500kV楊高站站域保護優(yōu)化方案

周駿，徐楠，王勇

（國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200122）

1 背景及目標

根據(jù)華東電網(wǎng)方式計算結(jié)論，直流受端交流故障將引起直流換相失敗，一次換相失敗恢復(fù)時間大約200ms，如同時發(fā)生兩回及以上直流連續(xù)兩次換相失敗，即使采取切除送端2000萬kW左右機組、并閉鎖直流等措施，送端電網(wǎng)仍無法穩(wěn)定運行。當發(fā)生死區(qū)故障或者開關(guān)失靈時，現(xiàn)有死區(qū)及失靈保護動作跳相鄰斷路器隔離故障時間基本晚于故障后400ms，無法滿足要求穩(wěn)定要求。500kV死區(qū)及失靈保護在死區(qū)故障或者開關(guān)失靈拒動時，能在故障后200ms內(nèi)完成故障隔離，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度。

2 裝設(shè)斷路器死區(qū)及失靈保護的意義

根據(jù)目前上海500kV電網(wǎng)繼電保護的配置以及整定原則，500kV變電站內(nèi)500kV串內(nèi)發(fā)生死區(qū)短路故障或斷路器失靈時，需通過斷路器失靈保護動作切除故障，在故障發(fā)生后400ms才能切除故障。尤其隨著大直流、新能源的大量接入，諸如直流換相失敗等故障已成為影響電網(wǎng)安全的重要故障。在重要的500kV 樞紐變電站中裝設(shè)500kV站域死區(qū)失靈保護后，當發(fā)生死區(qū)故障或開關(guān)失靈拒動時，可以在故障后200ms 時間內(nèi)完成故障的隔離，進而減少直流換相失敗次數(shù)，提高直流送、受端系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。對于僅在開關(guān)一次側(cè)裝設(shè)CT會出現(xiàn)如圖1狀況。

（1）F1和F3故障時，開關(guān)不跳開，無法通過電氣量區(qū)分設(shè)備一般區(qū)內(nèi)故障和死區(qū)故障。

（2）F1故障時5021和5011開關(guān)不跳開，無法通過電氣量選出死區(qū)故障所在串。

（3）開關(guān)不跳開，本站死區(qū)故障，本站所有線路對側(cè)遠方就地判據(jù)均滿足。所以加裝斷路器死區(qū)及失靈保護對于加快隔離故障，提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度有著重大的意義。

圖1

對于雙側(cè)流變（如圖2）。在開關(guān)與流變之間發(fā)生故障時，母差保護與主變差動保護會同時動作，跳開母線上的所有開關(guān)，5003相鄰開關(guān)以及主變各側(cè)開關(guān)，實現(xiàn)對故障點的隔離。因此不存在死區(qū)問題。

圖2

3 站域保護與現(xiàn)有斷路器死區(qū)及失靈保護相同點與不同點

3.1 現(xiàn)在的死區(qū)及失靈保護邏輯（如圖3）

圖3

站域保護在保護邏輯上和現(xiàn)有的死區(qū)及失靈保護本質(zhì)是相同的，均是在相關(guān)設(shè)備保護，如線路保護、母線保護和主變保護，動作之后仍然無法隔離故障時動作，通過擴大切除范圍以隔離故障，如跳相鄰開關(guān)或者遠跳線路對側(cè)，兩者的主判據(jù)基本一致：設(shè)備保護動作不返回且電流條件滿足。站域保護與現(xiàn)有的斷路器死區(qū)及失靈保護主要區(qū)別在于站域保護需要在故障后200ms內(nèi)完成故障隔離，加快故障隔離時間，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。由于失靈和死區(qū)保護均需要可靠躲過開關(guān)分閘和熄弧的時間；因此失靈和死區(qū)可優(yōu)化的時間主要是現(xiàn)有的時間裕度，如圖4。

圖4

3.2 站域保護與現(xiàn)有的斷路器死區(qū)及失靈保護在實現(xiàn)遠跳上的區(qū)別

現(xiàn)有的死區(qū)及失靈保護實現(xiàn)遠跳的延時：失靈保護開出接點延時+線路保護開入防抖延時+縱聯(lián)通道延時+對側(cè)線路保護信號防抖延時+遠跳保護開入防抖就地判別延時。

優(yōu)化后的死區(qū)及失靈保護實現(xiàn)遠跳的延時：失靈保護開出接點延時+縱聯(lián)通道延時+遠跳保護開入防抖就地判別延時。

可以看出，優(yōu)化后的死區(qū)及失靈保護合并壓縮了遠跳環(huán)節(jié)的延時。綜上所述,死區(qū)和失靈保護動作時間優(yōu)化主要集中在現(xiàn)有的分閘和熄弧確認時間裕度以及各環(huán)節(jié)確認延時。

4 斷路器失靈保護動作原理

站域保護要在200ms內(nèi)隔離故障點，動作時序（遠跳）如圖5所示。

圖5

假設(shè)：本側(cè)和對側(cè)開關(guān)動作速度為60ms；出口接點動作時間5sm；通道延時5ms。則本側(cè)通道需在故障后200-(60+5+5) ms即開始向?qū)?cè)發(fā)遠跳令,按200ms跳開對側(cè)開開關(guān)，則本側(cè)需在故障后130ms即向?qū)?cè)發(fā)遠跳令，即失靈或者死區(qū)保護動作時間不得高于130ms。

本側(cè)開關(guān)跳開的越快，留給發(fā)遠跳令前進行各類返回判別的時間越多，反之越少。站域保護動作行為：30ms時母差保護動作跳邊開關(guān)，T3時刻失靈保護動作跳中開關(guān)同時發(fā)遠跳給對側(cè)，經(jīng)通道延時跳對側(cè)相應(yīng)開關(guān)。本串相關(guān)斷路器180ms斷開，變電站對側(cè)相關(guān)斷路器185ms斷開。死區(qū)故障或開關(guān)失靈情況可靠在200ms內(nèi)全部切除。斷路器失靈保護動作邏輯（如圖6）。

圖6

按200ms切除故障要求，T1取值120ms，T2取值90ms，T3 取值 90ms，Tyt取值 5ms。

M站保護電流條件滿足持續(xù)T1未返回+ M站設(shè)備保護動作，且電流條件滿足持續(xù)動作T2 =M站死區(qū)故障或者是開關(guān)失靈，跳相鄰開關(guān)并遠跳對側(cè)(N站) 。非失靈串或者非死區(qū)串，開關(guān)跳開后，由于電流條件T1時間內(nèi)返回而判據(jù)自然返回。N站就地判據(jù)持續(xù)滿足T3未返回+N站收到遠跳信號+N站Tyt延時=M站死區(qū)故障或者開關(guān)失靈，跳相應(yīng)開關(guān)。

[1]國網(wǎng)上海檢修公司楊高站 500kV 系統(tǒng)死區(qū)及失靈保護優(yōu)化專項改造工程可行性研究報告，2017.

[2]500kV死區(qū)及失靈保護配置方案，南瑞繼保，2017.

[3]斷路器死區(qū)失靈保護整體配置方案，長園深瑞，2017.