500 kV同桿雙回線自適應(yīng)重合閘在瀑布溝水電站的應(yīng)用

董吉林，陳 陽(yáng)，孫艷景，李志軍，楊福力

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

500 kV同桿雙回線自適應(yīng)重合閘在瀑布溝水電站的應(yīng)用

董吉林，陳 陽(yáng)，孫艷景，李志軍，楊福力

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

主要介紹自適應(yīng)重合閘的原理及重合順序，自適應(yīng)重合閘的保護(hù)配置原則。分析了瀑布溝線路保護(hù)及斷路器保護(hù)如何實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，同時(shí)闡述了自適應(yīng)重合閘的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)流域水電站500 kV電壓等級(jí)的同桿雙回線自適應(yīng)重合閘配置具有參考作用。

自適應(yīng)重合閘；線路保護(hù)；斷路器保護(hù)

0 概述

瀑布溝水電站裝設(shè)6臺(tái)600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用，枯期擔(dān)負(fù)峰腰荷，汛期主要擔(dān)負(fù)基荷，是四川電力系統(tǒng)中骨干電站之一。瀑布溝電站發(fā)電機(jī)和變壓器采用單元接線，并設(shè)置了發(fā)電機(jī)出口斷路器。系統(tǒng)設(shè)置了兩條500kV的母線，開關(guān)布置為4/3方式，即在每一個(gè)縱向的支路上設(shè)有四臺(tái)斷路器，形成三條出線。有四串4/3接線的支路，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)四條500kV線路送電至眉山東坡變電站。主接線圖如圖1所示。其中布坡一線、二線，布坡三線、四線為同桿并架雙回線。同桿雙回線路配置了南瑞繼保電氣有限公司的RCS-931E型超高壓線路保護(hù)裝置和RCS-921C型斷路器失靈保護(hù)及自適應(yīng)重合閘裝置，實(shí)現(xiàn)了能夠極大地提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性的自適應(yīng)重合閘功能。該成套保護(hù)裝置工作可靠，自2009年10月投運(yùn)以來(lái)一直保持穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 瀑布溝主接線示意圖

由于500 kV電壓等級(jí)的同桿雙回線擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)大容量潮流輸送的任務(wù)，因此它的正常運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有著重要意義。同桿雙回線裝設(shè)在同一桿塔上,線間的距離較近，可能會(huì)出現(xiàn)跨線故障。當(dāng)發(fā)生跨線故障時(shí)，常規(guī)的重合閘會(huì)重合于跨線永久故障。其雖然對(duì)于各回線路，仍然體現(xiàn)為單相故障,但對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則與重合于多相故障無(wú)異。這對(duì)系統(tǒng)的沖擊很大，并且重合后兩回線路均跳開,可能造成一個(gè)地區(qū)電網(wǎng)潮流嚴(yán)重的不足，從而對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定以及設(shè)備運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，極端情況下可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)以及電力設(shè)備損壞。500 kV電壓等級(jí)同桿雙回線均采用單相重合閘方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障，故障相跳閘后，由于同桿雙回線的靜電耦合和電磁耦合作用較強(qiáng)，故障相恢復(fù)電壓較高，使得潛供電弧熄滅時(shí)間較短。當(dāng)潛供電弧還未熄滅或者熄滅的時(shí)間較短，還不足以使得故障點(diǎn)絕緣強(qiáng)度恢復(fù)時(shí)，由于常規(guī)重合閘無(wú)法識(shí)別此現(xiàn)象，當(dāng)重合閘動(dòng)作時(shí)，會(huì)使得故障點(diǎn)重新被擊穿，導(dǎo)致瞬時(shí)性故障重合失敗。另外，常規(guī)重合閘不能識(shí)別故障的嚴(yán)重程度，可能會(huì)重合于出口嚴(yán)重故障，這對(duì)系統(tǒng)以及電力運(yùn)行設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生很大的影響。同桿雙回線故障的主要特點(diǎn)是有跨線故障。單回線的簡(jiǎn)單故障有11種，而同桿雙回線故障則多達(dá)120種。在120種同桿雙回線故障中，接地故障63種，不接地故障57種；單回線故障22種，跨線故障98種。通常又將跨線故障分為非同名相和同名相跨線故障。雖然跨線故障在故障分類中占有壓倒優(yōu)勢(shì)，但單回線故障的比例仍在80%以上，我國(guó)統(tǒng)計(jì)資料表明跨線故障很少，僅占同桿雙回線總故障的2%～3%，遠(yuǎn)小于國(guó)外統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，這就要求我們?nèi)婵紤]故障時(shí)的保護(hù)問題，即不僅要考慮跨線故障時(shí)的保護(hù)問題，也要考慮單回線故障時(shí)的保護(hù)問題。

