分析小电源在110k V变电站上网的保护解决方案

卢文强 王其杰 邹耀兵

（杭州鸿晟电力设计咨询有限公司）

0 引言

现如今社会经济飞速发展，带动了电力工业的进步。要想进一步提升能源利用率，并做好环保工作，国家开始关注小水电以及能源发展小火电。伴随两网改造项目的落实，110kV变电站在电网项目中逐渐成为核心，通过110kV变电站上网开展小电源建设，成为目前行业内发展的重点，尤其是变电站上网问题。为此，本文针对小电源在110kV变电站上网的存在的一些问题展开分析，提出解决方案。

1 小电源在110kV变电站上网存在的主要问题

1.1 需要增加一个接地点

小电源通常采取大运行方法，在此条件下以免110kV变电站发生线路接地现象，所形成过电压会对线路、变压器等相关设备的运行安全造成影响（110kV变电站接线图如下图所示）［1］。通常110kV变电站主变压器110kV侧中性点必须接地。如此一来，电力系统内部零序网络出现变化，在接地时增加短路电流水平，导致零序电流保护对应的保护范围也有一定改变。这难免会使电网零序网络发生变化，线路与系统零序保护必须做好校对工作。工作人员在检查时，需要确保零序网络具备选择性，极大概率会降低电源侧零序保护灵敏性。除此之外，当接地点增多之后，小电源上网、主网解列环节，地刀与保护投停更加复杂，增加了运行人员负责范围的工作量，而且会威胁到电网运行安全［2］。

1.2 上网110kV变电站电源进线侧开关保护整定困难

为了规避110kV线路出现短路故障，威胁到电气设备运行安全，通常需要在上网110kV变电站电源进线侧安装保护，起到切除110kV线路接地与相间线路故障的作用。通常工作人员会设计包含距离与零序电流保护融合的保护，但小电源上网比较显著的特点是分布不集中，而且位置比较偏远，这可能会导致小电源所采用的运行方法存在较为明显的变化，无法明确小电源最小运行方法，对保护灵敏性进行校对，而且发电机归算至变电站110kV母线侧阻抗较大［3］。当小电源采用最小运行方法时，110kV线路形成短路电流较小，可能引发零序保护灵敏性不强，距离保护与零序保护启动元件无法发挥出原本的效能，导致小电源上网面临隐患。

1.3 用户供电可靠性降低

小电源35kV母线侧上网，考虑到相关费用问题，通常电力管理部门不会选择110kV线路的两侧位置增设线路PT。与此同时，重合闸重合会冲击小电源侧发电机，为了避免这一现象，可能会选择停用其中一侧重合闸。如果110kV线路出现瞬时短路故障，那么保护启动后跳开开关，便会导致110kV变电站失压［4］。

针对这一问题，电力管理人员通常会选择在110kV变电站线路上增设线路PT，并且将另外一处保护停用，达到检无压重合的效果，使变电站供电更加稳定，但是实际效果不是非常理想。如果110kV变电站线路出现瞬时短路故障，那么DL1位置的开关跳开，110kV线路PT检查线路发现有压，开关重合闸不发生动作，35kV侧低周、低压保护可以跳开DL3，110kV线路PT检无压，同时DL1重合闸发生动作，将其合上，完成变电站供电［5］。但是DL3低压保护与低周保护属于后备保护，考虑到保护配合，所以保护动作时间整定长，即便DL1已经成功重合，但电动机很大概率会在低压影响下相继跳开，必须重新启动。变电站中动力负荷占比较大的情况下，DL1重合便会丧失其原本的意义。所以，变电站有关装置没有得到优化的情况下，供电方面很大概率会在小电源影响下降低稳定性。

1.4 电力系统设备完善费用较大

基于小电源上网的情况下，为了使其发电机、系统电气设备能够稳定运行，一般需要在电力系统内部安装一些设备［6］。如110kV线路两侧配置线路PT，25kV上网线路接近DL3位置还需配置线路PT，110kV变电站电源的进线侧，需要配置合闸装置，且该合闸装置应包含距离与零序保护等。除了上述一次设备外，二次系统还需要增加一些新的接线，但是这会增加整体费用以及工作人员工作量，增加电力管理部门工作难度。

1.5 上网电量受限

因为小电源在110kV母线阻抗中折算存在较大阻抗，为了使DL2保护更具灵敏性，DL2保护过流定值整定不能过大，这可能会导致网上输送最大允许负荷受限，同时也会对小电源上网电量造成限制，小电源无法达到满发状态，降低发电效率。

2 解决方案

2.1 假设条件

通常小电源可以提供的功率最大也只能够支持110kV变电站正常负荷的其中一部分，如果变电站没有系统电源的支持，小电源将无法继续支撑变电站负荷需求，甚至会使变电站电压面临崩溃。与此同时，实操中很多小电源上网在110kV变电站的运行中，这一假设成立。

