电力系统单线单变供电问题和解决方案

广东电网公司清远供电局 李开红

为满足社会经济发展需要，电网建设也相对加快，但由于考虑到投资收益等各方面原因，局部地区特别是经济欠发达地区，电网建设初期往往只考虑了投资少、见效快的单线单变供电方式，暂时改变用电问题，但这种电网结构薄弱，供电可靠性很低。为确保电网安全和可靠供电，必须采取相应的自动装置，完善相应二次回路来弥补一次系统的不足，确保主供电源故障时，能够尽快自动恢复供电，同时避免电网事故事件发生。

1.存在问题

如本文3.1.1主接线图所示，220kV保城站目前仅有一条220kV山保线与500kV站主系统连接，110kV线路所连接的110kV变电站均有小水电电源，小水电电源自动调节能力较差问题突出。当220kV山保线发生三相跳闸，小水电电源可能形成孤立系统但不稳定或者直接导致局部电网失压，电压质量也无法保证，也无法保证220kV山保线重合成功，以致造成保城站、吉田站、福堂站失压电网事故事件，影响区域供电，在雷电多发季节情况更加严重。为防止局部电网事故事件发生，确保该供电区域对用户可靠供电，有必要采取适当的措施，以自动恢复220kV保城站、吉田站、福堂站负荷供电。

2.控制原则要求

2.1 220kV山保线线路两侧投综合重合闸方式，单相瞬时性故障情况下，线路保护动作单跳，依靠线路重合成功确保保城站与系统的连接。

2.2 当220kV山保线线路发生相间瞬时性故障，保城站侧线路保护动作三跳，联切保城站110kV线路（有小水电电源上网），线路重合成功确保保城站与系统的连接，然后依靠110kV线路重合闸自动恢复下一级负荷供电。

2.3 当220kV山保线线路发生永久性故障时，保城站侧QF2重合不成功，投备用电源110kV安保线即合上QF13恢复保城站220kV母线、110kV母线电压，然后依靠110kV线路重合闸自动恢复下一级负荷供电。

2.4 保城站被联切的110kV保吉线、保褔线，重合闸方式选择检线路无压重合。

2.5 保城站110kV保吉线、保褔线被联切后，110kV吉田站、福堂站由本站低频（含过频）、低压（含过压）自动装置切10kV小水电线路且闭锁重合闸。[1]

3.系统运行及保护自动装置配置方案

3.1 正常运行方式如结线图

3.1.1 主结线图(见图1)

图1 主结线图

3.1.2 正常运行方式说明

500kV变电站主系统运行，由220kV山保线供220kV保城站、110kV吉田站、福堂站运行。

220kV山保线QF1、QF2断路器在合闸位置；保城站主变QF3、QF4断路器在合闸位置；110kV保吉线QF5、QF6断路器在合闸位置；吉田站主变QF9、QF10断路器在合闸位置；10kV水电线路QF14、QF15断路器在合闸位置；110kV保褔线QF7、QF8断路器在合闸位置；福堂站主变QF11、QF12断路器在合闸位置；10kV水电线路QF16、QF17断路器在合闸位置；山保线、保吉线、保褔线线路保护、保城站主变、220kV及110kV母线保护均正常投入运行。

220kV山安线供220kV安峰站，即山安线QF18、QF19断路器在合闸位置；安峰站主变QF20、QF21断路器在合闸位置；山安线、安峰站主变、220kV及110kV母线保护均正常投入运行。

图2 山保线三跳联切110kV线路二次回路

110kV安保线由安峰站侧充电线路运行，即安保线QF22断路器在合闸位置，QF13在分闸位置，为热备用状态，线路保护正常投入运行。

220kV保城站山保线保护三跳联切、线路备自投正常投入运行；110kV吉田站电压频率装置1、福堂站电压频率装置2正常投入运行。

3.2 保护及自动装置配置

3.2.1 220kV保城站增加220kV山保线QF2保护三跳联切出口接点及相关二次回路，接入至110kV保吉线、保褔线保护跳闸开入的二次回路。以实现220kV山保线三相跳闸联切小水电，确保山保线能够重合，110kV保吉线、保褔线依靠本线重合闸自动重合。

山保线三跳联切110kV线路二次回路如图2。

3.2.2 220kV保城站配置线路备自投装置[2]一套，实现220kV山保线故障跳闸且重合不成功时，自动投入备用电源110kV安保线。

3.2.3 110kV吉田站、福堂站：各配置一套电压频率切机自动装置，具备低频、低压、过频、过压功能，实现电压、频率异常控制，切除10kV小水电线路。

4.备自投充电及闭锁条件

4.1 充电条件

220kV山保线运行QF2在合位，保城站主变在运行状态且变高QF3、变中QF4在合闸位置，无其它外部闭锁条件，即保城站220kV母线有压，且山保线QF2在合位，110kV安保线热备用QF13在分位线路有压，满足充电条件。

4.2 闭锁条件

220kV山保线、保城站主变、220kV或110kV母线备用，即QF2、QF3、QF4断路器、及其隔离开关在分位；110kV安保线QF13检修；220kV及110kV母线电压互感器检修状态；220kV及110kV母线保护、主变保护动作等外部条件均闭锁备自投。

5.自动装置定值整定原则及要求

5.1 保城站

5.1.1 山保线重合闸

投综合重合闸方式，即单相故障跳单相重合单相，Tch1=0.8秒；相间故障跳三相重合三相，Tch3=3.5秒，线路两侧方式相同。

5.1.2 山保线三跳联切

220kV山保线发生瞬时相间或永久性故障时，保城站侧保护动作跳QF2三相开关，为防止保城站与吉田站、福堂站之后形成小系统，电压不稳定，导致山保线QF2重合闸无法动作等问题，需采取适当措施。即当山保线保护发出三相跳闸命令时，同时联切具有水电上网的110kV保吉线、保褔线，联切回路接入保吉线、保褔线的保护跳闸回路，不闭锁重合闸。由山保线重合闸或备自投恢复保城站供电，然后由保吉线、保褔线自动重合恢复吉田站、福堂站供电。

