浅谈35kV变电站出线与配电设备的保护级差配合

国网冀北电力有限公司唐山市曹妃甸区供电分公司 李耐心 张海韵 孙 潇 董洪泽

当今社会经济发展速度不断加快，社会经济的发展对电网稳定的需求越来越高，继电保护是电力系统的重要组成部分，它担负着切除故障元件并保证电力系统安全稳定运行的任务。因此电网对继电保护提出了可靠性、灵敏性、选择性和速动性的“四性”要求[1]，而电网的“四性”正是依靠合理的整定计算来获得。由于受上级电源系统定值及时间限额的限制，使得35kV 变电站出线与配电网设备的保护整定和配置出现诸多困难[2]。

1 保护配置情况

八里滩变电站为两台主变、35kV 和10kV 母线单母线分段配置，由110kV 渔林站35kV 出线渔八线312、110kV 柏各庄站35kV 出线柏八线311两个电源接入，如图1所示。八里滩变电站投入的主要保护类型有：345开关过电流保护、35kV 备自投保护、变压器保护（主变差动、非电量及高后备保护）、线路保护（投入过流Ⅰ段、Ⅱ段）以及电容器保护，当前保护配置情况如下：（1）上级电源柏各庄311：保护变比800/5，过流I 段11A、0.3s，过流II 段4.5A、1.3s；（2）上级电源渔林312：保护变比600/5，过流I 段21A、0.3s，过流II 段7.5A、1.3s；（3）八里滩345：保护变比800/5，备自投充电保护5.7A、0.1s，过流I 段7.63A、0.15s，过流II 段3.91A、1.15s；（4）10kV 出线511、514保护变比为600/5，513、521、523保护变比为500/5，定值均为：过流I 段15A、0s，过流II 段7.5A、0.7s；（5）八里滩301、302：保护变比400/5，过流II 段5A、1s，过负荷2.6A、3s；（6）短路阻抗：35kV 2.919/9.008，10kV 6.639/16.448，单台主变7.44，主变并列3.72（两台主变参数相同）。

当前35kV 八里滩变电站的511出线为工职院环网柜、路南环网柜供电，出线情况如图2所示。由于八里滩511开关、一号杆断路器、工职院环网柜出口以及路南环网柜出口均配有电流保护，且定值的过流Ⅰ段时限均为0s，没有级差配合。当路南环网柜出口发生过流Ⅰ段故障时，上述四级开关过流I 段保护可能同时动作，导致工职院环网柜、路南环网柜全部失电，供电可靠性差。考虑将八里滩511出口过流Ⅰ段时限调整为0.15s，退出一号杆断路器保护，工职院环网柜、路南环网柜定值不变（两个环网柜进线保护均未投）。理论上，这样可保证当路南环网柜出口发生过流Ⅰ段故障时，工职院环网柜除517外其他出口商业性负荷可靠供电，但路南环网柜依旧有全停的风险。

图1 八里滩变电站接线情况

图2 八里滩变电站511出线情况

2 保护定值核算

高后备保护过流Ⅰ段不投，所以针对过流Ⅰ段保护的级差配合，只需核算10kV 过流Ⅰ段时限更改后是否对345开关过流保护造成影响。下面结合八里滩母线故障对保护定值进行核算。

2.1 35kV 母线故障

当八里滩35kV4母由柏各庄站供电时，八里滩35kV 母线短路阻抗为6.255/9.008；当八里滩35kV5母由渔林站供电时，八里滩35kV 母线短路阻抗为2.919/4.292。结合上述两种情况取极值，八里滩35kV 母线短路阻抗为2.919/9.008。即当八里滩35kV4母（5母）由小方式下的柏各庄站供电时短路电流最小；当八里滩35kV4母（5母）由大方式下的渔林站供电时短路电流最大。

故障电流计算：当八里滩35kV4母（5母）由渔林站供电时，大方式下短路电流为5652A，远大于渔林站312出口过流Ⅰ段定值（一次值2520A）。八里滩35kV4母（5母）由柏各庄站供电时，大方式下短路电流为2638A，远大于柏各庄311出口过流Ⅰ段定值（一次值1760A）。同理，八里滩35kV4母（5母）分别由柏各庄站、渔林站供电时，大方式下短路电流均大于对应上级电源出口过流Ⅰ段定值。

结论：任何运行方式下，八里滩站35kV 母线故障均有可能导致上级供电电源出口过流Ⅰ段动作，故345过流Ⅰ段定值应满足级差配合，同时该定值需按照八里滩35kV 母线故障时有1.5倍灵敏度整定，当前定值已取合理范围内的最大值（7.63A）。

2.2 10kV 母线故障

由图1可知，当主变并列运行时，如电源取自渔林站，八里滩10kV 母线短路阻抗为6.639/8.012；如电源取自柏各庄站，八里滩10kV 母线短路阻抗为9.975/12.728。当主变非并列运行时，如电源取自渔林站，八里滩10kV 母线短路阻抗为10.359/11.732；如电源取自柏各庄站，八里滩10kV母线短路阻抗为13.639/16.448。结合上述情况取极值，八里滩10kV 母线短路阻抗为6.639/16.448。当主变并列运行、电源取自大方式下的渔林站时，八里滩10kV4母（5母）短路电流最大；当主变非并列运行、电源取自小方式下的柏各庄站时，八里滩10kV4母（5母）短路电流最小。

