乍得首个90kV 高压环网的继电保护设计方案

2015-12-02陈福新福建永福工程顾问有限公司福建福州350108

江西建材 2015年17期

■陈福新 ■福建永福工程顾问有限公司，福建福州 350108

乍得是位于非洲中部的一个内陆国家，经济落后，电网薄弱，目前能够享受到电能供应人口约占全国5%，集中在首都恩贾梅纳。但乍得石油资源丰富，已探明石油储量10 亿桶，潜在储量20 亿桶。电力的短缺和能源经济发展的需要，推进了乍得的电网快速发展，按乍得电力规划纲要，2011～2015 年建成首都恩贾梅纳90kV 电力环网;2016～2020年将陆续建立220kV 高压跨省电网;2020～2030 将建立500kV 电网，与非洲其他国家联网。

首都恩贾梅纳90kV 电力环网项目，是乍得国家电网建设的起点，具有极其的重要地位与作用。本文将结合乍得电力规划纲要、项目建设方案，分析继电保护配置原则，选择本工程的继电保护配置最后设计方案。

1 工程概况

乍得首都恩贾梅纳90kV 电力环网项目主要由四个变电站组成，如下图1 所示。四个变电站主接线形式类似，90kV、15kV 主接线均采用单母线分段接线，各站均按配置两台容量为25MVA 的两卷变压器规划。

图1 90kV 环网项目结构示意图

2 继电保护配置分析

继电保护配置方式要满足电力网结构和厂站的主接线的要求，并考虑电力网和厂站的运行方式的灵活性，所配置的继电保护装置应能满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

微机继电保护是以数字式计算机作为技术基础，利用微处理器作为其软硬件的核心，通过输入输出通道接口的有效配合，实现保护功能。相对传统继电器式保护，具有高准确率、更高的可靠性、快速性、灵活性，技术成熟，成本低，本工程选用微机化的保护装置将为电网的安全稳定运行提供良好的保障。

乍得首都恩贾梅纳90kV 电力环网项目规模较小，每个变电站主接线为单母线接线，变压器远景容量仅为2* 25MVA，比国内常规110kV末端变电站的一台主变容量50MVA 还小;同时该项目的最高电压等级也才90kV，根据乍得电力规划，远景将建立220kV、500kV 高压骨干电网。从国际上的各国电网继电保护来看，一般骨干高压电网(220kV 及以上设备)，系统稳定对故障切除时间要求比较高，应配置两套独立的主保护;而对电压等级低的系统保护采用单套配置，并配置相应的远后备保护，即在故障设备本身的保护装置无法正确动作时，由相邻设备的保护装置延时跳闸。

乍得90kV 电力环网项目规模小，在中长期规划纲要中不属于骨干电网，从电网地位、经济性、国际继电保护配置惯例来看，90kV 系统和设备的主保护可不按双重化配置。从重要性及电网架构来说，90kV 系统应按配置单套主保护，并设置远后备保护，主保护应采用能快速切除内部故障原理的保护，如差动保护。

综上分析，本工程最终的继电保护配置方案为:各90kV 线路两侧各配置一套全线速动的电流差动主保护;90kV 母线配置一套可快速切除母线故障的电流差动保护;90kV 主变压器采用一套快速动作的主保护，高低压侧配置独立的后保保护;15kV 各元件采用三段式过流保护。

3 乍得恩贾梅纳90kV 电力环网项目的继电保护配置

3.1 90kV 电缆线路、架空线路及混和线路的保护配置

90kV 架空线路或与电缆混合的线路，故障往往由雷击、雷雨、鸟害等自然因素引起，瞬时性单相故障几率多。本工程作为乍得国内首个最高电压等级的环网工程，电网的可靠供电、至关重要。为此每回线路两侧均配置一套光纤分相电流差动主保护，并配置三段式相间距离保护、三段式接地距离保护、二段式零序保护、独立的反时限零序保护，具有选相功能的零差保护作为后备保护，以保证高电阻接地故障时能可靠地有选择地切除故障。保护采用主后合一装置。

90kV 电缆线路由于全程埋在地下，无雷击、雷雨、鸟害等自然因素引起的瞬时性单相故障，一般为永久性故障，为此每回线路两侧均配置一套光纤三相电流差动主保护和三相重合闸功能，其他同架空线路保护配置。

乍得西站有两回至FARCHA2 电厂线，由于距离仅350m，该段线路保护纳入FARCHA2 电厂升变压器的差动保护范围内，差动保护设在FARCHA2 电厂内，本侧仅配置一套过流保护。

3.2 90kV 母线保护和断路器失灵保护的配置

90kV 母线要求配置一套电流差动保护装置，保护可快速切除母线上的故障时。

考虑乍得90kV 电压电网的重要性，要求每个变电站配置一套90kV 断路器失灵保护。当90kV 某支路故障断路器失灵，由支路保护启动断路器失灵保护，失灵保护断开与拒动断路器连接在同一母线上的所有支路的断路器，减少事故停电范围。

由于微机保护易实现功能集成，目前国内外主流保护厂家提供的母线微机保护均含有断路器失灵保护功能，考虑经济性，本工程配置的母线保护也要求集成断路器失灵保护功能。

3.3 主变保护的配置

电力变压器是电力系统中使用相当普遍和十分重要的电器设备，它若发生故障将给供电和电力系统的运行带来严重的后果。

变压器可能发生的故障有:各向绕组之间的相间短路;单相绕组部分线匝之间匝间短路，单相绕组和铁芯绝缘损坏引起的接地短路;引出线的相间短路;引出线通过外壳发生的单相接地短路以及油箱和套管漏油。变压器的不正常工作情况有:外部短路或过负荷引起的过电流;变压器中性点电压升高或由于外加电压过高引起的过励磁等。

主变压器按主保护、各侧后备保护分开单套配置的方案，并配置独立的非电量保护。主要保护功能配置如下:

(1)反映变压器绕组和引出线多相短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或电流速断保护;

(2)反映变压器油箱内部短路故障和油面降低的瓦斯保护、油温过高等的非电量保护;

(3)变压器外部相间短路并作为瓦斯保护和差动保护后备的低电压(或复压)起动过流保护;

(4)高压侧中性点间隙过流、过压保护;

(5)高、低压侧零序方向过流保护、零序过流保护;

(6)各侧过负荷保护。

3.4 15kV 低压元件的保护装置

国际上15kV 及以下电压等级的系统中，因为绝缘对投资影响较小，一般采用非直接接地方式。经调研，乍得当地15kV 系统采用直接接地系统，故本工程15kV 也采用直接接地系统，15kV 线路、电容器组、站用变等保护装置除装设反应相间故障的三段式过流保护，还应配置反应单相故障的零序电流保护，单相故障直接跳闸。