110kV环网快速解列方法

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2018年中国电机工程学会年会论文集110kV环网快速解列方法112222陈晓彬，孙旭，陆金凤，戴光武，谈浩，刘奎，22代家强，赵青春1.广东电网有限责任公司揭阳供电局，广东揭阳522000；2.南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京211100FastDisconnectionMethodof110kVRingNetworkCHENXiao-bin1,SUNXu1,LUJin-feng2,DAIGuang-wu2,TANHao2,LIUKui2,DAIJia-qiang2,ZHAOQing-chun21.JieyangPowerSupplyBureauofGuangdongPowerGridCorporation,Jieyang522000,China;2.NRElectricCo.Ltd,Nanjing211100,ChinaABSTRACT:Whentheoperationofthe110kVring110kV电网接线一般采取闭环设计、开环运行networkfailsandthelineprotectionisrefused,themain的方式[1-4]，普遍存在多级串供现象，供电可靠transformerbackupprotectionmayhavenoselectiveskip性不高。trip,resultingintotalstationvoltageloss.Thispaper当高电压等级的变电站存在110kV环网运proposesafastmethodof110kVringnetworksplitting.行方式时，环网线路区内故障，相应线路保护Atthesametimeasthe1timejumperofthemain拒动时，将由与之配合的主变后备保护越级动transformerprotectionaction,thebusbarofthefaultlineisidentifiedandthecircuitbreakerrunningonthe作隔离故障[5-8]，从而导致无选择性扩大停电范correspondingloopofthebusbarisskidtopreventthe围，导致全站失压，严重威胁电网安全。wholestationfromlosingvoltageandreducingthepower针对此种情况，有文献[9-12]通过调整保护outagerange.Thesimulationresultsshowthatthemethod定值整定原则以减少故障的影响。调整保护整proposedinthispaperissuitableforanytypeoffaultin定方案优点在于保持了双回线供电变电站的供anypositionofthe110kVloopnetworkandensuresthe电可靠性，缺点是保护方案较复杂，需修改的reliabilityofpowersupplytothemaximumextent.定值较多，且对于对侧为负荷站的情况不适用。KEYWORD:ringnetwork;fastdisconnection;还有文献[13]提出通过改变电网运行方式消除protectionfailure;oversteptrip外挂母联的措施，优点在于简单可靠、易于实摘要：110kV环网运行方式下线路发生故障，若线路现，缺点是降低了双回线供电变电站的供电可保护拒动，则会引起主变后备保护无选择性越级跳闸，靠性。从而导致全站失压。本文提出一种110kV环网快速解本文研究了一套基于母联功率方向的环网列方法，在主变保护动作1时限跳母联的同时，识别快速解列[14]逻辑，以解决110kV环网运行方式故障线路所属母线，并跳开相应母线上合环运行的线路断路器，防止全站失压，缩小停电范围。仿真结果下线路发生故障，线路保护因装置故障、原理表明，本文提出的环网快速解列方法适用于110kV环失配、整定错误等原因拒动引起主变后备保护网运行方式下线路任意位置的任意类型故障，最大限无选择性越级跳闸从而导致全站失压的问题。度地保证了供电可靠性。2环网运行的全站失压问题关键词：环网；快速解列；线路拒动；越级跳闸供电负荷较重、电源点严重不足的电网，1引言从经济性和可靠性的角度，可以采用220kV变电站110kV两段母线经母联并列运行、110kV为满足社会经济的快速发展需求，我国电线路双回线环网运行的方式，如图1所示，C网规模逐渐增大、电压等级不断升高，电网的站为重要的终端负荷站，由ACⅠ线和ACⅡ线安全稳定运行及供电可靠性要求也越来越高。-1-

