中性点不接地电力系统异地两相短路故障的区域性综合测控保护系统构想
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【摘要】本文介绍了微机综合保护系统及微机测控装置在电力系统中的应用现状和问题，以解决中性点不接地电力系统异地两相短路故障的继电保护为例，提出了建立区域型综合测控保护系统的构想。即以系统枢纽变电站前置机为中心，以光纤网络，将各线路的微机综合测控装置联系起来，收集线路信息、综合、判断，有选择性的切除非重要故障线路，以达到停电范围最小的目标。
【关键词】异地两相短路；微机综保系统；继电保护配置；电力系统
1.前言
据统计电力系统短路故障的85%都是单相接地故障引起的。在中性点不接地电力系统中，如果发生了单相接地故障，在查找接地点和处理接地线路的操作过程中，由于整个电网的非故障相电压一直升高到额定电压的倍，很容易在其它电气设备的绝缘薄弱点出现绝缘击穿现象，造成第二个接地点，发生异地两相短路故障，造成同网异地的两条供电线路同时跳闸，因而扩大了停电故障范围。
有关异地两相短路电流的计算问题，可通过“零序阻抗拆分法”[1]通过手工计算或者计算机算法[2]来实现。
但对于中性点不接地电力系统，如何配置全系统的继电保护，避免发生异地两相接地短路时两条线路同时跳闸，即在这些分别处于不同地点的两条线路中，具有选择性的只跳开一条负荷重要程度低的线路，使其迅速跳闸；而继续维持重要性高的线路短时单相接地运行，直到有序退出运行状态。上述问题一直是一个亟待解决的课题。
2.当前微机综保系统的现状及问题
2.1 当前微机综保系统的现状
近年来，微机综合保护系统在电力系统得到了广泛的推广应用，使得电力系统的对各种电力设备继电保护的选择性、速动性、灵敏性、可靠性等方面得到大幅提高。整个微机综保系统，又是由微机保护测控装置组成。从测控装置所保护的设备种类，可划分为针对于线路、变压器、发电机、电动机、母线、电容器、母线并列、母线解列、自投装置、线路光纤纵差的多种测控装置，从测控装置所保护系统功能来看，又可划分为针对电压无功、低频减载、故障录波等测控装置。
从微机综合保护装置的保护测控范围上，又可分为以下几类，1）作用于变电站内保护单台设备的综合保护测控装置。如微机线路保护测控装置、微机电容器保护测控装置。2）作用于变电站内保护电力系统稳定的综合保护测控装置。如：微机电压无功综控装置、微机线路（轮切）解列装置、微机线路解列装置等。3）作用于两变电站之间微机线路保护测控装置。如线路光纤纵差测控装置[3-4]。
2.2 微机综合保护系统遇到的问题
要解决中性点不接地系统的异地两相短路故障的线路保护，或者解决整个区域低频减载保护等问题，仅依靠本站内保护特定的电气设备的微机测控装置，如微机线路测控保护装置、微机发电机保护测控装置等，是不能够满足电网系统的综合保护要求。因为，上述这些故障都是由个别的单独故障引起的系统性故障，要想从系统上处理解决，以达到处理结果最优，应主要侧重于建立本区域智能型的综合保护测控系统来统一分析、判断、选择、启动和实施。
所谓智能型区域性综合测控保护系统，就是用光纤将系统内多个变电站的微机线路测控装置连接起来。将各变电站线路的三相电流、电压数值、断路器、隔离开关等开关状态的数据采集值，汇集到枢纽变电站的中心前置机上，实现枢纽变电站的中心前置机，对整个区域性电力系统进行综合测控。系统构成是：使用高速的数字传感器，采集、传送电流、电压信号、开关开闭等信号；使用光纤高速传输，数据的双向传送，达到实施监测与控制；使用中心前置机、大容量存储器，高速处理实时信息；从控制功能上讲，应具有智能性、自愈性和事故预防能力以达到区域系统最优化，可根据故障特性和系统状况，确定需要控制或者跳闸的线路，临时远程修改某线路的继电保护整定值，或者配置延时或短时闭锁功能，以达和实现到系统最优实施的控制（如图1）。