1 自適應(yīng)重合閘的原理

當(dāng)同桿雙回線發(fā)生故障,故障相跳閘后，健全相對(duì)故障相會(huì)產(chǎn)生恢復(fù)電壓，恢復(fù)電壓包括電容耦合電壓以及電磁耦合電壓，電容耦合電壓包括相間電容耦合電壓以及線間電容耦合電壓，其幅值不受線路長(zhǎng)度的影響。電磁耦合電壓由線間以及相間的互感產(chǎn)生，由于恢復(fù)電壓的影響，使得故障點(diǎn)潛供電弧的熄滅比較困難。為了加快潛供電弧的自熄，目前比較常用的方法是在三相并聯(lián)電抗器的中性點(diǎn)加小電抗的方法，該方法可以部分或全部補(bǔ)償相間的靜電耦合電壓，自適應(yīng)重合閘主要包括無(wú)嚴(yán)重故障判據(jù)以及按相順序重合原則。由于瀑布溝水電站主接線母線上各有一組電抗器，故自適應(yīng)重合閘需包括并聯(lián)電抗器電壓判據(jù)。

1.1 有并聯(lián)電抗器電壓判據(jù)

對(duì)于有并聯(lián)電抗器線路，當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障，故障相跳開后，線路電容、電感元件回路將產(chǎn)生自由振蕩分量。該分量與靜電耦合分量以及電磁感應(yīng)分量疊加在一起，從而形成拍頻電壓，自由振蕩分量的頻率與并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償度有關(guān)，一般在30～40 Hz左右，拍頻振蕩周期一般0.2 s以下。對(duì)于永久性故障，端電壓僅為電磁感應(yīng)電壓幅值，相對(duì)較小。對(duì)于瞬時(shí)性故障，拍頻電壓最大值為靜電耦合電壓、電磁感應(yīng)電壓以及自由振蕩電壓幅值的和，而最小值為靜電耦合電壓、電磁感應(yīng)電壓與自由振蕩電壓幅值的差。當(dāng)線路有并聯(lián)電抗器投入時(shí)，自適應(yīng)重合閘采用如下判別公式

式中，k為半波積分系數(shù)，ui為第i點(diǎn)電壓瞬時(shí)采樣值,當(dāng)兩式均滿足條件時(shí)，經(jīng)短延時(shí)展寬0.25 s，考慮到拍頻振蕩周期一般為0.2 s以下。因此，上式可以彌補(bǔ)拍頻振蕩電壓的影響。

1.2 按相順序重合閘

由于兩回線有兩異名相時(shí)仍然能保持兩側(cè)系統(tǒng)的較強(qiáng)聯(lián)系，能夠輸送相當(dāng)大的功率，對(duì)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常有利。這種重合閘方式要求對(duì)任何故障保護(hù)只切除故障相，如兩相故障只跳兩相。自適應(yīng)重合閘啟動(dòng)的條件是兩回線綜合起來(lái)有兩異名相健全即可,缺相相優(yōu)先重合，其本質(zhì)相當(dāng)于把兩回線當(dāng)一回線來(lái)實(shí)現(xiàn)單相重合閘。根據(jù)按相順序序重合閘邏輯要求兩回線同時(shí)只有一相重合，并遵循如下重合順序：（1）同名相優(yōu)先重合且可以同時(shí)重合;（2）超前相優(yōu)先重合;（3）多相故障線路的超前相優(yōu)先重合。同名相優(yōu)先重合可以減少整個(gè)的重合時(shí)間，盡快恢復(fù)缺相相的運(yùn)行。另外，即使同名相重合于永久故障，對(duì)系統(tǒng)而言仍然是重合于單相故障，不管是一回線故障還是跨線故障均按超前相優(yōu)先重合的順序，超前相優(yōu)先重合可以讓各相優(yōu)先重合的幾率相同。對(duì)于如ⅠAⅡBC故障,如果先合ⅠA于永久故障，則Ⅰ回線三相跳開,將使雙回線只有ⅡA在運(yùn)行,破壞了實(shí)現(xiàn)單相重合閘的原則。導(dǎo)致Ⅱ回線不能啟動(dòng)重合。而如果先合Ⅱ回線,即使合于故障,則仍保留Ⅰ回線重合的機(jī)會(huì)。因此多相故障線路的超前相應(yīng)優(yōu)先重合。