2.2 保护配置

处于正常工况下，工作人员面向DL1开关需要加装距离、零序保护，DL3开关则配置常规电流电压保护、低频与低压保护，且必须带有方向。除此之外，还需增加如下保护配置：①DL2位置需要加装低电压保护，在110kV母线PT处取电压［7］。以免全站面临失压出现误闭锁低电压保护的现象，可以将PT断线闭锁取消。此低电压做出保护动作之后，采用短延时的方式，将DL3开关跳开。②DL1保护，建议应用检无压重合的方式，DL3保护则采用检同期方法。基于此方案的实践操作，DL3保护措施可结合电网实际进行选择性配置，其余则属于务必配置内容。

2.3 保护动作分析

基于上文论述，制定此保护方案的目的是将110kV线路可能面临的设备安全问题、保护整定问题等解决。为此，根据110kV线路可能出现故障的类型，做出如下分析。

如果110kV线路出现瞬时相间故障，根据低电压保护动作，将小电源上网开关跳开，DL1开关则进行检无压重合操作，使其能够重新为110kV变电站恢复供电。如果110kV线路出现瞬时接地故障，因为低电压保护低电压元件为线电压，所以不能启动。面对此现象如果通过DL1开关零序保护、距离保护动作，将DL1开关跳开，那么将会导致变电站、主电源之间失联，只是小电源和变电站维持连接。因为小电源所能够提供功率比较有限，所以不能长时间维持变电站运行所需电压。在此情况下变电站的电压将会快速降低，直至全站失压，开启低电压保护凭借短延时达到DL3开关跳开的目的。DL1开关经过检测发现线路无压，便会采取重合闸动作，为变电站重新供电。如果小电源发电机依然处于运行状态，建议按照DL3开关配置保护、检同期重合，或者是工作人员手动将开关合上，完成小电源并网。简而言之，通过低电压保护无压条件，将小电源开关跳开，并利用主电源开关重合，使变电站负荷能够重新运转，通过DL3开关检同期重合、手合完成小电源并网，使变电站供电更加稳定。

2.4 保护整定

针对低电压保护整定：选择的电压元件，一般需要以躲过变压器35kV母线相间故障为依据，确保没有主电源支持的情况下，依然可以完成低电压保护对于110kV线路故障全线整定的灵敏性，整定时间方面一般可以和主变差动保护相互协调，建议设为0.5s。如此一来，110kV线路一旦出现瞬时故障，此时低电压保护便可快速跳开35kV小电源上网开关，确保DL1开关能够快速重合，并为变电站负荷恢复供电，以免失去动力负荷。如果不能躲过变压器35kV母线相间故障，建议和主变35kV侧后备保护之间协同配合。此环节注意工作人员应尽可能避免方向闭锁低电压保护这一方式，以免影响到保护性能。

针对DL1开关重合闸定值整定：低电压保护已经启动，小电源开关同时也已经跳开，在此情况下DL1保护重合闸检无压定值，一般可以根据低电压保护电压元件之间的协调情况进行整定处理。确定重合闸的重合时间，可以和低电压保护动作时间进行协调，通常低电压保护动作的时间以+0.5s为宜。如此一来便可以使电源侧DL1重合闸在重合的同时，低电压保护已经稳定做出相应动作，且将小电源上网开关跳开，以免电源侧开关重合之后，导致小电源发电机受到影响。

3 优缺点比较

基于以上内容，分析该方案在实践中的优势如下：①此方案的重点在于低电压保护，所以保护原理不是非常复杂，动作也具有稳定性；②上网变电站主变110kV中性点，一般不需要接地处理。因为110kV线路出现故障之后，一般会采用低电压保护的方式，将小电源开关跳开，以免故障导致过电压现象。所以主变110kV中性点不需要接地，这也使中性点接地可能出现的电源侧零序保护灵敏性、系统零序网络改变等相关问题得到解决，增加了保护整定、运行管理等工作的效率；③此方案在实际操作中，小电源侧保护灵敏性比较高，由于小电源发电机阻抗较大，加之存在线路阻抗，所以归算到变电站110kV母线中的小电源也存在较大阻抗，无法保证零序电流保护灵敏性。如果小电源归算阻抗大，那么保护灵敏性将会随之降低，特别是采用最小运行方法时，保护启动元件甚至也无法保证相应的灵敏性。但此方案应用了低电压保护，小电源归算阻抗大的情况下，保护灵敏性随之提升。

除了以上优点，根据实操经验发现该方案同样面临一些不足：①因为低电压保护，将PT断线闭锁装置取消，所以当处于PT断线状态时，低电压保护很大概率会发生误动作，致使小电源上网开关出现误跳现象。结合实际需求，还需要工作人员通过关掉电流闭锁低电压保护的方式，以免发生低电压保护误动；②110kV线路出现瞬时接地故障，此时低电压保护会将小电源上网开关跳开，且上网开关时间、电源侧开关重合时间，均会受到变电站电压低至低电压保护电压整定值时间这一因素的干扰。换言之，电压崩溃时间将会造成相对严重的影响。为了保证时间、整定数值等结果的精准性，变电站内可以组织试验进行最终确定。

4 结束语

综上所述，小电源在110kV变电站上网中应用，为了避免变电站运行期间出现的故障，针对小电源上网可能面临的问题展开分析，制定保护解决方案。充分发挥小电源优势，保证变电站稳定运行的同时，还可以为今后110kV变电站运行方案的完善与优化提供参考，进一步推动我国电力行业的进步。