12018年中国电机工程学会年会论文集环网运行进行供电。障隔离，保证110kVⅡ母正常运行。因此迫切220kv母线需要研究线路故障期间环网快速解列方法。A站3环网快速解列#1变#2变当110kVⅠ母线路发生故障时，应保证ⅡCB3母所挂线路全部正常运行。在环网解列时，应CB1CB2110kVI母110母联110kVII母跳开ACⅠ线的CB5，保证ACⅡ线正常运行。CB7CB5CB9因此，本文提出的环网快速解列方法基于母联f2AB线f1ACⅠ线ACⅡ线功率方向判断拒动线路所属的母线。CB4在110kV双回线环网运行的变电站，设计CB8CB6CB10新的环网快速解列装置。环网快速解列逻辑如B站C站110kV母线110kV母线图2所示。设置环网运行压板，识别环网运行图1110kV线路双回线环网运行示意图线路；采集两段母线的电压以及母联的电流用Fig.1Schematicdiagramoftheringnetworkof110kVlines于判断母联电流方向；分别采集两台主变的后备保护动作跳母联断路器的接点；当主变后备当110kV线路AB线发生故障，以下两种保护动作跳母联断路器，同时母联过流元件动情况将造成线路保护装置拒动：1)原理失配作且其功率方向流向本母线，则跳开本母线上[15-16]，如线路距离保护退出(如误整定)情况下环网运行的线路，实现环网快速解列。的不接地故障或转换性故障(接地转三相故主变1跳母联障)，线路零序过流无法反应故障或延时不够；2)高阻接地[17-19]，高阻接地距离保护可能无法主变2跳母联M1动作，零序电流很小，或零序电压很小误判CT母联过流元件展宽M3断线闭锁零序过流保护。M2母联功率流向X母线路保护装置拒动时，将可能造成220kV变电站的#1主变和#2主变后备保护越级跳闸。X母环网解列主变后备保护厂家一般提供三段相过流、M4元件跳Y线X母Y线环网压板三段零序过流。Ⅰ、Ⅱ段带方向(指向系统或主图2环网解列逻辑图变)，每段三个动作时限(一时限跳母联，二时Fig.2Logicdiagramofringdisconnection限跳本侧，三时限跳各侧)。Ⅲ段不带方向，两当图1中Ⅰ母的AB出线发生故障，而其个动作时限(一时限跳母联，二时限跳各侧)，单重化配置的线路保护装置因装置故障、原理各时限级差一般为0.3s。失配、定值整定错误等原因拒动时，#1主变和因此#1主变和#2主变后备保护一时限跳2#主变的后备相过流或零序过流保护越级跳母联CB3。母联CB3跳开后：#1主变经CB1闸，1时限动作跳母联断路器CB3。环网快速-CB7仍感受到故障的存在，二时限跳本侧解列装置设置“主变跳闸启动环网解列1”、“主CB1，110kVⅠ母失压；#2主变经CB2-CB9变跳闸启动环网解列2”两个开入接点。接点一-CB10-CB4-CB6-CB5-CB7也仍感受到故障旦闭合则启动环网快速解列元件，此时根据采的存在，而ACⅠ线及ACⅡ线线路保护装置的集的Ⅰ母三相电压相量UA1、UB1、UC1、Ⅱ故障元件此时才开始计时，在线路保护远后备动作之前，#2主变后备保护二时限跳本侧母三相电压相量UA2、UB2、UC2以及母联三CB2，110kVⅡ母失压。至此全站110kV失压，严重威胁电网安全。相电流相量IA、IB、IC判断母联功率方向为若在#2主变二时限跳本侧之前，快速解列ACⅠ线和ACⅡ线的环网，则能将#2主变与故Ⅱ母流向Ⅰ母，则Ⅰ母环网快速解列元件立刻-2-

22018年中国电机工程学会年会论文集动作，跳开Ⅰ母上环网运行的ACⅠ线断路器78o−90ooargeI90(|U|10%Un)CB5，从而实现环网快速解列，保障#2主变及1U1Ⅱ母正常供电。oeI78oo4母联功率方向元件−90arg90(|U|10%Un)1在判断母联功率方向时，以母线正序电压U1[0]=ABC,,为参考电压。在出口发生各种类型的短路时，（2）故障相或相间的电压下降为0，但除三相对称性故障以外，在各种不对称故障时，非故障相5仿真研究的电压都不会为0，并且其相位也不会随故障采用RTDS在线仿真系统，参照220kV揭阳变的一次拓扑结构，构建了本仿真系统模型。位置的变化而变化。所以，引入正序电压U1作仿真试验系统接线图如图1所示。系统接为比较电压。线形式为110kV侧单母分段接线，两个主变各在线路出口三相对称性短路时三相电压都挂一段母线、正常运行时母联合环运行，220kV降为0，而失去相位比较的依据。为克服这个母线带有独立等值电源，B、C变电站为终端缺点，当正序电压小于10%Un时，进入低电负荷站。母联CT同名端在Ⅰ母侧，各支路CT同名端在母线侧。仿真系统PT变比为压程序，利用故障前的记忆正序电压U1[0]作为110kV/100V，母联CT变比为2000A/1A。单回比较电压。线AB线长30km，双回线AC线长100km。线假设母联CT的正极性端靠近Ⅰ母，继电路参数和变压器参数分别见表1和表2。保护考虑的阻抗角为78°。表1仿真系统线路参数表Tab1LineparametertableofsimulationsystemⅠ母的母联功率方向动作区为母联电流方序分量电阻电抗电容向由Ⅱ母指向Ⅰ母，即：/Ω*km-1/Ω*km-1/MΩ*km78o正序0.02690.28980.2448590ooargeI270(|U|10%Un)零序0.13510.78310.345991U1表2仿真系统变压器参数表Tab2TransformerparametertableofsimulationoeI7890ooarg270(|U|10%Un)system1U容量(St)333/333/100MVA1[0]电压比220/110/10kV=ABC,,短路电抗(Xk)高中:0.18高低:0.62中低:0.40（1）绕组连接方式YN/a0/d11式中：U1为母线正序电压，U1[0]为记忆故障仿真试验时主要模拟非环网的单回线AB线F1点以及环网运行的双回线之一ACI线F2前母线正序电压，I为母联电流，Un为额定电点故障时（ACⅡ线与ACⅠ线性质类似），其压。