空載線路的安全自動保護裝置適應性分析

楊浚文，方毅，張丹

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

空載線路的安全自動保護裝置適應性分析

楊浚文，方毅，張丹

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

介紹了線路空載運行的幾種方式，然后分別對各種方式下線路保護及安全自動裝置的適應性進行了分析。重點分析了線路空載運行方式下，處冷備用或檢修的斷路器斷開操作電源后，線路縱聯(lián)保護和光纖電流差動保護的影響，并提出相關應對措施。從實例出發(fā)，分析了裝設備自投裝置的站點在斷路器狀態(tài)變更時，備自投裝置的適應性。最后就線路空載運行方式對穩(wěn)控系統(tǒng)策略可能造成的影響進行了討論，并對穩(wěn)控系統(tǒng)的設計提出了相關建議。

空載線路；縱聯(lián)保護；光纖電流差動保護；備自投；穩(wěn)控裝置

0 前言

線路空載運行是電網(wǎng)運行中經(jīng)常出現(xiàn)的方式，其一般可分為以下三種情況：

方式1：線路一側斷路器運行，另一側斷路器停處熱備用。電磁環(huán)網(wǎng)中系統(tǒng)斷點經(jīng)常采用該方式。

方式2：線路一側斷路器運行，另一側斷路器停處冷備用。該種方式一般有兩種情況：

1)單元接線的電廠送出線路，在機組停機備用后將電廠側斷路器停處冷備用；

2)線路僅單側斷路器有工作，對設備的安全措施要求只需斷路器轉至冷備用即可。

方式3：線路一側斷路器運行，另一側斷路器停處檢修。該方式一般是由于線路僅單側斷路器有工作，對設備的安全措施要求需斷路器轉至檢修狀態(tài)。

1 線路保護適應性分析

對于本文第一部分中的方式1，一般情況下線路保護功能正常運行，能滿足該運行方式的要求。對于方式2或者方式3，若停處冷備用或檢修的斷路器斷開操作電源，操作箱跳閘位置繼電器 (TWJ)常開接點將失電復歸，對縱聯(lián)保護和光纖差動保護造成影響，以下將對該種情況對各種線路保護的影響進行分析。

1.1 縱聯(lián)保護

1.1.1 閉鎖式縱聯(lián)保護

對于處于方式2或者方式3的線路，對于斷路器運行側，若線路出現(xiàn)故障，保護能正常起動。RCS901閉鎖式縱聯(lián)保護起動時邏輯如圖1所示，無其它保護動作情況下，單元M12和M16的輸出為0，保護收信8ms后才允許正方向元件動作，單元M7的輸出也為0，所以單元M13的輸出為1，保護正常起動后將向對側發(fā)閉鎖信號。

圖1 閉鎖式縱聯(lián)保護起動后邏輯[1]

對于斷路器處冷備用或檢修側，由于閉鎖式縱聯(lián)保護的起動元件中僅能通過電流元件起動，所以保護中的電流變化量起動和零序過流起動元件將無法起動。RCS901閉鎖式縱聯(lián)保護未起動時邏輯如圖2所示。

圖2 閉鎖式縱聯(lián)保護未起動時邏輯[1]

若將斷路器操作電源斷開，斷路器三相TWJ均為0，冷備用側三相無流，若弱饋功能未投入，則根據(jù)圖中邏輯，本側保護收到對側閉鎖信號后將立即向對側發(fā)閉鎖信號，10 s后才能停信。

而對于斷路器運行側，由圖1中邏輯可知，由于在10 s內(nèi)收到對側的閉鎖信號，縱聯(lián)保護將不會出口動作。所以線路縱聯(lián)保護將失效，只能通過后備保護動作隔離故障。

1.1.2 允許式縱聯(lián)保護

允許式縱聯(lián)保護僅能通過電流元件起動，若斷路器停處冷備用或檢修，保護中的電流變化量起動和零序過流起動元件將無法起動。RCS901允許式縱聯(lián)保護未起動時邏輯如圖3所示。

圖3 允許式縱聯(lián)保護未起動時邏輯[1]

若斷路器操作電源斷開，斷路器三相TWJ均為0，冷備用側三相無流，單元M1的輸出為0。若弱饋功能未投入，單元M3的輸出為0，所以單元M4的輸出也為0，則根據(jù)圖中邏輯，單元無論是否收到對側的允許信號，本側保護都不會給對側發(fā)允許信號。

對于斷路器運行側，保護可以正常起動。RCS901允許式縱聯(lián)保護起動時邏輯如圖4所示。

圖4 允許式縱聯(lián)保護起動時邏輯[1]

由圖4中邏輯可知，由于未能收到對側的允許信號，縱聯(lián)保護將不會出口動作。所以線路縱聯(lián)保護將失效，只能通過后備保護動作隔離故障。1.1.3 投入弱饋功能的情況分析

