地方电网并网点保护配合问题分析及对策

龙俊伍，唐军，陈吕鹏

(1.国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南郴州423000；2.华南理工大学，广东广州510640)

地方电网并网点保护配合问题分析及对策

龙俊伍1，唐军1，陈吕鹏2

(1.国网湖南省电力公司郴州供电分公司，湖南郴州423000；2.华南理工大学，广东广州510640)

以郴州地区电网为例，针对多级串供、一个变电站存在多回110 kV出线、两回联络线T接3种典型结构和运行方式下电网继电保护中的不配合问题进行了分析，易造成上级电网不能躲过下级变电站主变中、低压侧母线故障，导致越级跳闸。并提出了相应的应对策略，为继电保护的正确配合提供依据。

继电保护；电网结构；运行方式；整定配合；不配合点；距离保护；光差保护

合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的基础，继电保护装置能否发挥积极作用，与电网结构及电力设备的布置是否合理有密切的关系，必须把它们作为一个有机整体统筹考虑，全面安排。

将电网统筹考虑，以220 kV及以上电压等级电网为基础，向110 kV及以下电压等级电网辐射，使上、下级电网之间形成尽量简单的电气联系有利于实现上、下级电网之间的配合，从而确保继电保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性。

2个供电主体之间由于存在竞争关系，输电网络结构在规划、建设、运营和管理上存在统筹和协调上的障碍，必然产生电网结构和运行方式的复杂化，两网并列运行后，上、下级设备之间的保护整定配合问题将受多级串供、树状、长短线的影响，产生多个不配合点。不配合点的增多将导致电网事故停电范围扩大、切除故障时间延长等问题，严重威胁供电可靠性。

目前，郴州地区存在两家大型供电企业，两网之间通过15条联络线并列运行。受电网结构的影响，上、下级电网之间存在诸多保护配合的问题。运行数据表明，并网110 kV联络线的跳闸频次远远高于网内线路，且多为后备保护动作，保护配合不当是电网安全稳定运行的重大威胁。文中就郴州地区两网并存的网架之间存在的保护配合问题进行分析，提出相应的解决方案，为该地区电网安全稳定运行提供建议。

1 继电保护与电网结构关系分析

结构简单、层次清晰的电网结构有利于保护之间的密切配合与整定，对严重影响继电保护装置保护性能的电网结构应限制使用。继电保护能否保证电网安全稳定运行，与调度运行方式的安排密切相关。在安排运行方式时，应保持接地点的稳定，设置合适的解列点，避免采用多级串供的终端运行方式，不允许平行双回线上的双 T接变压器并列运行。

合理的电网结构和运行方式是实现继电保护正确配合的基础，对于以下几种情况，允许适当牺牲选择性:

①接入供电变压器的终端线路，无论是1台或多台变压器并列运行 (包括多处T接供电变压器或供电线路)，都允许线路侧的速动段保护按躲开变压器其它侧母线故障整定。需要时，线路速动段保护可经一短时限动作。②对串联供电线路，如果按逐级配合的原则将过分延长电源侧保护的动作时间，则可将容量较小的某些中间变电所按T接变电所或不配合点处理，以减少配合的级数，缩短动作时间。

2 两网并列运行保护整定的不配合点分析

郴州地区的两家大型供电企业，一是央企性质的国网郴州供电公司，主要负责郴州党政机关、新闻媒体、武广高铁、京广电铁、区内大型直供用户、桂阳、资兴、桂东、安仁、嘉禾5个县 (区)和郴州城区约1/3的用户供电任务；二是地方性质的郴电国际，主要负责郴州临武、永兴、汝城、宜章4个县 (区)和郴州城区2/3的用户供电任务。郴电国际下辖110 kV变电站42座，通过15条线路并入国家电网。

郴电国际15条线路带42座110 kV变电站，按照电网结构和运行方式，将郴电国际并网线路划分为以下3类:①T接国网110 kV联络线，例如:城箕Ⅰ线T接两华线；②并入国网110 kV变电站形成树状加串供的结构，例如:国网箕山变箕罗线、月家岭变月万线、宜章变北宜线；③直接并入国网220 kV变电站形成树状加串供的结构，例如:北南线、北两线等。3种电网结构和运行方式下，电网保护整定与配合将存在以下4个问题。

1)2条联络线T接

如图1所示为城箕Ⅰ线T接郴电国际两华线电气结线图，正常方式下城箕Ⅰ线备供国网110 kV箕山变负荷，箕山变2台容量为31.5 MVA主变并列运行，110 kV出线5回，其中城箕Ⅱ线经110 kV旁母共箕马线负荷。两江口变3台主变并列运行，110 kV出线5回。华塘变1台主变运行，110 kV出线2回。城箕Ⅰ线全长43.5 km，城前岭到两江口线路长度16.6 km，箕山到华塘线路长度为56 km，城前岭到华塘线路全长30.1 km。

