浙江电网220 kV同杆并架线路雷击应对措施研究

2013-10-08钱建国裘愉涛方愉冬

浙江电力 2013年1期

钱建国，裘愉涛，方愉冬

（浙江省电力公司，杭州 310007）

浙江地处我国东部沿海，位于中、低纬度的沿海过渡地带，地形特征为“七山一水二分田”，同时受西风带和东风带天气系统的双重影响，是我国受台风、暴雨、雷电、寒潮、大风、冰雹、冻害等灾害影响最严重地区之一。随着电网规模的不断增大，同杆并架线路在浙江电网中的应用越来越多，而雷击引起同杆并架线路的同时故障、同时停役的事件也逐年增多，成为影响电网安全稳定运行的主要危险点之一。

1 220 kV同杆并架线路同时故障分析

1.1 浙江电网线路并杆情况

在浙江电网220 kV及以上线路中，同杆并架线路长度超过50%的500 kV线路合计26对，占500 kV线路总数的46%；同杆并架线路长度超过50%的220 kV线路合计245对，占220 kV线路总数的68%。在220 kV系统中，有16座电铁牵引站由同杆并架线路供电；除此之外，常规220 kV同杆并架线路共有229对。在常规线路中，全线同杆的线路有162对，50%以上同杆的线路有66对，涉及23个终端（包括分层分区终端）变电站，有4个终端变电站串供电铁负荷。

由于220 kV同杆并架线路较多，且涉及多个终端变电站，同杆并架两回线路同时跳闸对电网运行的影响显然非常严重，轻者限制局部电网供电，重者可能导致造成两座及以上220 kV变电站失电或将造成局部电网孤立运行。

1.2 同杆并架线路故障统计

对于同杆并架线路而言，单一线路的故障产生的危害与其他常规线路相同，在此不作分析。对电网危害性较大的是同杆并架线路同时发生故障的情况。对5年来浙江电网220 kV同杆并架线路同时故障的情况进行了统计，见表1。

表中的0.5次表示同杆并架的两回线路中，一回为单相故障，另一回为相间故障。从表1的数据中可以看到，5年来，浙江电网220 kV同杆并架线路共计故障31次。同杆并架线路绝大部分故障类型相同：有22次为单相瞬时性接地故障，保护均正确动作切除故障相并重合成功；1次为单相永久性接地故障，两线保护均正确动作切除故障相，重合后加速三相跳闸；8次为两相接地故障，保护均正确动作，直接三相跳闸。两线路异名相跨线故障共发生了6次，其中4次两线均配置分相电流差动保护，保护选相正确动作，一线重合成功；有2次两线均配置双套高频保护，保护直接三相跳闸扩大停电范围，甚至造成1个变电站220 kV失压。跨线异名相故障发生的概率虽小，但容易导致继电保护动作不正确，造成的危害不容忽视。

表1 220 kV同杆并架线路同时故障情况统计

分析故障原因发现，除2008年有3次故障因严重冰灾线路覆冰引起外，其余均因雷击所致。在这31次故障中，单相瞬时性故障20次，占64.5%；单相永久性故障1次，占3.2%；相间故障8次，占25.8%。进一步分析发现，除了2008年中因严重冰灾线路覆冰导致的故障为永久性故障外，因雷击引起的单相故障均为瞬时故障；相间故障因三相跳闸不重合，无法直接确认是否为瞬时故障，但因雷击引起的故障均能够强送成功，间接说明是瞬时故障。

2 线路继电保护的配置分析

2.1 故障时继电保护动作行为分析

继电保护配置情况和动作行为直接决定了不同类型故障对系统的危害程度，良好的继电保护配置可以有效降低故障危害。浙江电网中的220 kV线路均配置了双重化的线路保护，并配置单相重合闸或特殊重合闸（单相故障三跳重合1次，相间故障三跳不重合）。