對于閉鎖式縱聯(lián)保護，若冷備用或檢修側保護的弱饋功能投入，根據(jù)圖2的邏輯，只要相電壓或相間電壓小于30V，保護將延時100ms向對側發(fā)閉鎖信號。對于斷路器運行側，根據(jù)圖1的邏輯，由于本側收發(fā)信機將自發(fā)自收，經(jīng)延時后本側將停發(fā)閉鎖信號，保護將正確出口動作，有效隔離故障。

對于允許式縱聯(lián)保護，若冷備用或檢修側保護的弱饋功能投入，根據(jù)圖3的邏輯，只要相電壓或相間電壓小于30V，保護將向對側發(fā)信。斷路器運行側，根據(jù)圖4的邏輯，接收到對側的信號后，將正確出口動作，有效隔離故障。

但弱饋功能投入也可能導致保護失效的情況。如圖5所示，若兩站之間僅通過單線相連，若1DL斷路器停處冷備用而2DL斷路器運行，且1DL側保護取的是母線電壓，則XY線故障時，X站內(nèi)母線電壓未降低，1DL側保護的相電壓和相間電壓將仍大于30 V，根據(jù)圖2和圖3的邏輯，閉鎖式縱聯(lián)保護和允許式縱聯(lián)保護即使投了弱饋功能，也將失效。

圖5 某區(qū)域電網(wǎng)示意圖

1.2 光纖電流差動保護

光纖電流差動保護保護除了能通過電流元件起動外，還可以通過低電壓 (相電壓或相間電壓小于30 V，且存在差流)起動。RCS931電流差動保護的邏輯如圖6所示。

圖6 電流差動保護邏輯[2]

由圖6中邏輯可知，若斷開斷路器操作電源，斷路器三相TWJ均為0，冷備用側三相無流，單元M1和M2的輸出為0，但此時若保護正常起動，單元M18的輸出為1，則裝置能向對側發(fā)差動動作允許信號，對側保護接受信號后可以正確出口跳閘。

但是同1.1.3部分的分析，電壓元件也需要相電壓或相間電壓小于30V，若出現(xiàn)圖5的情況，低電壓無法起動時，電流差動保護也將失效。

根據(jù)以上分析，對于方式2，若斷開冷備用側斷路器的操作電源，線路縱聯(lián)保護將失效，電流差動保護部分情況下也會失效。在部分情況下，投入線路保護弱饋功能可以解決該問題，但也會存在失效的情況。所以一般情況下若需斷開冷備用側斷路器的操作電源，應將運行側斷路器也停電，將線路轉為冷備用或檢修狀態(tài)。

對于方式3，斷路器檢修情況下操作電源一般需斷開，線路縱聯(lián)保護將失效，電流差動保護部分情況下也會失效。所以一般情況下應將運行側斷路器停電，將線路轉為冷備用或檢修狀態(tài)。

2 備自投的適應性分析

對于方式1，裝設備自投裝置的站點需將備自投按適應該運行方式投入。若出現(xiàn)方式2或方式3的運行方式，已投入運行的備自投可能需要調(diào)整。以下以 RCS9651C系列備自投為例進行分析。

2.1 進線狀態(tài)的判別原理

對于RCS9651C系列備自投，進線狀態(tài)的判別原理如下[3]：

1)工作電源和非工作電源判斷：斷路器在合位經(jīng)1 s延時，則判斷路器所處進線為工作電源。當滿足以下任一條件判斷進線為非工作電源：進線檢修壓板投入；斷路器在分位并經(jīng)1 s延時。

2)備用電源和非備用電源判斷：斷路器在分位，線路電壓檢查控制字投入且進線有壓，經(jīng)1s延時，則斷路器所處進線為備用電源。當滿足以下任一條件判斷進線為非備用電源：進線檢修壓板投入；斷路器在合位；若線路電壓檢查控制字投入時進線不滿足有壓條件，經(jīng)15 s延時。

2.2 實例分析

某變電站接線如圖7所示，一共四回進線，且裝有備自投裝置。正常方式下，Ⅰ母和Ⅱ母均三相有壓，5DL運行正常，1DL和2DL斷路器運行正常，進線1和進線2為工作電源，進線3和進線4由對側充空線運行，3DL和4DL斷路器處于熱備用，進線3和進線4為備用電源，備自投經(jīng)延時后充電正常，處于進線1、2主供，進線3、4備用的進線備自投方式。

圖7 某變電站示意圖

若進線1由本側充空線運行，對側斷路器為熱備用或冷備用，則根據(jù)工作電源判斷，進線1為工作電源，但實際上進線1的工作電源功能已失效，此時需將進線1的檢修壓板投入，將進線1轉為非工作電源。

