500 kV常規(guī)變電站加裝站域保護(hù)可行性分析

楊茂亭，侯慧軍，胡云龍，李清泉

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引 言

目前，公司所轄部分500 kV變電站500 kV設(shè)備區(qū)為敞開(kāi)式布置，開(kāi)關(guān)電流互感器配置在單側(cè)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，有可能出現(xiàn)保護(hù)死區(qū)。目前，死區(qū)保護(hù)完全切除故障的時(shí)間在400 ms以上，主要是考慮到開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、電流互感器的死區(qū)故障。如果故障切除時(shí)間超過(guò)200 ms，將導(dǎo)致?lián)Q相失敗。在有特高壓直流落點(diǎn)的區(qū)域電網(wǎng)中，對(duì)受端系統(tǒng)，若發(fā)生常規(guī)單永N-1故障，會(huì)導(dǎo)致單回或多回直流1次換相失?。ㄟB續(xù)三次換相失敗，將導(dǎo)致華東、華北跨網(wǎng)）；對(duì)送端系統(tǒng)，考慮故障情況下開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、電流互感器死區(qū)故障，雖無(wú)換相失敗風(fēng)險(xiǎn)，但會(huì)導(dǎo)致直流功率大幅跌落。因此，為了消除上述故障帶來(lái)的影響，需要將死區(qū)故障完全切除的時(shí)間控制到200 ms以內(nèi)。具體地，采用加裝站域保護(hù)的方法將故障完全切除的時(shí)間從400 ms壓縮至200 ms。

針對(duì)智能變電站，衍伸出了站域繼電保護(hù)的概念。站域保護(hù)的動(dòng)作理念類似于廣域保護(hù)，而后者在繼電保護(hù)方面的核心思想在于：計(jì)及廣域信息數(shù)據(jù)的采樣存在同步、傳遞存在延時(shí)、可靠性及安全性等局限，廣域保護(hù)主要側(cè)重于后備保護(hù)方面；站域保護(hù)的面向?qū)ο髣t集中在站內(nèi)變壓器、母線等電氣元件，而非面向于涵蓋多個(gè)變電站及輸電線路的電網(wǎng)區(qū)域。相對(duì)廣域性質(zhì)來(lái)說(shuō)，它所需的信息量比較有限，其動(dòng)作處理和運(yùn)行策略構(gòu)建的復(fù)雜程度相對(duì)要低，理論上更易于實(shí)際的工程應(yīng)用[1-4]。站域保護(hù)在智能變電站中有著良好的應(yīng)用效果，包括相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，可以大幅簡(jiǎn)化設(shè)備的連接方式和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。除提高系統(tǒng)的可靠性外，還能夠集成專用信息，形成統(tǒng)一的資源傳輸支持平臺(tái)，達(dá)到站內(nèi)多資源信息的共享[5-6]。對(duì)于不滿足電流互感器布置的敞開(kāi)式變電站，加裝站域保護(hù)比加裝光電流互感器能夠減少一次設(shè)備的變動(dòng)，減少大量人力財(cái)力，是目前一種較有效的方案。

1 實(shí)施方案

施工前期經(jīng)過(guò)研討確定了采用加裝光電流互感器與加裝站域保護(hù)兩種施工方案。第一種方案加裝光電流互感器的主要構(gòu)思為：在500 kV配置單側(cè)CT的開(kāi)關(guān)，另外一側(cè)加裝光；光電流互感器采用三重化冗余配置，與常規(guī)CT構(gòu)成死區(qū)差動(dòng)保護(hù)，提高運(yùn)行可靠性；按串配置死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)；當(dāng)發(fā)生開(kāi)關(guān)死區(qū)故障時(shí)，保護(hù)直接跳本串相關(guān)開(kāi)關(guān)，采用專用光纖通道直連方式遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)，達(dá)到快速切除死區(qū)故障的目的。同時(shí)，需要在對(duì)側(cè)變電站增設(shè)一面保護(hù)屏。第二種方案加裝站域保護(hù)的主要構(gòu)思為：在變電站內(nèi)加裝多間隔信息綜合判別裝置，按雙重化配置組立保護(hù)屏、測(cè)控屏和故障錄波器屏，并在相應(yīng)線路的對(duì)側(cè)變電站增設(shè)配套屏柜，該方案以二次接線為主，不牽扯一次設(shè)備的變動(dòng)。