图1 城箕Ⅰ线T接郴电国际两华线电气结线图

保护1配备三段式距离保护，按照保护定值整定计算原则，保护1的距离Ⅰ段按最短的2个变电站之间线路长度的80%～85%整定，即城前岭到两江口之间线路长度的80%～85%整定。距离Ⅱ段作为距离Ⅰ段的后备保护，整定值与所有下一级线路的距离Ⅰ段相匹配，两江口变、华塘变及两华线将按照不配合点处理。因此，保护1的距离Ⅱ段保护范围覆盖了城箕Ⅰ线线路全长并延伸至下一级线路，造成了保护1的距离Ⅱ段保护范围覆盖了两江口变所有110 kV出线，包括主变及中、低压侧母线并延伸至中、低压侧出线。而110 kV变电站母线保护均未配置母差保护，一般由主变复压过流保护切除母线故障，但复压过流保护作为母线及出线的后备保护，时限必然大于所有出线的电流Ⅱ段保护。主变中、低压侧负过流保护在时限上无法与距离Ⅱ段的时限相匹配，两江口变中、低压侧母线故障或出线故障、断路器拒动的情况下，保护1的距离Ⅱ段必然先于主变后备保护跳闸。

2)长、短线配合的问题

如图2所示为郴电国际汝城分公司箕罗线并网结线图，正常方式下，220 kV碧塘变碧箕线共箕山变，欧阳海电站经欧箕线并入110 kV箕山变，箕罗线供永兴罗尾变、永兴二级电站负荷。已知，碧箕线全长18.3 km，欧箕线全长26 km，箕罗线全长3.6 km，碧箕线长与箕罗线长度比约为6∶1，保护1与保护2的距离Ⅰ段配合，灵敏度将不能满足要求，需与其距离Ⅱ段进行配合，保护范围延长并在时限上作相应延长。同时，保护2的距离Ⅱ段与罗尾变主变中、低压侧故障配合，按躲过中、低压侧母线故障整定。保护1，2的距离Ⅲ段按碧箕线、箕罗线最小负荷阻抗整定，碧箕线最小负荷阻抗为95 Ω，箕罗线为17 Ω。对串联供电线路，如果按逐级配合的原则将过分延长电源侧保护的动作时间，则可将容量较小的某些中间变电所按T接变电所或不配合点处理，以减少配合的级数，缩短动作时间。保护1的距离Ⅱ段时限并未作相应延长。若罗尾变中、低压侧母线故障，保护1的距离Ⅲ段保护将率先动作跳闸，导致箕山变、罗尾变、永兴二级电站全站停电，保护3对侧断路器跳闸，将引起欧阳海电站与系统解列的事故，事故停电范围扩大。

图2 郴电国际汝城分公司箕罗线并网结线图

3)距离保护与零序保护配合

两网之间设备受产权限制，并网点断路器与下级线路保护定值整定方案无法实现统一，如图3所示为郴电国际汝城公司110 kV电网地理接线图。

图3 郴电国际汝城公司110 kV电网地理接线图

由图3可知，汝城电网下辖110 kV变电站8座，通过外城线和外暖线并入国网220 kV外沙变，其境内110 kV系统可通过邓满线并入郴电国际郴州公司邓家塘变，也可通过文里线并入宜章公司里田变，运行方式灵活多变。正常运行方式下，外城线供城南、土桥、三江口、热水变负荷，外暖线供暖水、马桥、文明、满天星变负荷。国家电网公司110 kV零序Ⅲ保护一般退出运行，仅投入零序Ⅳ段保护作为线路高阻性接地和断线的后备保护。但汝城电网Ⅲ段零序保护投入运行，零序保护动作受运行方式和接地点的影响而影响，对于运行方式变化很大或接地点变化很大的电网，保护往往不能满足系统运行所提出的要求。外沙变外城线、外暖线接地距离保护与汝城电网零序保护之间的配合问题，一旦汝城电网因运行方式和主变中性点的变化而导致相应零序保护不能正确动作，故障必然传递至外沙变，使外城线、外暖线跳闸。

4)变电站存在多回110 kV出线

如图4为郴电国际并网线路北两线结线简图，两江口变110 kV出线5回，正常方式下由北湖变北两线供电，带郴电国际枫树下、西城、增湖等110 kV变电站负荷。北两线距离Ⅱ段保护整定存在以下几种情况:

