分析小電源在110k V變電站上網的保護解決方案

盧文強 王其杰 鄒耀兵

（杭州鴻晟電力設計咨詢有限公司）

0 引言

現如今社會經濟飛速發展，帶動了電力工業的進步。要想進一步提升能源利用率，并做好環保工作，國家開始關注小水電以及能源發展小火電。伴隨兩網改造項目的落實，110kV變電站在電網項目中逐漸成為核心，通過110kV變電站上網開展小電源建設，成為目前行業內發展的重點，尤其是變電站上網問題。為此，本文針對小電源在110kV變電站上網的存在的一些問題展開分析，提出解決方案。

1 小電源在110kV變電站上網存在的主要問題

1.1 需要增加一個接地點

小電源通常采取大運行方法，在此條件下以免110kV變電站發生線路接地現象，所形成過電壓會對線路、變壓器等相關設備的運行安全造成影響（110kV變電站接線圖如下圖所示）［1］。通常110kV變電站主變壓器110kV側中性點必須接地。如此一來，電力系統內部零序網絡出現變化，在接地時增加短路電流水平，導致零序電流保護對應的保護范圍也有一定改變。這難免會使電網零序網絡發生變化，線路與系統零序保護必須做好校對工作。工作人員在檢查時，需要確保零序網絡具備選擇性，極大概率會降低電源側零序保護靈敏性。除此之外，當接地點增多之后，小電源上網、主網解列環節，地刀與保護投停更加復雜，增加了運行人員負責范圍的工作量，而且會威脅到電網運行安全［2］。

1.2 上網110kV變電站電源進線側開關保護整定困難

為了規避110kV線路出現短路故障，威脅到電氣設備運行安全，通常需要在上網110kV變電站電源進線側安裝保護，起到切除110kV線路接地與相間線路故障的作用。通常工作人員會設計包含距離與零序電流保護融合的保護，但小電源上網比較顯著的特點是分布不集中，而且位置比較偏遠，這可能會導致小電源所采用的運行方法存在較為明顯的變化，無法明確小電源最小運行方法，對保護靈敏性進行校對，而且發電機歸算至變電站110kV母線側阻抗較大［3］。當小電源采用最小運行方法時，110kV線路形成短路電流較小，可能引發零序保護靈敏性不強，距離保護與零序保護啟動元件無法發揮出原本的效能，導致小電源上網面臨隱患。

1.3 用戶供電可靠性降低

小電源35kV母線側上網，考慮到相關費用問題，通常電力管理部門不會選擇110kV線路的兩側位置增設線路PT。與此同時，重合閘重合會沖擊小電源側發電機，為了避免這一現象，可能會選擇停用其中一側重合閘。如果110kV線路出現瞬時短路故障，那么保護啟動后跳開開關，便會導致110kV變電站失壓［4］。

針對這一問題，電力管理人員通常會選擇在110kV變電站線路上增設線路PT，并且將另外一處保護停用，達到檢無壓重合的效果，使變電站供電更加穩定，但是實際效果不是非常理想。如果110kV變電站線路出現瞬時短路故障，那么DL1位置的開關跳開，110kV線路PT檢查線路發現有壓，開關重合閘不發生動作，35kV側低周、低壓保護可以跳開DL3，110kV線路PT檢無壓，同時DL1重合閘發生動作，將其合上，完成變電站供電［5］。但是DL3低壓保護與低周保護屬于后備保護，考慮到保護配合，所以保護動作時間整定長，即便DL1已經成功重合，但電動機很大概率會在低壓影響下相繼跳開，必須重新啟動。變電站中動力負荷占比較大的情況下，DL1重合便會喪失其原本的意義。所以，變電站有關裝置沒有得到優化的情況下，供電方面很大概率會在小電源影響下降低穩定性。

1.4 電力系統設備完善費用較大

基于小電源上網的情況下，為了使其發電機、系統電氣設備能夠穩定運行，一般需要在電力系統內部安裝一些設備［6］。如110kV線路兩側配置線路PT，25kV上網線路接近DL3位置還需配置線路PT，110kV變電站電源的進線側，需要配置合閘裝置，且該合閘裝置應包含距離與零序保護等。除了上述一次設備外，二次系統還需要增加一些新的接線，但是這會增加整體費用以及工作人員工作量，增加電力管理部門工作難度。

1.5 上網電量受限

因為小電源在110kV母線阻抗中折算存在較大阻抗，為了使DL2保護更具靈敏性，DL2保護過流定值整定不能過大，這可能會導致網上輸送最大允許負荷受限，同時也會對小電源上網電量造成限制，小電源無法達到滿發狀態，降低發電效率。

2 解決方案

2.1 假設條件

通常小電源可以提供的功率最大也只能夠支持110kV變電站正常負荷的其中一部分，如果變電站沒有系統電源的支持，小電源將無法繼續支撐變電站負荷需求，甚至會使變電站電壓面臨崩潰。與此同時，實操中很多小電源上網在110kV變電站的運行中，這一假設成立。

2.2 保護配置

處于正常工況下，工作人員面向DL1開關需要加裝距離、零序保護，DL3開關則配置常規電流電壓保護、低頻與低壓保護，且必須帶有方向。除此之外，還需增加如下保護配置：①DL2位置需要加裝低電壓保護，在110kV母線PT處取電壓［7］。以免全站面臨失壓出現誤閉鎖低電壓保護的現象，可以將PT斷線閉鎖取消。此低電壓做出保護動作之后，采用短延時的方式，將DL3開關跳開。②DL1保護，建議應用檢無壓重合的方式，DL3保護則采用檢同期方法。基于此方案的實踐操作，DL3保護措施可結合電網實際進行選擇性配置，其余則屬于務必配置內容。

