110 kV母差失靈一體化保護(hù)改造方案研究及應(yīng)用

陳祎亮，王世祥，張 琳

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518020)

0 引言

失靈保護(hù)是作用于斷路器跳閘的近后備保護(hù)。當(dāng)線(xiàn)路或主變等保護(hù)動(dòng)作發(fā)出跳閘指令后，由于某種原因(如跳閘線(xiàn)圈斷線(xiàn)或壓力低閉鎖等)造成斷路器拒動(dòng)時(shí)，失靈保護(hù)啟動(dòng)回路會(huì)啟動(dòng)站內(nèi)的失靈保護(hù)系統(tǒng)，經(jīng)失靈保護(hù)邏輯判別后，迅速跳開(kāi)母聯(lián)斷路器，并把與故障斷路器接于同一段母線(xiàn)的其他所有斷路器跳開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)故障隔離。根據(jù)GB14285—93《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的要求，220 kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)均應(yīng)配置失靈保護(hù)。110 kV電壓等級(jí)通常未配置失靈保護(hù)功能。然而，隨著電網(wǎng)發(fā)展規(guī)模越來(lái)越大，受短路電流水平和系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式以及供電可靠性的要求越來(lái)越高，在現(xiàn)有220 kV變電站的110 kV側(cè)配置失靈保護(hù)將是未來(lái)保護(hù)配置的趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)220 kV及以上系統(tǒng)的失靈保護(hù)的相關(guān)研究已趨于成熟。某些失靈保護(hù)能自行實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電流的監(jiān)測(cè)與間隔所屬母線(xiàn)的判別功能，即各保護(hù)間隔僅提供跳閘接點(diǎn)作為母差保護(hù)失靈開(kāi)入，因其大幅簡(jiǎn)化了接線(xiàn)而便于維護(hù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于220 kV及以上的變電站。當(dāng)220 kV變電站110 kV系統(tǒng)的電氣主接線(xiàn)為雙母帶旁母時(shí)，考慮到主變變中代路情況的失靈回路設(shè)計(jì)，較常規(guī)220 kV變電站220 kV系統(tǒng)雙母接線(xiàn)的失靈回路更為復(fù)雜，不適用于新型的母線(xiàn)保護(hù)裝置。因此，現(xiàn)以某公司220 kV變電站的改造經(jīng)驗(yàn)為例，研究適應(yīng)于新型母線(xiàn)的保護(hù)裝置，并考慮在最復(fù)雜接線(xiàn)方式下的110 kV系統(tǒng)上增配失靈保護(hù)的設(shè)計(jì)方案。

1 變電站110 kV母線(xiàn)失靈保護(hù)介紹

110 kV母差失靈一體化保護(hù)改造是在原有110 kV母線(xiàn)保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加失靈回路以實(shí)現(xiàn)斷路器失靈保護(hù)功能的改造。該220 kV變電站的110 kV母線(xiàn)保護(hù)采用南京南瑞繼保電氣有限公司的PCS-915系列微機(jī)母線(xiàn)保護(hù)，具備母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、母聯(lián)非全相保護(hù)、母聯(lián)死區(qū)保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)及斷路器失靈保護(hù)功能。

1.1 母聯(lián)失靈保護(hù)邏輯

母聯(lián)失靈保護(hù)邏輯如圖1所示。當(dāng)保護(hù)向母聯(lián)發(fā)出跳閘指令后，經(jīng)整定延時(shí)母聯(lián)電流仍然大于母聯(lián)失靈電流定值時(shí)，母聯(lián)失靈保護(hù)經(jīng)各母線(xiàn)電壓閉鎖分別跳相應(yīng)的母線(xiàn)。母差保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、母聯(lián)非全相保護(hù)以及外部啟動(dòng)母聯(lián)失靈開(kāi)入均可以啟動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)。母聯(lián)失靈保護(hù)功能固定投入。

1.2 斷路器失靈保護(hù)邏輯

斷路器失靈保護(hù)邏輯如圖2，3所示。斷路器失靈保護(hù)由母線(xiàn)上各連接元件保護(hù)裝置提供的保護(hù)跳閘接點(diǎn)啟動(dòng)。輸入110 kV母線(xiàn)保護(hù)裝置的跳閘接點(diǎn)有2種。