1.1 加裝光電流互感器

在500 kV配置單側(cè)電流互感器的開(kāi)關(guān)，另外一側(cè)加裝光電流互感器。光電流互感器采用三重化冗余配置，與常規(guī)電流互感器構(gòu)成死區(qū)差動(dòng)保護(hù)，提高運(yùn)行可靠性；按串配置死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)，當(dāng)發(fā)生開(kāi)關(guān)死區(qū)故障時(shí)，保護(hù)直接跳本串相關(guān)開(kāi)關(guān)，采用專用光纖通道直連方式遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)，達(dá)到快速切除死區(qū)故障的目的。

加裝光電流互感器的方案不改變現(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)，新增了死區(qū)差動(dòng)保護(hù)，將死區(qū)故障完全切除時(shí)間壓縮到了合理范圍，解決了特高壓直流系統(tǒng)對(duì)快速切除死區(qū)故障的要求，提高了系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度。但是，該方案一次設(shè)備施工難度較大，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況考慮：

（1）在原有變電站基礎(chǔ)上的土建施工；

（2）光電流互感器本體安裝到導(dǎo)線金具上方案；

（3）光電流互感器底部與斷路器底座鋼架固定。

可見(jiàn)，在500 kV常規(guī)變電站500 kV敞開(kāi)式設(shè)備區(qū)加裝光電流互感器，對(duì)一次施工難度較大，需要考慮相鄰一次設(shè)備停電等諸多因素。

1.2 加裝站域保護(hù)

按串配置多間隔信息綜合判別裝置。當(dāng)發(fā)生開(kāi)關(guān)死區(qū)（失靈）故障時(shí)，保護(hù)直接跳本串相關(guān)開(kāi)關(guān)，采用專用光纖通道直連方式遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)，達(dá)到快速切除死區(qū)故障的目的。

該方案不改變現(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)，新增多間隔信息綜合判別裝置，將死區(qū)（失靈）故障完全切除時(shí)間從405 ms壓縮到195 ms以內(nèi)，解決了特高壓直流系統(tǒng)對(duì)快速切除死區(qū)（失靈）故障的要求，提高了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定裕度。

按串配置雙重化的多間隔信息綜合判別裝置，同時(shí)接入所在串常規(guī)電流互感器數(shù)據(jù)、電壓互感器數(shù)據(jù)、元件保護(hù)跳閘開(kāi)入和斷路器開(kāi)關(guān)位置，基于設(shè)備保護(hù)和電流條件不返回作為本地判據(jù)，遠(yuǎn)方超范圍阻抗元件和零序過(guò)流元件作為遠(yuǎn)方就地判據(jù)，可在195 ms內(nèi)隔離故障，實(shí)現(xiàn)快速多間隔信息綜合判別裝置，相關(guān)保護(hù)設(shè)備的電氣連接如圖1所示。

以500 kV某變電站的第一串設(shè)備為例（其他各串及對(duì)側(cè)500 kV變電站改造方案類似），介紹站域保護(hù)各主要相關(guān)回路的改造措施。

1.2.1 電流回路改造

多間隔信息綜合判別裝置需要接入所在串所有斷路器電流互感器二次電流。由于該變電站因備用繞組數(shù)量不夠，需將保護(hù)用電流串接至多間隔信息綜合判別裝置。如若電流互感器備用繞組數(shù)量滿足，可以直接使用備用繞組。第一串保護(hù)多間隔信息綜合判別A裝置串接5011、5012、5013斷路器保護(hù)所用CT二次繞組電流；保護(hù)B套裝置接入Ⅰ母線保護(hù)Ⅱ、Ⅱ母線保護(hù)Ⅱ所用CT二次繞組電流及5012斷路器CT備用繞組電流。

圖1 多間隔信息綜合判別裝置現(xiàn)場(chǎng)接線圖

1.2.2 電壓回路改造

第一串多間隔信息綜合判別裝置需接入該串中相關(guān)間隔電壓（如線路電壓、主變500kV側(cè)電壓等）。從相關(guān)電壓互感器端子箱引出兩組二次電壓，分別接至第一串多間隔信息綜合判別裝置A、B套。