2.2.1 故障电流计算

八里滩主变并列运行：电源取自渔林站。10kV 母线大方式下短路电流为8284A，折算到35kV 侧为2485A。该电流大于345过流Ⅰ段保护定值（并列运行时流过345开关的电流是故障电流的一半为1242.5A 大于345过流Ⅰ段一次值1220.8A）。并且，渔林312过流Ⅰ段定值（一次值2520A）无法可靠躲过该短路电流（可靠系数应为1.35）；电源取自柏各庄站。10kV 母线大方式下短路电流为5514A，折算到35kV 侧为1654A。该电流小于345过流Ⅰ段保护定值（并列运行时流过345开关的电流是故障电流的一半为827A 小于345过流Ⅰ段一次值1220.8A）。并且，柏各庄311过流Ⅰ段定值（一次值1760A）无法可靠躲过该短路电流（可靠系数应为1.35）。

八里滩主变分列运行或单主变运行：电源取自渔林站。10kV 母线大方式下短路电流为5309A，折算到35kV 侧为1592.8A。该电流大于345过流Ⅰ段保护定值（一次值1220.8A）。并且，渔林312过流Ⅰ段定值（一次值2520A）能够可靠躲过该短路电流；电源取自柏各庄站。10kV 母线大方式下短路电流为4032.6A，折算到35kV 侧为1209.8A。该电流接近345过流Ⅰ段保护定值（一次值1220.8A）。并且，柏各庄311过流Ⅰ段定值（一次值1760A）能够可靠躲过该短路电流。

2.2.2 结论

八里滩变电站不得并列运行（345、545合位），否则10kV 母线故障可能导致上级电源出口过流Ⅰ段动作；若不退出345开关过流Ⅰ段保护，八里滩511开关与345开关过流Ⅰ段时限应满足级差配合，否则当35kV 母线并列（345开关合位）、511出口发生短路故障时，345开关过流Ⅰ段保护可能与511开关过流Ⅰ段保护同时动作，造成35kV4号母线、1号主变失压。

3 方案分析

针对是否应退出345过流Ⅰ段保护问题，根据图1，依定值核算结论，结合不同运行方式具体分析。

两台主变运行、35kV 母线并列运行：不退出345开关过流Ⅰ段保护，则当35kV 母线并列、511出口至工职院环网柜发生故障时，由于511、345开关保护过流Ⅰ段时限均为0.15s，不排除511、345开关同时跳闸的可能性。当前运行方式下会造成35kV4号母线、1号主变失压且10kV4号母线全停。两台主变并列运行时则会导致35kV4号母线、1号主变失压且1号主变反供电；若退出345开关过流Ⅰ段保护，则当前运行方式下35kV 母线故障，或两台主变并列运行方式下任一母线故障时均会导致上级电源出口保护动作，35kV 备自投动作合于故障，另一路上级电源出口保护动作切除故障，最终变电站全停。

两台主变运行、35kV 母线分列运行：该方式下若路南环网柜出线故障，工职院环网柜517、路南环网柜出口过流Ⅰ段0s 动作，八里滩511过流Ⅰ段0.15s 不动，可保证工职院环网柜除517外其他出口商业性负荷可靠供电。若八里滩出口至工职院环网柜发生故障，八里滩511过流Ⅰ段0.15s 动作，保护正确隔离故障；当35kV 母线发生故障时，对应上级电源线路跳闸，35kV 备自投动作，345开关合于故障，备自投充电保护启动并加速跳开345开关。保护正确隔离故障，仅故障侧主变、母线及线路停电。当10kV 母线发生故障时，对应高后备动作，保护正确隔离故障，仅故障侧主变、母线及线路停电。该方式下退出345开关过流Ⅰ段保护不影响供电可靠性[3]。

图3 单主变运行应避免的情况1

图4 单主变运行应避免的情况2

单主变运行：图3和图4两种方式是单主变运行应该避免的情况，若不退出345开关过流Ⅰ段保护，则当511出口至工职院环网柜发生故障时，由于511、345保护过流Ⅰ段时限均为0.15s，不排除511、345开关同时跳闸导致全站失电的可能性。其他单主变运行方式可避免上述问题。

定值调整方案：将两台主变分列运行（345、545开关均在分位）作为八里滩变电站的正常运行方式，当八里滩站单电源运行时（故障或检修），应退出345过流Ⅰ段保护或选取适当的单主变运行方式。当主变并列运行时，应退出345过流Ⅰ段并投入545过流Ⅰ段，545过流Ⅰ段定值大小、时限均与上级电源满足级差配合，当10kV4母、5母或出线发生过流Ⅰ段故障时，第一时间跳开545开关，减少故障电流，可以避免上级电源保护越级动作。根据八里滩主变能够承受冲击的能力，将八里滩10kV 出线保护过流Ⅰ段时限调至0.15～0.3s，具体原则如下：10kV 出线只带一级开闭站时，若开闭站出线带柱上智能开关，则过流Ⅰ段时限可整定为对应变电站出口0.3s、开闭站出口0.15s、线路某开关0s，若不带柱上智能开关，则对应变电站出口0.15s、开闭站出口0s；10kV 出线带两级开闭站时，过流Ⅰ段时限可整定为对应变电站出线0.3s、一级开闭站出线0.15s、二级开闭站出线0s，不考虑出线是否带柱上智能开关。

上述方案理论上可实现八里滩511出口两个环网柜过流Ⅰ段保护时限分级，并对环网柜开关固有特性要求较低[4]。该方案基于工职院环网柜与路南环网柜保护装置，继电器分闸时间与开关固有分闸时间之和小于0.15s，否则无法解决八里滩511负荷供电不可靠问题。