2.3 保護動作分析

基于上文論述，制定此保護方案的目的是將110kV線路可能面臨的設備安全問題、保護整定問題等解決。為此，根據110kV線路可能出現故障的類型，做出如下分析。

如果110kV線路出現瞬時相間故障，根據低電壓保護動作，將小電源上網開關跳開，DL1開關則進行檢無壓重合操作，使其能夠重新為110kV變電站恢復供電。如果110kV線路出現瞬時接地故障，因為低電壓保護低電壓元件為線電壓，所以不能啟動。面對此現象如果通過DL1開關零序保護、距離保護動作，將DL1開關跳開，那么將會導致變電站、主電源之間失聯，只是小電源和變電站維持連接。因為小電源所能夠提供功率比較有限，所以不能長時間維持變電站運行所需電壓。在此情況下變電站的電壓將會快速降低，直至全站失壓，開啟低電壓保護憑借短延時達到DL3開關跳開的目的。DL1開關經過檢測發現線路無壓，便會采取重合閘動作，為變電站重新供電。如果小電源發電機依然處于運行狀態，建議按照DL3開關配置保護、檢同期重合，或者是工作人員手動將開關合上，完成小電源并網。簡而言之，通過低電壓保護無壓條件，將小電源開關跳開，并利用主電源開關重合，使變電站負荷能夠重新運轉，通過DL3開關檢同期重合、手合完成小電源并網，使變電站供電更加穩定。

2.4 保護整定

針對低電壓保護整定：選擇的電壓元件，一般需要以躲過變壓器35kV母線相間故障為依據，確保沒有主電源支持的情況下，依然可以完成低電壓保護對于110kV線路故障全線整定的靈敏性，整定時間方面一般可以和主變差動保護相互協調，建議設為0.5s。如此一來，110kV線路一旦出現瞬時故障，此時低電壓保護便可快速跳開35kV小電源上網開關，確保DL1開關能夠快速重合，并為變電站負荷恢復供電，以免失去動力負荷。如果不能躲過變壓器35kV母線相間故障，建議和主變35kV側后備保護之間協同配合。此環節注意工作人員應盡可能避免方向閉鎖低電壓保護這一方式，以免影響到保護性能。

針對DL1開關重合閘定值整定：低電壓保護已經啟動，小電源開關同時也已經跳開，在此情況下DL1保護重合閘檢無壓定值，一般可以根據低電壓保護電壓元件之間的協調情況進行整定處理。確定重合閘的重合時間，可以和低電壓保護動作時間進行協調，通常低電壓保護動作的時間以+0.5s為宜。如此一來便可以使電源側DL1重合閘在重合的同時，低電壓保護已經穩定做出相應動作，且將小電源上網開關跳開，以免電源側開關重合之后，導致小電源發電機受到影響。

3 優缺點比較

基于以上內容，分析該方案在實踐中的優勢如下：①此方案的重點在于低電壓保護，所以保護原理不是非常復雜，動作也具有穩定性；②上網變電站主變110kV中性點，一般不需要接地處理。因為110kV線路出現故障之后，一般會采用低電壓保護的方式，將小電源開關跳開，以免故障導致過電壓現象。所以主變110kV中性點不需要接地，這也使中性點接地可能出現的電源側零序保護靈敏性、系統零序網絡改變等相關問題得到解決，增加了保護整定、運行管理等工作的效率；③此方案在實際操作中，小電源側保護靈敏性比較高，由于小電源發電機阻抗較大，加之存在線路阻抗，所以歸算到變電站110kV母線中的小電源也存在較大阻抗，無法保證零序電流保護靈敏性。如果小電源歸算阻抗大，那么保護靈敏性將會隨之降低，特別是采用最小運行方法時，保護啟動元件甚至也無法保證相應的靈敏性。但此方案應用了低電壓保護，小電源歸算阻抗大的情況下，保護靈敏性隨之提升。

除了以上優點，根據實操經驗發現該方案同樣面臨一些不足：①因為低電壓保護，將PT斷線閉鎖裝置取消，所以當處于PT斷線狀態時，低電壓保護很大概率會發生誤動作，致使小電源上網開關出現誤跳現象。結合實際需求，還需要工作人員通過關掉電流閉鎖低電壓保護的方式，以免發生低電壓保護誤動；②110kV線路出現瞬時接地故障，此時低電壓保護會將小電源上網開關跳開，且上網開關時間、電源側開關重合時間，均會受到變電站電壓低至低電壓保護電壓整定值時間這一因素的干擾。換言之，電壓崩潰時間將會造成相對嚴重的影響。為了保證時間、整定數值等結果的精準性，變電站內可以組織試驗進行最終確定。

4 結束語

綜上所述，小電源在110kV變電站上網中應用，為了避免變電站運行期間出現的故障，針對小電源上網可能面臨的問題展開分析，制定保護解決方案。充分發揮小電源優勢，保證變電站穩定運行的同時，還可以為今后110kV變電站運行方案的完善與優化提供參考，進一步推動我國電力行業的進步。