3.2 中性点不接地系统异地两相短路故障保护构成探讨
异地两相短路故障保护的测控，是智能型区域性综合测控保护系统的部分功能之一。将其动作过程可举例说明（如图1）：如某一区域型35kV电力系统，由上级110kV系统相联络的枢纽变电站和自备热电厂和一些变电站组成。当336线路A相发生了单相接地时，由于非接地相电压升高倍。如果在处理接地故障的过程中，368线路C相因为电缆头绝缘薄弱被击穿，又发生单相接地。即异地两相接地故障。
如果没有装设智能型区域性综合测控保护系统，由于368、336开关限时速断过电流保护的时限都是0.3秒，两条线路将同时启动过电流跳闸，两条线路同时停电。
但如果装设智能型区域性综合测控保护系统，系统内各变电站的电流、电压数值、断路器、隔离开关的接通和闭合状态等数据，将被上传到枢纽变电站的前置机上，经计算机处理、运算，进行如下系统处理：1）根据事先存储的线路负荷重要程度序列表，选择重要程度低的线路，优先启动跳闸指令，跳336开关。2）而对负荷重要程度高的线路开关，采用延时启动跳闸指令，延时0.3秒（即0.6秒）跳368开关。3）336跳闸后，其接地点被切除。336单相故障电流消失，336A正常负荷电流被上传的前置机，368延时保护又被恢复为0.3秒，可继续向用户供电直到有序退出运行和进入检修状态。从而避免两条线路同时跳闸，尽最大限度的减小了线路停电范围。将已经接地的故障线路推出运行（如图2）。
如对于低频率减载保护系统，可根据频率下降值，计算出负荷的总切除量，再根据事先存储的线路负荷重要程度序列表，分配切除量，确定并启动开关跳闸。
4.结语
通过探讨中性点不接地系统异地两相短路故障保护配置，可为我们电网技术改造工作提供如下借鉴作用：
4.1 智能型的区域性综合测控保护系统，是智能电网区域化的具体化。中性点不接地系统异地两相短路故障保护，又是智能型区域综保系统的部分功能。将现有电网进行技术改造，逐步实现智能化升级，逐渐完善系统自愈功能，对于提高电力系统供电可靠性，减少停电事故，增强经济社会生活的稳定，具有非常重要的意义。
4.2 在枢纽变电站的前置计算机，是整个区域性系统的神经中枢，不仅能承担着对系统运行实时监测功能，还承担对系统数据的分析、计算和处理功能和系统内继电保护等自动装置修改和控制功能。
4.3 传输信息所用的光纤，不仅承担着数据、信号传输。还承担着修改命令和控制指令传输，具有高速性和双向性。
4.4 系统控制技术要求特点是：系统内的控制参数、继电保护定值，并不是固定不变的，而是根据系统当时的运行方式、线路运行状态，以系统效益最大化，处理方案最优化的原则，根据实时数据计算结果所确定的。具有实时性和智能性[5]。
参考文献
[1]王学羽.中性点不接地电力系统异地两相短路故障的案例分析[J].电力科学与技术学报，2012（9）.
[2]米麟书，刘芳宁.中性点不接地系统两点异相接地故障计算[J].四川电力技，1990（1）：24.
[3]郑南章，曾锦松.微机继电保护装置运行中存在的误区[J].电力系统保护与控制，2010（1）.
[4]张兆云，刘宏君，张润超.数字化变电站与传统变电站间光纤纵差保护研究[J].电力系统保护与控制，2010（3）.
[5]方汀，王宽，陈佑健.变电站综合自动化系统现场调试若干问题阐述[J].电力系统保护与控制，2010（3）.
作者简介：王学羽（1964—），男，工程硕士，高级工程师，唐山开滦东方发电有限责任公司副总工程师，主要从事电力系统工程技术研究和运行管理工作。