110kV电网运行方式及断路器失灵保护配置研究

王素英 刘华干

摘要：文章分析了深圳110kV电网不同运行方式存在的风险，针对断路器拒动造成电网事故扩大的问题，提出220kV变电站配置110kV断路器失灵保护的措施。并以一起110kV线路开关拒动引发220kV站110kV母线和片网110kV站全站失压的事故为例，对220kV变电站配置110kV断路器失灵保护的必要性进行了分析。

关键词：运行方式；断路器；失灵保护

中图分类号：TM773 ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ；文章编号：1009-2374（2014）18-0140-03

随着电网的快速发展，电网复杂程度越来越高，其安全稳定运行问题也越来越重要。尤其是《电力安全事故应急处置和调查处理条例》于2011年9月1日施行，社会各界对大面积停电和供电可靠性的关注度提高，采取措施防止事故范围扩大显得尤其重要。

断路器拒动是电网故障情况下又叠加断路器操作失灵的双重故障，断路器拒动造成大面积停电的事故时有发生。失灵保护作为断路器的后备保护，能有选择地切除与失灵断路器相邻的断路器，既保证了在尽可能短的时间内切除故障，又能有效避免事故进一步扩大。

断路器失灵保护在高压和超高压系统中得到广泛应用，目前在110kV系统中应用较少。本文从110kV电网运行方式入手，结合220kV盘古石站110kV盘梓Ⅰ线故障实例，研究110kV电网配置断路器失灵保护的必要性。

1110kV电网运行方式

深圳220kV变电站110kV母线的主接线方式以双母线接线为主。110kV变电站终期为三台主变规模，高压侧母线主接线方式以单母分段接线为主。

1.1常规运行方式

深圳110kV电网结构主要采用双回链式接线。110kV电网常规运行方式安排为：来自同一110kV变电站两回出线分挂220kV变电站110kVⅠM、ⅡM。

这种运行方式的优点是对于双回出线的110kV变电站，220kV变电站110kV母线的一条母线失压，110kV变电站不受影响，母联开关流过的电流较小。

存在的风险是，110kV线路双回路合环供电，110kV线路断路器拒动时，因220kV变电站的110kV系统没有配置失灵保护，将导致220kV变电站的110kV母线全部失压，有可能造成多个110kV变电站全站停电的事故，扩大事故范围。

1.2运行方式调整方案

（1）双回线路挂同一母线运行。为降低大面积失压事件的风险，考虑将同一个110kV变电站的双回出线由分挂220kV电源变电站的两段110kV母线改为挂同一段110kV母线运行。

优点是可避免110kV开关拒动导致220kV变电站110kV母线全部失压的风险。但是也存在一定问题，即双回线路挂同一母线时，发生220kV变电站110kV母线单母失压导致多个110kV变电站失压的事件会增多。

（2）110kV变电站分裂运行。220kV变电站的110kV母线并列运行，同一个110kV变电站的双回线路分挂不同母线，110kV变电站分裂运行。

110kV变电站分裂运行的优点在于：可避免110kV线路断路器拒动导致220kV变电站110kV母线全部失压的风险；220kV变电站110kV母线N-1故障时，110kV变电站失压数量比两回线路挂同一母线时降低。

但是存在的运行风险也不少：110kV分段备自投功能使用较少，110kV变电站可靠性降低；大多数110kV变电站为3台主变，挂两台主变的线路跳闸将导致两段10kV母线失压，因线路N-1导致的负荷损失事件会显著增多；110kV变电站3台主变分裂为2+1后，对于主变负荷分布不均匀的变电站，供电能力下降；双回线分裂运行将影响网间互相支援能力；因电网分裂运行，设备单供较多，当单一设备故障时，造成用户停电的可能性增加，降低了供电的可靠性；同一个变电站的不同主变可能由不同的220kV片网供电，配网进行不停电转供时容易造成不同220kV片网经10kV线路合环，增加配网不停电转供风险。

2配置失灵保护必要性

从上面的分析来看，调整运行方式虽然可避免110kV开关拒动导致220kV变电站110kV母线全部失压的风险，但是都不尽完善。110kV变电站分裂运行也只能是一种临时性措施，而配置110kV断路器失灵保护才是解决此类问题的最好办法。