图4 郴电国际并网线路北两线结线简图

①按照本线路末端接地故障有足够灵敏度整定，则ZDZ11≥1.5Z1，其中，ZDZ11为整定值，Z1为线路末端阻抗，保护1的距离Ⅱ段范围覆盖了两江口变相应出线、主变及中、低压侧母线，出线故障、出线断路器为跳开的情况下，保护1动作；两江口母线故障，保护1率先动作；两江口变中、低压侧母线故障，保护1率先动作。

②与相邻线路接地距离Ⅰ段配合，则与两江口变长度最短的出线的距离Ⅰ段相配合，保护1的距离Ⅱ段范围可能覆盖两江口变相应出线、主变及中、低压侧母线，出线故障、出线断路器为跳开的情况下，保护1动作；两江口母线故障，保护1率先动作；两江口变中、低压侧母线故障，保护1率先动作。

③与相邻线路接地距离Ⅱ段配合，若存在上、下级线路长度超过4∶1的情况，选用此方案，保护1的保护范围覆盖范围将更大，动作风险大。

④与两江口变主变中、低压侧母线故障的配合，此方案可以有效防止两江口变中、低压侧母线故障时越级跳闸的风险。但任意出线故障，主保护未动作的情况下，故障向上一级电网传递，停电范围扩大。

3 结论及建议

郴州地区属于2个不同供电主体的电网并网运行后，面临以下四方面的问题:

1)城箕Ⅰ线T接两华线按照不配合点处理后，城前岭变城箕Ⅰ线522线路的接地、距离Ⅱ、Ⅲ段保护的范围延伸到了两江口、华塘变主变中、低压侧母线，无法实现与主变中、低后备保护的动作时限匹配。两江口变、华塘变中、低压侧母线故障时，城前岭变城箕Ⅰ线522断路器将率先动作跳闸，事故停电范围扩大。

2)对于多级串供的输电网络时，为减少配合的级数，缩短动作时间，将某些变电站按不配合点处理时，该变电站主变中、低后备保护无法在时限上与上级电网的距离Ⅱ，Ⅲ段相配合，故障后将导致上级电网的距离Ⅱ，Ⅱ段保护率先动作。

3)两家供电主体之间保护定值整定原则不统一，存在接地距离与零序保护相互配合的问题，零序保护受电网运行方式和中性点接地的影响，下级电网随意改变运行方式有造成零序保护拒动的可能，导致故障向上一级电网传递，越级跳闸。

4)并网线路带供的变电站存在多回出线，距离Ⅱ段保护按躲过中、低压侧母线故障整定时，任意出线故障，主保护未动作的情况下，故障向上一级电网传递，停电范围扩大的风险增大。

针对以上问题，特提出以下几点建议:

1)应尽量避免城箕Ⅰ线供两江口变负荷，两江口变两华线516断路器保持热备用开环；城箕Ⅰ线、城箕Ⅰ线T接两华线四侧配置光差保护，城前岭变城箕Ⅰ线522断路器接地、相间距离Ⅱ段保护按躲过两江口变中、低压侧母线故障整定，接地、相间距离Ⅲ段时限在两江口变母线中、低后备保护时限的基础上延长。

2)多级串供网络中的短线路配置光差保护，例如:箕罗线配置光差保护，碧塘变碧箕线518断路器接地、相间距离Ⅱ段保护按躲过罗尾变主变中、低压侧母线故障整定，距离Ⅲ段时限在罗尾变主变中、低后备保护时限的基础上作相应延长。

3)不同供电主体之间的2个电网的相关部门应该加强沟通、协调，统一保护定值整定原则，实现上下级电网继电保护的正确配合，接地距离保护与零序保护配合时，下级电网不允许随意改变运行方式，零序保护应与运行方式和主变中性点的变更相对应。

4)对于串供网络中，同一个变电站存在多条出线的网络，上级电网保护按躲过该变电站主变中、低压侧母线故障整定，校验灵敏度时，对灵敏度不满足要求的线路，应配置光差保护。

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Problem analysis and countermeasure of power system protection coordination in parallel operation for different power grid

LONG Junwu1，TANG Jun1，CHEN Lyupeng
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Chenzhou Power Supply Company，Chenzhou 423000，China；2.South china university of technology，Guangzhou 510640，China)

This paper takes Chenzhou area power system as an example，and analyzes the problem of bad coordination of protection in three modes including multi-level supply，a substation with several 110 kV outgoing lines，T-type connection network structure between two tie lines.Superior power grid can not avoid the low voltage side bus fault causing override trip.To solve the above problems，this paper puts forward the corresponding countermeasures，which provides the basis for the correct coordination of relay protection.

relay protection；grid structure；operation modes；setting and coordination；unfit point；distance protection；optical differential protection

TM77

B

1008-0198(2016)04-0059-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.015

龙俊伍(1973)，男，工程师，研究方向为电网运行与管理。

2016-01-08 改回日期:2016-02-17