(1)分相跳閘接點(diǎn)。分別對(duì)應(yīng)各元件保護(hù)裝置的跳A相、跳B(niǎo)相、跳C相，當(dāng)失靈保護(hù)保護(hù)檢測(cè)到此接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，若該元件的對(duì)應(yīng)相電流大于失靈相電流定值，則經(jīng)過(guò)失靈保護(hù)電壓閉鎖啟動(dòng)失靈保護(hù)。

(2)三相跳閘接點(diǎn)TJ。當(dāng)失靈保護(hù)檢測(cè)到此接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)，若該元件的任一相電流大于失靈相電流定值(或零序電流大于零序電流定值，或負(fù)序電流大于負(fù)序電流定值)，則經(jīng)過(guò)失靈保護(hù)電壓閉鎖啟動(dòng)失靈保護(hù)。

失靈保護(hù)啟動(dòng)后經(jīng)跟跳延時(shí)再次動(dòng)作于該元件斷路器，經(jīng)跳母聯(lián)延時(shí)動(dòng)作于母聯(lián)，經(jīng)失靈延時(shí)切除該元件所在母線(xiàn)的各個(gè)連接元件。

圖1 母聯(lián)失靈保護(hù)邏輯

圖2 斷路器失靈保護(hù)邏輯(線(xiàn)路支路)

圖3 斷路器失靈保護(hù)邏輯(主變支路)

由圖3可見(jiàn)，對(duì)于主變支路的斷路器失靈保護(hù)邏輯，裝置另設(shè)“失靈解除電壓閉鎖”開(kāi)入。為防止主變低壓側(cè)故障且中壓側(cè)開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，中壓側(cè)母線(xiàn)的電壓閉鎖靈敏度有可能不夠的情況，可同時(shí)將主變另一對(duì)跳閘接點(diǎn)接至“失靈解除電壓閉鎖”開(kāi)入，該接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)允許解除電壓閉鎖。

同時(shí)，失靈保護(hù)還為主變支路提供了聯(lián)跳主變其他各側(cè)開(kāi)關(guān)的功能。220 kV主變110 kV側(cè)開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，220 kV系統(tǒng)將經(jīng)過(guò)220 kV主變向110 kV母線(xiàn)故障點(diǎn)提供很大的短路電流，若僅依靠主變的后備保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)去切除220 kV和10 kV斷路器，在此延時(shí)的時(shí)間內(nèi)可能造成220 kV主變燒毀的嚴(yán)重后果，因此110 kV失靈保護(hù)需要具備主變變中失靈聯(lián)跳三側(cè)的功能。

2 線(xiàn)路及母聯(lián)支路失靈改造方案研究

2.1 線(xiàn)路支路

受110 kV斷路器三相式控制方式的限制，110 kV線(xiàn)路保護(hù)無(wú)法提供分相跳閘接點(diǎn)，僅能提供三相跳閘接點(diǎn)作為三相失靈開(kāi)入。由前述可知，當(dāng)母線(xiàn)保護(hù)檢測(cè)到三相失靈開(kāi)入置“1”后，若該間隔的任一相電流大于定值，則均可經(jīng)復(fù)壓判據(jù)啟動(dòng)失靈保護(hù),故僅使用三相跳閘接點(diǎn)即能夠滿(mǎn)足失靈保護(hù)要求。

該220 kV變電站的110 kV線(xiàn)路間隔多采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS941B或RCS943B型保護(hù)裝置，應(yīng)采用1組備用跳閘接點(diǎn)作為三相跳閘啟動(dòng)失靈開(kāi)入母差保護(hù)，該線(xiàn)路的失靈回路如圖4所示。