5.1.3 110kV线路重合闸

投综合重合闸方式，即线路任何故障均跳三相，可以检线路无压母线无压（或有压），检线路有压母线无压，Tch=5.5秒。

5.1.4 线路备自投

选择使用方式1，即220kV山保线为主供电源，110kV安保线为备用电源，跳闸时限：Tt=4.5秒；合闸时限：Th=0.15秒；

5.2 吉田站

电压频率切机自动装置：过频Tfhqs1=0.1秒，过压Tuhqs1=0.1秒，低频Tfs1=0.1秒，低压Tus1=0.1秒。

5.3 福堂站

电压频率切机自动装置：过频Tfhqs1=0.1秒，过压Tuhqs1=0.1秒，低频Tfs1=0.1秒，低压Tus1=0.1秒。

6.保护及自动装置动作逻辑论证

6.1 220kV山保线瞬时故障

6.1.1 单相瞬时故障

根据220kV山保线保护整定原则，线路发生单相瞬时故障时，保城站侧保护动作跳QF2单相开关，此时保城站通过非故障相短时运行，经Tch1=0.8秒后单相重合成功。

山保线单相重合成功，不联切110kV保吉线、保褔线，保城站备自投不动作，吉田站、福堂站自动装置不动作。保城站以及吉田站、福堂站基本不受影响，可以维持正常运行。

6.1.2 相间瞬时故障

山保线发生相间瞬时故障时，保城站侧保护动作跳QF2三相开关，此时保城站与贤令山站主系统完全断开，同时联切110kV保吉线QF5、保褔线QF7断路器。根据整定原则，此方式下，吉田站自动装置经0.1秒动作跳开QF14、QF15水电线路；福堂站自动装置经0.1秒动作跳开QF16、QF17水电线路。至此保城站、吉田站、福堂站均为失压状态，山保线跳闸后经Tch3=3.5秒后三相重合成功，保城站220kV、110kV母线电压恢复正常；由于山保线三跳同时联切保城站侧保吉线QF5、保褔线QF7断路器，且不闭锁线路重合闸，保吉线QF5、保褔线QF7重合闸检线路无压条件满足，经Tch=5.5秒重合成功，恢复吉田站、福堂站供电负荷。

山保线发生相间瞬时故障，跳开QF2三相开关，同时联切110kV保吉线QF5、保褔线QF7断路器，保城站220kV、110kV母线失压。此时保城站线路备自投满足启动条件开始启动，但由于山保线跳闸后经Tch3=3.5秒后三相重合成功，而备自投跳闸时限：Tt=4.5秒，母线电压提前恢复正常，备自投立即返回，备自投装置不动作，不发跳令，而自动恢复至正常运行状态。

6.2 山保线单相（或相间）永久性故障

山保线单相永久性故障时，根据整定原则，保城站侧保护第一次动作跳QF2单相开关，并经Tch1=0.8秒后进行单相重合，由于线路永久性故障，重合后加速保护将立即发三相跳闸命令，重合不成功。同时联切110kV保吉线QF5、保褔线QF7断路器，吉田站自动装置QF14、QF15水电线路；福堂站自动装置经0.1秒动作跳开QF16、QF17水电线路。

山保线相间永久性故障时，根据整定原则，保城站侧保护第一次动作跳QF2三相开关，同时联切110kV保吉线QF5、保褔线QF7断路器，吉田站自动装置QF14、QF15水电线路；福堂站自动装置经0.1秒动作跳开QF16、QF17水电线路。山保线经Tch3=3.5秒后进行三相重合，由于线路永久性故障，重合后加速保护将立即再次发三相跳闸命令，重合不成功。

从以上山保线单相、相间永久性故障情况来看，220kV保城站、110kV吉田站、福堂站将全部失压。因山保线重合不成功，保城站220kV、110kV母线失压，此时保城站线路备自投满足启动条件开始启动，经备自投跳闸时限：Tt=4.5秒发出跳山保线QF2命令并确认在断开位置后，再经合闸时限：Th=0.15秒，发合闸命令合上110kV安保线QF13断路器，约经4.65秒时间，保城站220kV、110kV母线电压先恢复正常运行。

由于山保线重合不成功而发三相跳闸命令联切110kV保吉线QF5、保褔线QF7断路器，保吉线、保褔线重合闸采取位置不对应等方式同时启动，经Tch=5.5秒重合成功，恢复吉田站、福堂站供电负荷。

7.结论

经过以上分析，得出以下论：

7.1 220kV山保线发生单相瞬时故障时，只需要本身线路重合闸动作就可以恢复电网正常运行和供电；

7.2 220kV山保线发生三相瞬时故障时，依靠三跳联切等自动装置切除水电后，然后由山保线、保吉线、保褔线重合闸逐级自动恢复电网正常运行和供电；

7.3 220kV山保线发生单相（或相间）永久性故障时，依靠三跳联切等自动装置切除水电后，然后由线路备自投先恢复保城站供电，再由保吉线、保褔线重合闸自动恢复电网正常运行和供电；

综上所述，在局部区域电网特别是有小水电的山区，电网结构薄弱的地方，采取有关备自投、电压频率自动装置等方式，来逐级自动恢复供电，既能满足经济又可靠，而且能够确保电网安全，避免电网的事故（或事件）发生，效果明显。

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[M].中国电力出版社,2000.

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