摘要：分布式電源并網(wǎng)數(shù)量與日俱增給電網(wǎng)第一道防線帶來沖擊與挑戰(zhàn)，原有的繼電保護(hù)配置急需進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。針對(duì)110kV成家樓變電站進(jìn)線段遭雷擊跳閘，導(dǎo)致35kV側(cè)Ⅱ段母線甩負(fù)荷事故，著重對(duì)事故中暴露的線路重合閘及備自投裝置未動(dòng)作問題進(jìn)行分析和研究。研究表明，110kV線路距離保護(hù)配置和35kV側(cè)分布式電源反送電形成的孤島效應(yīng)是本次雷擊跳閘的關(guān)鍵問題所在。針對(duì)存在問題及隱患，提出將原距離保護(hù)替換成縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為線路主保護(hù)，并利用其遠(yuǎn)跳功能切除分布式電源的并網(wǎng)線，進(jìn)而提高保護(hù)裝置可靠性，保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　關(guān)鍵詞：分布式電源;重合閘;備自投;距離保護(hù);縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

　　隨著光伏、風(fēng)力、生物質(zhì)能發(fā)電等幾十千瓦到幾十兆瓦的分布式電源不斷接入電網(wǎng)系統(tǒng)，原有的單側(cè)電源放射狀供電網(wǎng)絡(luò)逐步變?yōu)楹行⌒碗娫吹亩鄠?cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)[1，2]。然而多端供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)對(duì)原有的線路保護(hù)配置、重合閘及備自投裝置動(dòng)作產(chǎn)生重要影響，容易擴(kuò)大故障范圍甚至母線甩負(fù)荷造成大面積停電[3]。本文以含分布式電源的110kV成家樓終端變電站雷擊跳閘事故為例，詳細(xì)描述了事故前后經(jīng)過及緊急處置措施，著重剖析了進(jìn)線線路重合閘及110kV備自投裝置未動(dòng)作原因，最后結(jié)合相關(guān)規(guī)程提出針對(duì)性改進(jìn)措施。

　　1 110kV變電站雷擊跳閘事故概況

　　1.1 110kV變電站系統(tǒng)運(yùn)行方式

　　本次事故主要涉及220kV南流泉和110kV成家樓兩座變電站。如圖1所示，南流泉站110kV南成線帶成家樓站2#主變運(yùn)行，110kV成家樓站采用分段備投配置，站內(nèi)35kV良莊電廠通過35kV成良線并網(wǎng)，35kVI、Ⅱ母線分列運(yùn)行。

　　1.2 雷擊跳閘事故過程

　　2018年5月16日凌晨4點(diǎn)110kV南成線9號(hào)塔落雷，南流泉站110kV南成線距離I段、零序I段保護(hù)動(dòng)作，重合閘及備自投裝置未動(dòng)作。電網(wǎng)失去負(fù)荷30MW，導(dǎo)致200多戶停電，其中不乏化工、冶金等重要用戶。

　　事故變電站運(yùn)行方式圖

　　運(yùn)維部門結(jié)合保護(hù)裝置給出的故障點(diǎn)參考距離立即展開巡視，最終確定故障點(diǎn)距離南流泉站1.5km。故障發(fā)生17分鐘后，地調(diào)令良莊電廠解列。隨后成家樓站35kV備自投動(dòng)作，全站負(fù)荷備投至#1主變供電。故障發(fā)生25分鐘后，地調(diào)強(qiáng)送110kV南成線成功。110kV成家樓站逐步恢復(fù)原有運(yùn)行方式，良莊電廠也恢復(fù)并網(wǎng)。本次事故影響范圍的擴(kuò)大與35kV側(cè)良莊電廠并網(wǎng)有直接關(guān)系。

　　2 事故過程分析與研究

　　2.1 距離保護(hù)未完全動(dòng)作原因

　　由1.1節(jié)可知，雷擊跳閘瞬間，南流泉站110kV南成線距離I段、零序I段保護(hù)動(dòng)作，但對(duì)側(cè)成家樓站距離保護(hù)和零序保護(hù)均未動(dòng)作，所以110kV南成線在整個(gè)事故過程中并未完全切除。

　　由于本次雷擊跳閘為瞬時(shí)性故障，故只有距離I段保護(hù)動(dòng)作，又因?yàn)槁淅c(diǎn)距離220kV南流泉站近，離110kV成家樓站遠(yuǎn)，超出了成家樓站距離I段的保護(hù)范圍，故只有南流泉站距離I段保護(hù)動(dòng)作。零序保護(hù)動(dòng)作原理類似。