对应的线路保护装置拒动，由主变中压侧后备Ⅱ母的母联功率方向动作区为母联电流方过流跳闸，故障发生后150ms跳母联CB3。故向由Ⅰ母指向Ⅱ母，即：障类型包含单相接地、两相短路接地、两相相间短路、三相相间短路故障，每次故障持续时间500ms。重点考察故障过程中母联功率方向的流向。部分RTDS录波数据分别如图3-6所示。-3-

32018年中国电机工程学会年会论文集A相B相C相A相B相C相100V/100压V电0/母压I电0母-100I-0.02-0.0100.010.020.030.04-10010-0.02-0.0100.010.020.030.04A/20流0A/A相B相C相电流10联-10母B相C相电A相联0-20母-0.02-0.0100.010.020.030.04-10400-0.02-0.0100.010.020.030.04400差200B相C相位差200相0A相位相0-200-0.02-0.0100.010.020.030.04时间/s-200-0.02-0.0100.010.020.030.04图3AB线首端A相接地故障录波图时间/sFig.3RecordingforAGfaultatfirstendoflineAB图5ACⅠ线首端BC相接地故障录波图图中横坐标为故障相对时间，纵坐标从上Fig.5RecordingforBCGfaultatfirstendofline至下依次为Ⅰ母三相电压、母联三相电流、故ACⅠ障相电流方向。橙色虚线分别为90o和270o，由图5可知，Ⅰ母双回线之一ACI线首端BC相接地故障发生后，B相、C相母联电流方两条线之间为Ⅰ母母联功率方向动作区域。向由Ⅱ母指向Ⅰ母，此时环网解列元件将CB5由图3可知，Ⅰ母单回线AB线首端A相跳开后，可以避免Ⅰ母失压，保障B站供电可接地故障发生后，A相母联电流方向由Ⅱ母指靠性。向Ⅰ母。环网快速解列装置收到主变跳母联开A相B相C相入后启动，母联功率方向元件判断母联电流流100V向Ⅰ母，经环网运行压板识别后跳开Ⅰ母上的/压电0母环网线路ACⅠ线的断路器CB5，Ⅱ母与故障I-100隔离。-0.02-0.0100.010.020.030.04A相B相C相A相B相C相0.05A100/V流/电0压联电0母母I-0.05-0.02-0.0100.010.020.030.04-100-0.02-0.0100.010.020.030.04时间/s5A/A相B相C相图6ACⅠ线末端三相不接地故障录波图(C站环网两流电0侧系统对称)联母Fig.6RecordingforABCfaultatendoflineACⅠ-5-0.02-0.0100.010.020.030.04(systemsymmetryofCstations)400由图6可知，若环网对侧C变电站环线两差200位相0B相C相侧等效系统对称，ACI线末端三相不接地故障-200-0.02-0.0100.010.020.030.04发生后，母联电流基本为0，因此无法判别功时间/s图4AB线末端BC相不接地故障录波图率方向。Fig.4RecordingforBCfaultatendoflineAB实际上，当环网运行的ACI线发生各类故障时，A站双回线的线路保护以及C站ACI由图4可知，Ⅰ母单回线AB线末端BC线的线路保护（配置保护的情况下，从经济性相不接地故障发生后，B相、C相母联电流方角度考虑，一般终端负荷站不配置线路保护）向由Ⅱ母指向Ⅰ母，环网解列元件将Ⅱ母与故均能判别故障在正方向。不考虑两套线路保护障隔离。装置同时拒动的情况，若C站ACI线配置线路保护，则由线路保护跳开CB6，Ⅱ母与故障隔离；若C站ACI线未配置线路保护，则由-4-

42018年中国电机工程学会年会论文集ACⅡ线线路保护跳开CB9，虽然C站仍然会distributionnetwork[J].ElectricPowerAutomationEquipment,2006,27(7):26-29.失压，但是A站Ⅱ母未失压，Ⅱ母上其它出线[3]程一鸣,赵志辉,王天华,等.城市110kV高压配电网及相连变电站不受影响。接线方式研究[J].电网技术,2008,32(增刊2):45-48.CHENGYi-ming,ZHAOZhi-hui,WANGTian-hua,etal.RTDS仿真验证试验总体结论如下：Researchonconnectionmodeofcivil110kVdistribution1)当非环网运行线路发生各类故障时，母network[J].PowerSystemTechnology,2008,32(Supplement联功率方向元件均指向故障支路所属母线，环2):45-48.