2.1配置原则

在200～500kV电网中以及110kV电网的个别重要部分，可按下列规定装设断路器失灵保护：

（1）线路保护采用近后备方式，对220～500kV分相操作的断路器，可只考虑断路器单相拒动的情况。

（2）线路保护采用远后备方式，如果由其他线路或变压器的后备保护切除故障将扩大停电范围（例如采用多角形接线，双母线或分段单母线等时），并引起严重后果时。

（3）如断路器与电流互感器之间发生故障，不能由该回路主保护切除，而由其他线路和变压器后备保护切除又将扩大停电范围，并引起严重后果时。

按规定，110kV系统可配置断路器失灵保护。110kV系统的失灵保护一般配置在双母线接线的变电站，并与母线差动保护相配合，作为某一线路故障，线路断路器拒动时的后备保护。

2.2配置失灵保护的必要性分析

为发挥110kV电网常规运行方式的优势，保证受电端的供电可靠性，考虑在220kV变电站配置110kV断路器失灵保护，以解决110kV线路开关拒动导致大范围停电的问题。那么配置失灵保护以后的运行情况如何呢？

220kV变电站配置110kV断路器失灵保护后，可以采用常规运行方式，即110kV变电站双回出线分挂220kV变电站110kVⅠM、ⅡM。因220kV变电站配置了110kV断路器失灵保护，则110kV线路开关拒动时，失灵保护启动，第一时限跳开110kV母联开关，第二时限跳开失灵断路器所连接的母线上所有断路器，切除故障，从而保证另一条母线正常运行而不致造成110kV全站失压，控制了事故范围。

3案例分析

图1故障电流分布及方向

2008年3月28日07点54分，110kV盘梓Ⅰ线发生C相接地故障，后发展为BC两相接地故障，因盘梓Ⅰ线1511开关拒动，故障造成220kV盘古石站110kVⅠ、ⅡM短时失压，110kV南布、工业区、坑梓站全站短时失压。故障电流分布及方向见图1所示。

保护具体动作情况分析如下：

（1）坑梓站虽为负荷侧，故障电流由盘古石站#2主变提供，经挂盘古石侧ⅡM的盘梓Ⅱ线流向坑梓站，再沿盘梓Ⅰ线流向故障点，因此110kV盘梓Ⅰ线两侧主保护动作，但由于盘古石侧1511开关机构故障，开关拒动，盘古石侧1511开关未跳开，坑梓侧跳开1511三相开关，重合闸动作，因故障未消失，后加速保护动作再次跳开三相开关。

（2）盘古石侧#1主变提供的故障电流流向盘梓I线故障点，#2主变提供的故障电流经母联1012开关流向故障点，#1、#2主变后备保护动作，于0.9秒跳开母联1012开关，于1.2秒切除主变中压侧1101、1102开关。

（3）盘古石站110kV母联1012开关跳闸后，#2主变故障电流由盘布Ⅱ线、盘区Ⅱ线分别流至南布站、工业区站，经盘布Ⅰ线、盘区Ⅰ线流回盘古石站110kVⅠM而流向盘梓Ⅰ线故障点。盘布Ⅰ线南布站侧距离Ⅱ段保护动作，于1.2秒切除南布站1515开关，重合闸成功；盘区Ⅰ线工业区站侧距离Ⅱ段保护动作，于1.2秒切除工业区站1513开关，重合闸成功。

在本次事故中，因220kV变电站110kV出线断路器拒动，造成了220kV变电站两条110kV母线和多个110kV变电站失压，虽然继电保护都正确动作，但事故扩大范围太大，停电面积太大。

事故暴露了110kV线路断路器拒动导致大面积失压事件的风险，常规运行方式下这种风险将普遍存在。因此，为提高深圳电网的运行可靠性，提出220kV变电站配置110kV断路器失灵保护。

仍以220kV盘古石站110kV盘梓Ⅰ线故障来说明，1511开关拒动时，若盘古石站配置了110kV断路器失灵保护，则失灵保护启动母联1012开关动作跳闸，再跳开110kVⅠM上所有开关，有效将故障隔离，不会影响到#2主变及110kVⅡM上110kV线路的供电，即110kVⅡM、盘区Ⅱ线、盘布Ⅱ线、盘梓Ⅱ线正常运行，工业区站、南布站、坑梓站不受影响，大大缩小停电范围。

因此，为保证电网的安全运行，防止事故范围扩大，220kV变电站配置110kV断路器失灵保护是十分必

要的。

4结语

本文提出在220kV变电站配置110kV断路器失灵保护，当出线断路器发生拒动时跳开110kV母联开关并切除故障线路所在母线上所有元件，及时隔离故障，可以

防止事故范围扩大，切实提高供电可靠性，对同类型电网具有参考价值和借鉴意义。

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作者简介：王素英（1984—），深圳供电规划设计院有限公司工程师，硕士，研究方向：电网规划与设计；刘华干（1983—），中广核核电运营有限公司工程师，研究方向：电气设备检修与维护。