圖4 線(xiàn)路支路啟動(dòng)失靈回路

2.2 母聯(lián)支路

由前述可知，對(duì)于PCS-915型母線(xiàn)保護(hù)裝置，外部啟動(dòng)母聯(lián)失靈開(kāi)入并非母聯(lián)失靈保護(hù)的必要條件。當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生故障且出現(xiàn)母聯(lián)斷路器拒動(dòng)的情況時(shí)，可通過(guò)母差保護(hù)或母聯(lián)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)母聯(lián)失靈保護(hù)。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，雖然母聯(lián)1012開(kāi)關(guān)單獨(dú)配備了南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS9611AII型保護(hù)裝置，但其長(zhǎng)期退出運(yùn)行。母聯(lián)充電及母聯(lián)過(guò)流保護(hù)均由PCS-915母線(xiàn)保護(hù)實(shí)現(xiàn)。因此，單獨(dú)設(shè)計(jì)外部啟動(dòng)母聯(lián)失靈回路并無(wú)意義,本次失靈改造未設(shè)計(jì)相關(guān)回路。

3 主變支路失靈改造方案研究

主變支路的失靈改造方案應(yīng)包括啟動(dòng)失靈回路、失靈解除復(fù)壓閉鎖回路以及失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)回路，對(duì)于一次電氣主接線(xiàn)具備旁路母線(xiàn)的，還應(yīng)考慮主變變中旁路代路時(shí)的相關(guān)失靈回路。以該變電站1號(hào)主變支路失靈改造方案為例，對(duì)上述回路進(jìn)行介紹。

3.1 啟動(dòng)失靈回路

220 kV主變保護(hù)采用南京南瑞繼保電氣有限公司RCS-978G2型保護(hù)裝置，啟動(dòng)失靈回路應(yīng)采用電氣量保護(hù)的備用跳閘接點(diǎn)作為三相跳閘啟動(dòng)失靈開(kāi)入母差保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)保護(hù)跳閘出口及矩陣如表1所示。

表1 主變保護(hù)跳閘出口及矩陣

由表1可知，跳1101啟動(dòng)失靈應(yīng)與跳1101取自同一出口，故可選用D2的1A27-1A29節(jié)點(diǎn)用于跳變中啟動(dòng)失靈回路。由于220 kV主變保護(hù)為雙重化配置，而110 kV系統(tǒng)僅配置1套母線(xiàn)保護(hù)，故可采用主一與主二保護(hù)跳閘節(jié)點(diǎn)并聯(lián)方式(即“二對(duì)一”方式)啟動(dòng)主變失靈，其失靈回路如圖5所示。

3.2 失靈解除復(fù)壓閉鎖回路

按照國(guó)網(wǎng)公司《十八項(xiàng)反措》要求，為提高可靠性，失靈解除復(fù)壓閉鎖與跳1101開(kāi)關(guān)啟動(dòng)失靈所用接點(diǎn)應(yīng)分別取自不同的繼電器。由表1可見(jiàn)，D9位控制字未被占用，故采用D9的1B22-1B24接點(diǎn)作為失靈解除復(fù)壓閉鎖開(kāi)入母差保護(hù)。同時(shí)在整定主變保護(hù)定值時(shí)，跳閘矩陣中D9位應(yīng)與D2位同時(shí)投退。與啟動(dòng)失靈回路相同，失靈解除復(fù)壓閉鎖回路為“二對(duì)一”方式，其回路如圖6所示。

圖5 主變支路啟動(dòng)失靈回路

圖6 主變變中開(kāi)關(guān)失靈解除復(fù)壓閉鎖回路

3.3 失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)回路

一旦變壓器啟動(dòng)失靈，則要求失靈保護(hù)同時(shí)跳主變?nèi)齻?cè)。因此，在不增加失靈保護(hù)出口數(shù)量的前提下，可以將失靈保護(hù)跳主變回路接至變壓器非電量啟動(dòng)回路中。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，可利用主變突變非電量(或其他非延時(shí)跳閘非電量)保護(hù)去實(shí)現(xiàn)失靈聯(lián)跳功能。