[4]董红,马冠雄,翟世涛.广州220kV电网典型网架结构网解列元件将无故障支路的母线与故障隔离；选择初步探讨[J].广东电力,2016,29(8):7-10.2)环网运行的双回线中某一出线发生故障DONGHong,MAGuan-xiong,ZhaiShi-tao.DiscussiononselectionfortypicalgridstructureofGuangzhou220Kv时：a.出口等故障点较近各类故障，母联功率powergrid[J].GuangdongElectricPower,2016,29(8):方向元件均指向故障支路所属母线，环网解列7-10.元件将故障支路与所属母线隔离，同时由双回[5]舒逸石,王薇,韩光.一起主变低压侧线路故障引起越级跳闸故障分析[J].华中电力,2012,25(1):33-35.线其它线路保护将无故障支路的母线与故障隔SHUYi-shi,WANGWei,HANGuang.Analyzingamain离；b.末端三相故障，可能会发生母联电流接transformerlowvoltagesidelinefaultcausingoverridetripaccident[J].CentralChinaElectricPower,2012,近0，导致母联功率无法判别的情况，此时由25(1):33-35.双回线其它线路保护将无故障支路的母线与故[6]陈曙.110kV大容量变压器继电保护配合的计算整定[J].障隔离。供用电,2008,25(4):46-48.CHENShu.SettingCalculationOnRelayProtection6结语CoordinationForTheLaregeCapacity110kVTransformer[J].Distribution&Utilization,2008,25(4):110kV环网运行方式下线路发生故障，线46-48.路保护拒动可能会引起主变后备保护无选择性[7]童克诚,潘晨亮.二起线路复杂故障引起越级跳闸事故越级跳闸，从而导致全站失压，本文提出一种分析[J].科技创新导报,2015,(6):71-72.TONGKe-cheng,PANChen-liang.Analysisoftwooverride基于母联功率方向的环网快速解列方法来解决tripaccidentscausedbythelinecomplexfault[J].此问题。ScienceandTechnologyInnovationHerald,2015,(6):71-72.理论和仿真试验结果表明，本文提出的环[8]周文,毛志强,毛志芳,等.一起线路接地故障引起机网快速解列方法，无论是单回线还是环网运行组主变保护误动的事故分析[J].电力系统保护与控制,2010,的双回线发生各类故障时，均可避免环网运行38(12):149-152.ZHOUWen,MAOZhi-qiang,MAOZhi-fang,etal.Analysis的两条母线因主变后备保护越级跳闸导致同时ofthemaintransformerdifferentialprotection失压的情况，最大限度地保证了供电可靠性，maloperationofgeneratorunitscausedbysingle-phasegroundfault[J].PowerSystemProtectionandControl,对地区电网的安全、稳定运行具有重要意义。2010,38(12):149-152.致谢[9]李立军,朱林,王剑.110kV双回线与其他线路在部分同塔情况下的跳闸分析[J].电力系统保护与控制,2010,本文中实验方案的制定和实验数据的测量记录38(9):80-83.工作是在南京南瑞继保电气有限公司代家强、谈浩、LILi-jun,ZHULin,WANGJian.Trip-outanalysisof110戴光武等工作人员的大力支持下完成的，在此向他kVdouble-circuittransmissionlinesandotherlinespartlyonsametower[J].PowerSystemProtectionand们表示衷心的感谢。Control,2010,38(9):80-83.[10]张振,李黄强,蒋蓉,等.含双回线路并列运行的参考文献110kV电网继电保护整定计算方案探讨[J].湖北电力,2015,[1]刘柏私,谢开贵,张红云,等.高压配电网典型接线方39(4):47-51.式的可靠性分析[J].电网技术,2005,29(14):45-48.ZHANGZhen,LIHuang-qiang,JIANGRong,etal.DiscussLIUBo-si,XIEKai-gui,ZHANGHong-yun,etal.onrelaysettingcalculationschemefor110kVpowergridReliabilityanalysisoftypicalconnectionmodesinHVincludingdoubletransmissionlinesparalleldistributionnetwork[J].PowerSystemTechnology,2005,operation[J].HubeiElectricPower,2015,39(4):47-51.29(14):45-48.