若線路3由對側充空線運行，且將3DL斷路器轉為冷備用，則根據(jù)備用電源判斷，線路3仍滿足有壓條件，線路3仍為備用電源，但實際上進線3的備用電源功能已失效，此時需將進線3的檢修壓板投入，將進線3轉為非備用電源。

若線路3仍由對側充空線運行，將3DL斷路器轉為冷備用或檢修，并斷開斷路器的操作電源，備自投滿足動作條件時，3DL斷路器將拒動，將導致備自投裝置放電，所以在該操作前應將進線3的檢修壓板投入，將進線3轉為非備用電源。

綜上，裝設備自投裝置的站點在斷路器狀態(tài)變更時，需注意備自投裝置的適應性，在工作電源或備用電源失效時，需將相應進線的檢修壓板投入。

3 穩(wěn)控系統(tǒng)的適應性分析

由線路正常運行轉換空載運行方式，可能對穩(wěn)控系統(tǒng)造成影響，以下以一個實例進行分析。

3.1 實例分析

某區(qū)域電網(wǎng)接線如圖8所示，該區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)對于500 kV A-B-220 kV D-C電磁環(huán)網(wǎng)是否合環(huán)運行具有不同的策略。220 kV C站與220 kV D站間的220 kV CD線是否運行將影響穩(wěn)控系統(tǒng)的策略。

圖8 某區(qū)域電網(wǎng)示意圖

以下分兩種情況進行分析。

1)若220 kV C站有穩(wěn)控裝置，且220 kV CD線C站側1DL斷路器的HWJ已引入裝置，而220 kV D站側無穩(wěn)控裝置，或穩(wěn)控裝置未將220 kV CD線D站側2DL斷路器的HWJ引入裝置，穩(wěn)控裝置僅通過單側斷路器判斷線路運行情況。則若220 kV CD線由220 kV C站側充空線運行，220 kV CD線D站側2DL斷路器停處熱備用或冷備用情況下，C站穩(wěn)控裝置線路投停判別邏輯如圖9所示，將誤判別220 kV CD線為運行，從而影響穩(wěn)控系統(tǒng)策略的正確性。所以該種情況下需將220 kV CD線220 kV C站側1DL斷路器也停運。

圖9 單側穩(wěn)控裝置線路投停判別邏輯圖[4]

2)若220 kV C站和220 kV D站均無穩(wěn)控裝置，則該區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)需要在主站裝設運行方式切換壓板，線路轉為空載運行后通過壓板切換使穩(wěn)控裝置適應當前運行方式。

在穩(wěn)控系統(tǒng)設計階段，應考慮線路空載運行方式對穩(wěn)控系統(tǒng)策略的影響，若線路可能出現(xiàn)長時間空載運行的方式，若線路兩側廠站都有穩(wěn)控裝置，應考慮在兩側廠站穩(wěn)控裝置中都引入HWJ信息。若只有一側廠站有穩(wěn)控裝置，則應考慮在廠站內(nèi)裝設線路運行壓板。若兩側廠站都無穩(wěn)控裝置，則應考慮在主站裝設運行方式切換壓板。在運行中出現(xiàn)方式調(diào)整時，應及時通過壓板切換以適應實際運行方式。

4 結束語

綜合以上分析，線路空載運行對于保護及安全自動裝置都有相應的要求，運行人員應明確分析該種運行方式下保護及安全自動裝置的適應性，及時采取相關措施保證保護和安全自動裝置可靠保障電網(wǎng)的安全運行。

[1] RCS-901系列超高壓線路成套保護裝置技術和使用說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2006.

[2] RCS-931系列超高壓線路成套保護裝置技術和使用說明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2006.

[3] RCS-9651C_100819備用電源自投裝置技術說明書 [Z] .南京：南瑞繼保電氣有限公司，2012.

[4] RCS-992A分布式穩(wěn)定控制裝置技術及使用說明書 [Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2008.

方毅 (1985)，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)工作。

張丹 (1980)，高級工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)工作。

Analysis on Adaptability of Unloaded Line Protection and Stability Control Device

YANG Junwen，F(xiàn)ANG Yi，ZHANG Dan
(Yunnan Electric Power Dispatching Centre，Kunming 650011)

Several operating modes of unloaded line are introduced in this paper firstly，and adaptability analysis on protection and automatic security device of various modes is proposed.When the operating power supply of breaker in state of cold standby or maintenance is shut down，impact on the protection and automatic security device of unloaded line is emphatically analyzed，and countermeasures are proposed.Adaptability of automatic switchover device is analyzed when the status of breaker changes through various examples.Finally，impact on strategy of stability control system in operating modes of unloaded line is discussed，and relevant proposals are put forward for the design of stability control system.

unloaded line；pilot protection；optical-fiber current differential protection；automatic switchover device；stability control device

TM75

B

1006-7345(2014)05-0110-04

2014-08-24

楊浚文 (1985)，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)工作 (e-mail)junwenyang_1＠163.com。