失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)回路如圖7所示，將母線(xiàn)保護(hù)失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)出口節(jié)點(diǎn)引至主變非電量保護(hù)，通過(guò)備用壓力突變繼電器J9完成失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)的功能。當(dāng)110 kV母線(xiàn)保護(hù)的主變支路失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)，對(duì)應(yīng)失靈聯(lián)跳接點(diǎn)閉合，使繼電器J9勵(lì)磁，對(duì)應(yīng)J9常開(kāi)接點(diǎn)閉合，啟動(dòng)非電量跳閘繼電器TJ，完成主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘。

3.4 旁路代路時(shí)的啟動(dòng)失靈回路

關(guān)于旁路代主變斷路器啟動(dòng)失靈保護(hù)的相關(guān)問(wèn)題，存在直接利用主變保護(hù)啟動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)失靈而退出旁路斷路器啟動(dòng)失靈的方案。但該方案遭到了相關(guān)學(xué)者的否定，認(rèn)為該方案最大的問(wèn)題是不能自動(dòng)識(shí)別旁路斷路器所接具體母線(xiàn)，因而沒(méi)有解決具體為哪條母線(xiàn)啟動(dòng)失靈的問(wèn)題。同時(shí)提出了旁路代路運(yùn)行時(shí)，旁路斷路器、變壓器斷路器啟動(dòng)失靈裝置同時(shí)投入，采用變壓器啟動(dòng)失靈裝置第一時(shí)限完成解除復(fù)壓功能，并用旁路斷路器啟動(dòng)失靈電流判別觸點(diǎn)串接旁路斷路器操作箱TJR觸點(diǎn)及旁路斷路器位置觸點(diǎn)啟動(dòng)失靈保護(hù)的方案。

圖7 失靈聯(lián)跳主變?nèi)齻?cè)回路

然而，由于保護(hù)裝置的發(fā)展，新型的母線(xiàn)保護(hù)裝置已經(jīng)具備了檢測(cè)支路開(kāi)關(guān)電流以及判別支路所屬母線(xiàn)的功能。因此，該220 kV變電站旁路代路的啟動(dòng)失靈方案設(shè)計(jì)為：直接利用主變保護(hù)啟動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)失靈，并與主變保護(hù)失靈解復(fù)壓相配合。當(dāng)主變變中由旁路代路發(fā)生故障而旁路開(kāi)關(guān)拒動(dòng)時(shí)，110 kV母線(xiàn)保護(hù)收到來(lái)自主變保護(hù)的起動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)失靈開(kāi)入及解除失靈復(fù)壓閉鎖開(kāi)入，經(jīng)自身判斷旁路開(kāi)關(guān)電流及旁路開(kāi)關(guān)所接母線(xiàn)位置后，斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，隔離故障。

旁路開(kāi)關(guān)啟動(dòng)失靈回路如圖8所示。由于跳1030啟動(dòng)失靈應(yīng)與跳1030取自同一出口，故選用D2的1B1-1B3節(jié)點(diǎn)作為三相跳閘啟動(dòng)失靈開(kāi)入母差保護(hù)。當(dāng)主變變中正常運(yùn)行時(shí)，退出主變主I保護(hù)屏1LP22、主II保護(hù)屏2LP22壓板，投入1LP23、2LP23壓板；當(dāng)主變變中由旁路代路運(yùn)行時(shí)，退出主變主I保護(hù)屏1LP23、主II保護(hù)屏2LP23壓板，投入1LP22，2LP22壓板，主變失靈解除復(fù)壓閉鎖1LP27，2LP27長(zhǎng)期投入運(yùn)行。

圖8 旁代主變時(shí)的起動(dòng)失靈回路

4 結(jié)束語(yǔ)

以某220 kV變電站的110 kV母差失靈一體化保護(hù)改造工程為例，結(jié)合110 kV斷路器控制回路特點(diǎn)，研究了220 kV變電站110 kV電壓等級(jí)的失靈改造方案，涵蓋了母聯(lián)支路、線(xiàn)路支路及主變支路的完整失靈回路，并考慮到了主變變中旁路代路時(shí)的啟動(dòng)失靈回路。

該工程完成后，全站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，不僅使110 kV母線(xiàn)的運(yùn)行方式更加靈活，也大大縮短了斷路器失靈時(shí)的故障切除時(shí)間，有效地提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

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