[11]朱景富.双回线并列运行方式对系统及保护定值的要求[2]姚莉娜,张军利,刘华,等.城市中压配电网典型接线[J].继电器,2007,35(10):64-65.方式分析[J].电力自动化设备,2006,27(7):26-29.ZHUJing-fu.ConditionofsystemandprotectionsettingYAOLi-na,ZHANGJun-li,LIUHua,etal.Analysisofcoordinationbyadoptingdoublepowerfinesparalleltypicalconnectionmodesofurbanmiddlevoltage-5-

52018年中国电机工程学会年会论文集operation[J].RELAY,2007,35(10):64-65.173-178.[12]范黎敏.一起110kV并行双回线保护误动浅析[J].浙SUO-NANJia-le,WANGZeng-chao,ZHANGJian-kang,etal.江电力,2001,(1):48-57.AnoveldistanceprotectionalgorithmforhighresistanceFANLi-min．Analysisontheprotectionmisoperationofgroundingfaultsbasedonparameteridentification[J].aparalleldoublecircuitline[J].ZhengjiangElectricProceedingsoftheCSEE,2011,31(31):173-178.Power,2001,(1):48-57.[18]徐鹏,余江.超高压线路差动保护的高阻接地故障拒动[13]程钢,宋汉蓉,叶涛,等.110kV线路拒动故障分析及分析及改进措施[J].电力科学与技术学报,2013,28(4):解决措施[J].水电能源科学,2012,30(11):162-166.92-97.CHENGGang,SONGHan-rong,YETao,etal.RefuseoperationXUPeng,YUJiang.Researchandimprovementoffaultanalysisof110kVlinesanditsdisposaldifferentialprotectionfailureforEHVlinehighmeasures[J].WaterResourcesandPower,2012,30(11):resistancegroundingfault[J].JournalofElectricPower162-166.ScienceandTechnology,2013,28(4):92-97.[14]王雪.电力系统电磁环网解环研究[D].西安:西安理[19]李天友,徐丙垠,薛永端.配电网高阻接地故障保护技工大学,2014.术及其发展[J].供用电,2018,35(5):2-6.WANGXue.Studyontheopen-loopoperationofLITian-you,XUBing-yin,XueYong-rui.High-impedanceelectromagneticloopnetworkofpowersystem[D].Xi'an:FaultProtectionofDistributionNetworksandItsXi'anUniversityofTechnology,2014.Developments[J].Distribution&Utilization,2018,35(5):[15]于雪雪,杨文辉,周红.一种改进的电网故障诊断解析2-6.模型研究[J].电工电气,2017,(11):10-13.YUXue-xue,YANGWen-hui,ZHOUHong.Animproved收稿日期：2018-08-02analyticalmodelforfaultdiagnosisinpowergrid[J].作者简介：ElectrotechnicsElectric,2017,(11):10-13.陈晓彬（1979—），男，广东揭阳，硕士，高级工程师，研究方向[16]付文竹.线路转换性故障造成的保护拒动原因分析与改为继电保护检修管理。进[J].电工技术,2010,(1):57.孙旭（1991—），男，广东揭阳，本科，助理工程师，研究方向为FUWen-zhu.Analysisandimprovementofprotectiveaction继电保护检修管理。resistancecausedbychanneisswitchingmalfuncion[J].陆金凤（1987—），女，江苏启东，硕士，工程师，研究方向为电ElectricEngineering,2010,(1):57.力系统继电保护及控制。[17]索南加乐,王增超,张健康,等.基于参数识别的高阻接地距离保护算法[J].中国电机工程学报,2011,31(31):-6-