說明是瞬時故障。

2 線路繼電保護的配置分析

2.1 故障時繼電保護動作行為分析

繼電保護配置情況和動作行為直接決定了不同類型故障對系統的危害程度，良好的繼電保護配置可以有效降低故障危害。浙江電網中的220 kV線路均配置了雙重化的線路保護，并配置單相重合閘或特殊重合閘（單相故障三跳重合1次，相間故障三跳不重合）。

當線路發生故障時，不同的故障類型和不同的保護配置將導致截然不同的結果：

（1）當雙線同時發生單相故障時，無論采用何種保護都能夠選相跳閘并進行重合，當發生瞬時性故障時，斷路器重合成功；當發生永久性故障時，斷路器重合失敗導致線路停役。

（2）當雙線同時發生多相故障時，保護將三相跳閘，在目前所采用的重合閘方式下將不會進行重合，導致雙線同停。

（3）當線路發生異名相跨線故障時，斷路器的動作行為與繼電保護的配置密切相關。若線路配置2套分相電流差動保護，則保護將能夠正確選相并按選相結果進行單跳單重，重合成功與否取決于故障是否為瞬時性故障。若2套線路保護中有1套不是分相電流差動保護而是常規的高頻閉鎖式保護或光纖允許式保護，高頻保護/光纖允許式保護均因原理不足可能會誤選三相而導致斷路器直接三相跳閘，即使另一套光纖差動保護正確選相跳閘，在目前所采用的重合閘方式下，斷路器也無法進行重合，將導致雙線同停。

綜上所述，線路能否可靠供電，首先取決于故障的類型，當發生永久性故障時，無論采用何種保護和重合閘方式，都將導致線路停役；當線路發生瞬時性故障時，線路繼電保護的配置和重合閘方式的選擇對線路的供電可靠性起至關重要的作用。

2.2 浙江電網220 kV同桿線路保護配置現狀

（1）有138對雙線均配置雙套光纖電流差動保護，占同桿并架線路總數的56.3%。

（2）有19對線路為僅送電側配置保護的電鐵供電線路和橋接線變電站送電線路。尤其是16對電鐵供電線路由于均未配置重合閘，同桿線路一旦雙線同時發生任何故障均將導致雙線同停。

（3）有81對線路均配置有高頻保護（或光纖距離），在線路發生異名相跨線故障時將導致雙線同時永久性跳閘。

（4）有7對同桿并架線路其中一線配置雙套光纖電流差動保護、一線配置有高頻保護（或光纖距離），在線路發生異名相跨線故障時配置高頻保護的線路將永久性跳閘。

特別需要指出的是，除（2）中提到的19對僅送電側配置保護的線路外，目前還有16對正常運行同桿雙回線路送至終端變電站尚未配置雙套光纖電流差動保護，這些同桿并架線路若同時故障跳閘將直接導致至少1個220 kV變電站全停。

浙江的地形特征和電網負荷需求，決定了同桿雙回乃至同桿多回線路在電網中將會占據更大的比重。因此，需要對其進行重點分析研究，綜合制定相應的應對措施。

3 應對措施研究

3.1 線路防雷應對措施

從統計分析可以看到，雷擊是導致同桿并架線路跳閘最主要的原因，因此首先需要從線路上加強防雷能力，主要可以采用以下措施：

（1）參考當地雷電分布圖，從線路路徑選擇上避開雷電密集地區。

（2）減少避雷線保護角或采用負保護角，降低線路被雷電繞擊概率。

（3）降低桿塔接地電阻，有效降低雷電反擊過電壓。

（4）對同桿線路采用差異絕緣設計。由于差異化絕緣設計需要絕緣相差較大（30%～35%）時才有效果，同一電壓等級的線路要實現這一絕緣差異較為困難。因此，在線路路徑合適時，可以考慮采用不同電壓等級的多回路同桿并架線路的方案，以犧牲低電壓等級線路的方式來確保高壓、主網線路的供電可靠性。

3.2 合理安排系統運行方式

在不同的系統運行方式下，同桿并架線路同時跳閘對系統產生的影響是不盡相同的，合理安排運行方式可大幅降低系統的運行風險：

（1）在規劃設計階段就要考慮，對于承擔重要負荷的終端變電站（如電鐵牽引站），可以考慮從不同的變電站接入，并盡可能減少其進線的同桿部分。

（2）在系統分層分區時，應充分考慮同桿并架線路的影響，盡量避免出現同桿雙回線路送至終端變電站的情況，特別應避免串供多個終端變電站的現象。

（3）合理進行終端變電站負荷分配，同時配置合適的安全自動裝置（如備自投、過載聯切等），盡可能減少同桿并架線路雙線同停產生的負荷損失，降低其危害性。

（4）選用合適的重合閘方式。目前，浙江電網220 kV線路采用單相重合閘方式或特殊重合閘方式，2種方式均對繼電保護有選相跳閘要求，發生相間故障時，均不再進行重合，這就產生了同桿并架雙回線選相正確性問題，并需要對終端系統進行穩定校核。當重合于多相永久性故障不會造成系統失穩時，對符合條件的同桿并架線路采用三相重合閘方式，作為異名相跨線瞬時性故障時防止雙線同時跳閘的措施。特別是對于現有的電鐵牽引站，均為終端變電站且大多由同桿并架線路供電，考慮供電的重要性，應當配置合適的重合閘方式，提高供電可靠性。

3.3 繼電保護應對措施

（1）配置雙套分相電流差動保護。普通高頻保護對跨線異名相故障會誤切雙線，而分相電流差動保護具有天然的選相功能。因此，配置分相電流差動保護可以顯著提高同桿并架線路的運行可靠性。

（2）分相電流差動保護裝置內的快速后備段（如距離Ⅰ段、工頻變化量阻抗等）的選相原理，直接影響在同桿并架線路異名相跨線故障情況下保護動作的正確性。因此，需要對其定值設置、選相原理進行調整（如優先采用差動選相），確保快速后備段正確選相跳閘。

4 結語

為了節省輸電線路走廊、節約資源，同桿并架線路在浙江電網中的應用將會越來越廣泛。在大力應用同桿并架線路的同時，應從多方面采取措施降低同桿并架線路在故障時同時停電的可能，提高電網安全穩定運行水平。

[1]張紅.高電壓技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]朱松林.繼電保護培訓實用教程[M].北京：中國電力出版社，2011.