220千伏智能变电站母设合并单元配置模式安全隐患的分析及改进

220千伏智能变电站母设合并单元配置模式安全隐患的分析及改进

林国策1王祎2郑建梓3李贤伟4

（1.南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102，2.国网衢州供电公司浙江衢州324000，

3.国网宁波供电公司浙江宁波315016，4.国网辽宁电科院辽宁沈阳110006）

摘要：按照《国家电网公司输变电工程通用设计（110（66）-750kV智能变电站部分）》要求，220千伏智能变电站110千伏出线仅配置一套线路保护及本间隔智能终端，110千伏母线虽配置两套母设合并单元，但在浙江电网工程实际应用中，为了保证A、B网的独立性，全站110千伏线路保护全部或大部分从110千伏第一套母设合并单元取电压。如110千伏第一套母设合并单元发生故障，将造成所有110千伏线路距离保护闭锁，自动投入PT断线过流保护，可能引起线路保护越级跳闸。本文对该隐患存在的原因、影响进行了分析，提出了三种可能的解决方案并进行了优缺点对比，提出应借鉴3/2接线普遍采用的三相线路压变方案，间隔合并单元直接从三相线路压变取电压。

关键词：电力；继电保护；智能变电站；合并单元；电压

引言

根据《国家电网公司输变电工程通用设计（110（66）-750kV智能变电站部分）》（简称通用设计）和《合并单元技术条件（DL/T282-2012）》[1]、[2]，220千伏智能变电站110千伏出线仅配置一套线路保护及本间隔智能终端，110千伏母线虽配置两套母设合并单元，但为了保证A、B网的独立性，部分设计单位采用全站110千伏出线合并单元均从110千伏第一套母设合并单元取电压的设计方案。110千伏出线保护均配置距离保护作为线路主保护，如110千伏第一套母设合并单元发生故障，将造成所有110千伏线路距离保护闭锁，自动投入PT断线过流保护，可能引起110千伏线路保护越级跳闸。

本文对该隐患存在的原因、影响进行分析，提出了三种可能的解决方案并进行了优缺点对比，并给出了建议方案。

1220千伏智能变电站母设合并单元配置方案存在的重大隐患

1.1已投运220千伏智能变电站母设合并单元配置情况

以某地市级电网为例，截至2017年底，已投运6座采用合并单元采样的220千伏智能变电站中，其220千伏母线电压、110千伏母线电压都通过母设合并单元采集。通过对其110千伏出线保护电压采样模式的排查，发现存在两种模式：

（1）模式一

所有110千伏出线保护电压均取自第一套母设合并单元（共3个站）。

（2）模式二

大部分110千伏出线保护电压取自第一套母设合并单元，少部分线路保护电压取自第二套母设合并单元。

以上两种模式，均存在较大的安全隐患，即某一母设合并单元故障，将导致从该设备取电压的所有110千伏出线的主保护（距离保护）同时退出，线路将被迫拉停，最严重时会造成全站110千伏线路主保护退出，对电网安全运行构成重大威胁。

某地市级电网已投运220千伏智能变电站110千伏母设合并单元配置情况及影响范围如表1所示。表中仅列出110千伏线路出线间隔，主变间隔由于保护双重化配置，仍能保留一套保护，尚不至于拉停一次设备，故不列入。

表1某地市级电网220千伏智能站110千伏母设合并单元配置情况

经调查，国网某省公司电网相当一部分新投运的220千伏智能变电站采用此种设计，以上问题普遍存在。

1.2存在的隐患及影响

220千伏及以下变电站普遍采用三相母线压变模式，需要配置母线电压并列、切换等公用回路。

传统变电站中，电压小母线一旦出现问题，将造成所有挂接该母线的电压相关保护全部闭锁。对于由电缆和继电器构成的公用母线电压回路来说，可靠性高、故障概率小。即便如此，也发生过由于公用电压回路故障而导致的事故扩大。

智能变电站采用母设电压合并单元代替了传统电压公用回路，由于电子元器件的引入，其故障概率较高[3]，可靠性下降。一台母设电压合并单元故障，就会造成挂接该合并单元的所有电压相关保护闭锁，违背了一个元器件故障不能影响多个保护设备的配置原则[4]，严重影响电网的安全运行。

对于双重化配置的保护，如220千伏线路保护，一个母设合并单元故障仅造成全站220千伏线路其中一套保护失去距离、零序（方向）保护，尚不至于影响一次设备运行。

对于单套配置的测控装置以及110千伏线路保护，第一套母设合并单元故障，将导致全站测控失去测量电压、全站110千伏线路保护失去保护电压。110千伏出线保护均配置距离保护作为线路的主保护，失去电压时，闭锁距离保护闭锁，自动投入不带方向、不带复压闭锁的PT断线过流保护。PT断线过流保护存在以下问题：