2 保護(hù)配置

自適應(yīng)重合閘線路保護(hù)及斷路器輔助保護(hù)的配置方案如圖2：

圖2 自適應(yīng)重合閘保護(hù)配置方案

2.1 線路保護(hù)配置

同桿雙回線每回線路應(yīng)配置兩套完整獨(dú)立的保護(hù)裝置。瀑布溝水電站線路保護(hù)雙套保護(hù)均由南京南瑞繼保電氣有限公司提供的RCS-931E線路保護(hù)裝置、過(guò)電壓保護(hù)RCS-925A保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)雙重化配置。RCS-931E保護(hù)裝置包括以分相電流差動(dòng)和零序電流差動(dòng)為主體的快速主保護(hù)，由工頻變化量距離元件構(gòu)成的快速Ⅰ段保護(hù)，由三段式相間和接地距離及二個(gè)延時(shí)段零序方向過(guò)流構(gòu)成的全套后備保護(hù)。保護(hù)有分相合閘及跳閘出口，配有自適應(yīng)重合閘及常規(guī)重合閘功能。應(yīng)用于同桿并架雙回線時(shí)，電流差動(dòng)保護(hù)對(duì)各種常規(guī)及跨線故障具有天然的選相能力。以瀑布溝水電站布坡三線、四線線路保護(hù)1號(hào)屏為例：RCS-931E設(shè)有兩路完全相同的光纖接口，A通道用于線路兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)之間的電流數(shù)據(jù)及開關(guān)量信息的交換（開關(guān)量信息包括本側(cè)保護(hù)的開關(guān)及跳閘信息）為自適應(yīng)重合閘提供判別依據(jù)；B通道用來(lái)和鄰線交換本線開關(guān)及重合閘信息，為自適應(yīng)重合閘提供信息。如圖3所示。

圖3 布坡三線、四線線路保護(hù)裝置通訊示意圖

2.2 斷路器保護(hù)配置

同樣以瀑布溝布坡三線、四線為例：雙回線邊開關(guān)采用南京南瑞繼保RCS-921A型斷路器保護(hù)裝置，中開關(guān)采用南京南瑞繼保RCS-921C型斷路器保護(hù)裝置。RCS-921C型斷路器保護(hù)裝置功能包括斷路器失靈保護(hù)、三相不一致保護(hù)、死區(qū)保護(hù)、充電保護(hù)和常規(guī)重合閘及自適應(yīng)重合閘。當(dāng)同桿雙回線采用自適應(yīng)重合閘時(shí)，RCS-921C與RCS-931E配合完成自適應(yīng)重合閘功能。布坡四線線路保護(hù)RCS-931E綜合布坡四線和布坡三線信息，將兩回線三相六線作為整體考慮，保護(hù)只跳故障相；當(dāng)兩條線路在故障跳閘后還存在至少兩健全異名相連接時(shí)，RCS-931E結(jié)合無(wú)嚴(yán)重故障判據(jù)，按照分相順序重合策略發(fā)出分相重合令，并由RCS-921C根據(jù)斷路器本身的狀態(tài)和中開關(guān)先合后合關(guān)系實(shí)現(xiàn)重合出口。

3 結(jié)束語(yǔ)

由RCS-931E型超高壓線路保護(hù)裝置和RCS-921C型斷路器失靈保護(hù)及自適應(yīng)重合閘裝置共同實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)重合閘功能，可靠性高，使用方便，在瀑布溝水電站得到了成功應(yīng)用。將兩回線綜合成一回線處理，當(dāng)兩回線有兩異名相及以上健全相時(shí)才可以重合，其實(shí)質(zhì)是對(duì)兩回線實(shí)現(xiàn)單相重合閘功能，避免重合于多相永久故障以及嚴(yán)重接地永久故障對(duì)系統(tǒng)的沖擊及對(duì)運(yùn)行中的電力設(shè)備的損壞。綜上所述，自適應(yīng)重合閘具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）自適應(yīng)重合閘采用只跳故障相的跳閘方式，即該線兩相故障時(shí)只跳兩相，而非三跳，使故障時(shí)系統(tǒng)聯(lián)系盡可能緊密；使發(fā)生故障時(shí)，其余健全相仍能輸出較大功率。

（2）將兩回線看成一回線，有兩異名相時(shí)決定重合，采用超前相先合的分相順序合閘方式，避免了重合于永久性多相故障對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊，從穩(wěn)定計(jì)算的角度使雙回線的輸送能力進(jìn)一步提高。對(duì)于某些跨線永久故障，如ⅠAⅡBC故障可保證仍有一條線路運(yùn)行。

（3）利用線路保護(hù)光纖通信功能，綜合兩回線的信息以及無(wú)嚴(yán)重永久故障判據(jù)，實(shí)現(xiàn)非嚴(yán)重故障側(cè)先合，重合成功后對(duì)側(cè)合閘；如不成功，對(duì)側(cè)不合。避免重合于嚴(yán)重永久對(duì)系統(tǒng)的沖擊，并且避免了兩次重合于故障對(duì)系統(tǒng)的沖擊,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（4）可有效避免一回線發(fā)生瞬時(shí)故障，故障跳開后，另一回線發(fā)生永久故障時(shí)，雙回線同時(shí)切除的情況。

[1]鄭玉平，張哲，等.500 kV同桿雙回線自適應(yīng)重合閘方案［J］.電力設(shè)備，2006，（1）：20-23.

TM762.2+6

B

1672-5387（2010）06-0056-03

2010-10-08

董吉林（1986-），女，助理工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)工作。