　　2.2 分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)供電可靠性影響

　　分布式電源并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線與系統(tǒng)解列后，與負(fù)載形成獨(dú)立的孤島系統(tǒng)。孤島系統(tǒng)的危害性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，一是諧波較大，用戶電能質(zhì)量無法得到保證;二是電壓和頻率偏離額定值，容易損壞發(fā)電機(jī)葉片和用戶電機(jī);三是孤島系統(tǒng)不受控制，隨時(shí)可能全停，供電可靠性無法得到保證[4]。

　　2.2.1 對(duì)線路重合閘的影響

　　與主電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線路故障時(shí)，線路保護(hù)動(dòng)作跳閘，分布式電源通過并網(wǎng)線對(duì)聯(lián)絡(luò)線反送電，無法滿足主網(wǎng)電源側(cè)和分布式電源側(cè)檢無壓、檢同期重合閘條件。

　　2.2.2 對(duì)主變壓器影響

　　對(duì)分布式電源側(cè)有中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)，由于分布式電源提供的短路電流可能使不帶方向閉鎖的主變復(fù)合電壓閉鎖過流動(dòng)作，進(jìn)一步擴(kuò)大事故范圍。

　　此次故障時(shí)，成家樓站南成線保護(hù)沒有動(dòng)作，良莊電廠無法切除，電廠通過并網(wǎng)線反送到南成線，線路電壓保持因此重合閘和備自投裝置均未動(dòng)作，良莊電廠與35kV側(cè)的Ⅱ段母線形成孤島運(yùn)行。故障跳閘后良莊電廠除了帶自身負(fù)荷，還反帶南成線的負(fù)荷，總負(fù)荷超過機(jī)組容量，電廠在甩掉部分負(fù)荷后達(dá)到了發(fā)供平衡，形成了孤島系統(tǒng)，地調(diào)必需迅速將良莊電廠解列。

　　2.3 結(jié)論

　　綜上分析，雷擊線路跳閘后導(dǎo)致的甩負(fù)荷及孤島運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，本質(zhì)原因是傳統(tǒng)三段式距離保護(hù)不能快速保護(hù)線路全長。

　　3 解決方案與整改措施

　　3.1 解決方案

　　為了可靠并快速的切除故障線路及系統(tǒng)中已并網(wǎng)的分布式電源，杜絕惡性停電事故，本文提出以下兩種解決方案。

　　方案1：在成家樓站的進(jìn)線開關(guān)QF1處加裝監(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置具備檢測開關(guān)QF1處的電壓、電流、功率方向等功能。

　　以本案例中的單母線分段運(yùn)行方式為例，正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)線開關(guān)QF1處的功率方向?yàn)榫€路指向母線，當(dāng)電源進(jìn)線線路發(fā)生故障時(shí)，由于低壓側(cè)分布式電源的接入，此時(shí)流過QF1的功率方向?yàn)槟妇€指向線路。當(dāng)發(fā)生雷擊等外部破壞導(dǎo)致對(duì)側(cè)開關(guān)跳閘，進(jìn)線電源消失，110kV母線有電壓無流，接點(diǎn)動(dòng)作出口跳開QF1，同時(shí)將分布式電源的并網(wǎng)接入開關(guān)QF7快速切除。

　　本方案的不足之處在于當(dāng)上一級(jí)變電站中與系統(tǒng)電源相鄰進(jìn)的出線發(fā)生故障時(shí)功率元件將會(huì)誤動(dòng)，220kV南流泉站中與南成線相鄰的110kV線路故障時(shí)，QF1處的功率方向?yàn)槟妇€指向線路，當(dāng)110kV母線負(fù)荷較低，流過QF1的電流低于電流動(dòng)作門檻值將導(dǎo)致QF1誤動(dòng)，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。本方案優(yōu)勢在于對(duì)原有變電站改動(dòng)較小，改造成本較低且容易實(shí)現(xiàn)。

　　方案2：將原進(jìn)線線路保護(hù)改造為全線速動(dòng)的光纖縱差保護(hù)。一旦進(jìn)線線路發(fā)生故障，線路兩側(cè)開關(guān)跳閘的同時(shí)，聯(lián)跳分布式電源接入開關(guān)QF7。線路重合閘和備自投裝置檢無壓啟動(dòng)，以最快速度切除故障線路并將故障線路所帶負(fù)荷備投至相鄰母線。

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