（1）不带复压闭锁，当线路负荷有较大变化时，可能因过负荷造成保护动作；

（2）保护范围随系统运行方式变化而变化，下级变电站中低压侧故障可能引起110千伏线路越级跳闸；

（3）不带方向，对未配置光纤纵差保护的电厂并网线路，相邻线路故障时可能引起本线保护误动。

实际运行中，已经发生过220千伏智能变电站中110千伏母设合并单元故障，造成多条110千伏二次失压的案例，给电网安全运行造成很大影响。

2原因分析

笔者查阅了《国家电网公司输变电工程通用设计（110（66）-750kV智能变电站部分）》，发现国网通用设计中，220千伏智能变电站110千伏出线仅配置一套线路保护及本间隔智能终端，110千伏母线虽配置两套母设合并单元，但为了保证A、B网的独立性，各级设计单位在工程应用中，一般采取全站110千伏出线合并单元均从110千伏第一套母设合并单元取电压的设计方案，部分设计单位对其中存在的隐患已有所意识，采用将部分110千伏线路保护电压分配到第二套母设合并单元的方案。

以上设计方案未充分考虑设备故障情况下的运行安全问题，线路保护电压来源单一，110千伏第一套母设合并单元故障将造成重大安全隐患。

3整改方案及优缺点对比

220千伏智能站母设合并单元配置模式存在的安全隐患可以考虑从以下几个方面入手解决：

3.1方案一

方案：平均分配母设合并单元。即110千伏出线保护电压按平均分配的原则，分别从第一套、第二套母设合并单元取。

优点：沿用当前一、二次设备，仅需在虚回路设计上予以考虑。

缺点：该方案只能减少一半110千伏线路保护同停，无法从根本上解决问题。

3.2方案二

方案：每个间隔合并单元均接入两套母设合并单元的电压量，间隔合并单元根据运行情况选择采用哪一路。

优点：可以在其中一套母设合并单元故障时，保证电压能自动从另一套母设合并单元获取，能够避免全部110千伏线路保护同停问题。

缺点：两路电压自动判别取舍的逻辑较为复杂，造成二次回路复杂；需要对间隔合并单元软件逻辑进行修改，依赖合并单元生产厂家配合；合并单元软件版本由国家电网公司控制，需要从国网层面对合并单元技术要求做出调整。

3.3方案三

方案：借鉴3/2接线普遍采用的三相线路压变方案，间隔合并单元直接从三相线路压变取电压。

优点：不依赖单一的母设合并单元，任一合并单元故障，仅影响一台保护（测控）装置，避免了全站110千伏线路失去主保护的危险局面；不需考虑电压并列、切换，回路简单、可靠，操作简单，对运行方式限制小；检修方便，一台合并单元检修只需陪停一套保护，检修安全措施清晰明了，检修安全性较高；二次系统不需要增加额外设备，原有间隔合并单元即可完成线路电压采集工作。

缺点：需要在每回110千伏线路上配置三相线路压变，增加一部分投资。

综合考虑各方面因素，采用三相线路压变对解决220千伏智能变电站母设合并单元配置模式安全隐患存在较明显的优势。

4结论及建议

220千伏智能变电站中，220千伏线路，由于保护双重化配置，一套母设合并单元故障并不会导致一次设备拉停，但全站一半220千伏保护异常也是很严重的缺陷。110线路，由于保护单套配置，一套母设合并单元故障，往往造成全站110千伏线路保护异常，安全隐患严重。

从本文分析可知，采用三相线路压变模式能从根本上解决220千伏智能变电站母设合并单元配置模式存在的重大隐患。建议将220千伏智能变电站220千伏线路及110千伏线路采用三相压变作为通用设计。

对已投运变电站，建议尽快安排整改，加装线路压变。

在整改完成前，建议先按方案一对全站110千伏线路保护进行分配，保证去同一个110千伏变电站的两回110千伏线路保护从不同的母设合并单元取电压。同时建议每台110千伏母设合并单元按1备1配置备用装置，并按运行设备进行装置设置，以便尽量减少母设合并单元故障引起多套保护异常的时间。

参考文献：

[1]刘振亚，郑宝森，陈月明，等.国家电网公司输变电工程通用设计（110（66）-750kV智能变电站部分）[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]DL/T282-2012.合并单元技术标准[S]

[3]吴爱军.智能变电站合并单元现状及发展方向[N].科技创新导报，2015NO.01.

[4]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施（修订版）[Z].北京：国家电网公司办公厅，2012.