当线路发生故障时，不同的故障类型和不同的保护配置将导致截然不同的结果：

（1）当双线同时发生单相故障时，无论采用何种保护都能够选相跳闸并进行重合，当发生瞬时性故障时，断路器重合成功；当发生永久性故障时，断路器重合失败导致线路停役。

（2）当双线同时发生多相故障时，保护将三相跳闸，在目前所采用的重合闸方式下将不会进行重合，导致双线同停。

（3）当线路发生异名相跨线故障时，断路器的动作行为与继电保护的配置密切相关。若线路配置2套分相电流差动保护，则保护将能够正确选相并按选相结果进行单跳单重，重合成功与否取决于故障是否为瞬时性故障。若2套线路保护中有1套不是分相电流差动保护而是常规的高频闭锁式保护或光纤允许式保护，高频保护/光纤允许式保护均因原理不足可能会误选三相而导致断路器直接三相跳闸，即使另一套光纤差动保护正确选相跳闸，在目前所采用的重合闸方式下，断路器也无法进行重合，将导致双线同停。

综上所述，线路能否可靠供电，首先取决于故障的类型，当发生永久性故障时，无论采用何种保护和重合闸方式，都将导致线路停役；当线路发生瞬时性故障时，线路继电保护的配置和重合闸方式的选择对线路的供电可靠性起至关重要的作用。

2.2 浙江电网220 kV同杆线路保护配置现状

（1）有138对双线均配置双套光纤电流差动保护，占同杆并架线路总数的56.3%。

（2）有19对线路为仅送电侧配置保护的电铁供电线路和桥接线变电站送电线路。尤其是16对电铁供电线路由于均未配置重合闸，同杆线路一旦双线同时发生任何故障均将导致双线同停。

（3）有81对线路均配置有高频保护（或光纤距离），在线路发生异名相跨线故障时将导致双线同时永久性跳闸。

（4）有7对同杆并架线路其中一线配置双套光纤电流差动保护、一线配置有高频保护（或光纤距离），在线路发生异名相跨线故障时配置高频保护的线路将永久性跳闸。

特别需要指出的是，除（2）中提到的19对仅送电侧配置保护的线路外，目前还有16对正常运行同杆双回线路送至终端变电站尚未配置双套光纤电流差动保护，这些同杆并架线路若同时故障跳闸将直接导致至少1个220 kV变电站全停。

浙江的地形特征和电网负荷需求，决定了同杆双回乃至同杆多回线路在电网中将会占据更大的比重。因此，需要对其进行重点分析研究，综合制定相应的应对措施。

3 应对措施研究

3.1 线路防雷应对措施

从统计分析可以看到，雷击是导致同杆并架线路跳闸最主要的原因，因此首先需要从线路上加强防雷能力，主要可以采用以下措施：

（1）参考当地雷电分布图，从线路路径选择上避开雷电密集地区。

（2）减少避雷线保护角或采用负保护角，降低线路被雷电绕击概率。

（3）降低杆塔接地电阻，有效降低雷电反击过电压。

（4）对同杆线路采用差异绝缘设计。由于差异化绝缘设计需要绝缘相差较大（30%～35%）时才有效果，同一电压等级的线路要实现这一绝缘差异较为困难。因此，在线路路径合适时，可以考虑采用不同电压等级的多回路同杆并架线路的方案，以牺牲低电压等级线路的方式来确保高压、主网线路的供电可靠性。

3.2 合理安排系统运行方式

在不同的系统运行方式下，同杆并架线路同时跳闸对系统产生的影响是不尽相同的，合理安排运行方式可大幅降低系统的运行风险：

（1）在规划设计阶段就要考虑，对于承担重要负荷的终端变电站（如电铁牵引站），可以考虑从不同的变电站接入，并尽可能减少其进线的同杆部分。

（2）在系统分层分区时，应充分考虑同杆并架线路的影响，尽量避免出现同杆双回线路送至终端变电站的情况，特别应避免串供多个终端变电站的现象。

（3）合理进行终端变电站负荷分配，同时配置合适的安全自动装置（如备自投、过载联切等），尽可能减少同杆并架线路双线同停产生的负荷损失，降低其危害性。

（4）选用合适的重合闸方式。目前，浙江电网220 kV线路采用单相重合闸方式或特殊重合闸方式，2种方式均对继电保护有选相跳闸要求，发生相间故障时，均不再进行重合，这就产生了同杆并架双回线选相正确性问题，并需要对终端系统进行稳定校核。当重合于多相永久性故障不会造成系统失稳时，对符合条件的同杆并架线路采用三相重合闸方式，作为异名相跨线瞬时性故障时防止双线同时跳闸的措施。特别是对于现有的电铁牵引站，均为终端变电站且大多由同杆并架线路供电，考虑供电的重要性，应当配置合适的重合闸方式，提高供电可靠性。