1.2.3 開(kāi)關(guān)位置改造

各串多間隔信息綜合判別裝置需接入所在串全部斷路器的開(kāi)關(guān)位置，從一次設(shè)備區(qū)各個(gè)開(kāi)關(guān)匯控柜內(nèi)各引出兩組輔助接點(diǎn)，分別引至多間隔信息綜合判別裝置各串保護(hù)A、B套。

1.2.4 跳閘開(kāi)入改造

第一串多間隔信息綜合判別A裝置套需接入Ⅰ母線保護(hù)Ⅰ、該串相關(guān)間隔（如線路、主變）保護(hù)Ⅰ、Ⅱ母線保護(hù)Ⅰ的保護(hù)跳閘開(kāi)入；B套裝置需接入Ⅰ母線保護(hù)Ⅱ、該串相關(guān)間隔（如線路、主變）保護(hù)Ⅱ、Ⅱ母線保護(hù)Ⅱ的保護(hù)跳閘開(kāi)入。

1.2.5 通道改造

由于目前保護(hù)室內(nèi)多配有保護(hù)用光纖配線柜，屏內(nèi)一般會(huì)留有一定數(shù)量的備用光纖接口，可從多間隔信息綜合判別裝置敷設(shè)光纖至保護(hù)室內(nèi)光纖配線屏，再在通信機(jī)房?jī)?nèi)由通信轉(zhuǎn)接屏敷設(shè)光纖至省網(wǎng)光纖配線屏，如圖2所示。

圖2 通信機(jī)房省網(wǎng)光纖配線屏

1.2.6 GOOSE組網(wǎng)改造

各串的多間隔信息綜合判別裝置之間需要實(shí)現(xiàn)失靈聯(lián)跳功能，用于快速切除邊開(kāi)關(guān)。采用GOOSE組網(wǎng)方案，在第一串多間隔信息綜合判別裝置屏上裝設(shè)A、B網(wǎng)交換機(jī)各一套，分別接入1、2、3、4串多間隔信息綜合判別裝置A、B套裝置，實(shí)現(xiàn)信息交換和失靈聯(lián)跳。

2 可行性評(píng)價(jià)

目前，該套加裝站域保護(hù)的方案已實(shí)施于2所500 kV常規(guī)變電站的500 kV敞開(kāi)式設(shè)備區(qū)。站域保護(hù)運(yùn)行于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段，僅投入動(dòng)作信號(hào)，實(shí)際未接入跳閘開(kāi)出，現(xiàn)階段站域保護(hù)裝置運(yùn)行較為穩(wěn)定。相較于加裝光電流互感器而言，加裝站域保護(hù)裝置施工簡(jiǎn)單，安全穩(wěn)定性較高。

加裝光電流互感器方案一次施工量較大，在運(yùn)行變電站站內(nèi)使用。它離運(yùn)行設(shè)備較近，所以施工車輛和器材使用局限性較大，且光電流互感器及采集單元、合并單元運(yùn)行穩(wěn)定性有待檢驗(yàn)。光電流互感器采集電流數(shù)據(jù)需經(jīng)過(guò)多次光路轉(zhuǎn)接才能進(jìn)保護(hù)裝置，斷鏈風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。一旦斷鏈，將會(huì)閉鎖保護(hù)。

加裝站域保護(hù)方案需在現(xiàn)運(yùn)行保護(hù)裝置進(jìn)行大量的回路更改及加裝。南瑞繼保站域保護(hù)采取按串配置，通過(guò)交換機(jī)組GOOSE網(wǎng)絡(luò)，而失靈判據(jù)由操作箱TJR動(dòng)作接點(diǎn)、線路保護(hù)分相跳閘接點(diǎn)和電流判據(jù)組成，需改動(dòng)和添加回路相對(duì)較少；北京四方站域保護(hù)采取按站配置主機(jī)、按串配置從機(jī)的方案，從機(jī)負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)和出口跳閘，主機(jī)收集從機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)邏輯運(yùn)算，而失靈判據(jù)由現(xiàn)運(yùn)行各保護(hù)裝置動(dòng)作接點(diǎn)和電流判據(jù)組成，需改動(dòng)和添加回路較多。就目前實(shí)際情況而言，建議配置南瑞繼保站域保護(hù)裝置。

3 結(jié) 論

在500 kV常規(guī)變電站500 kV敞開(kāi)式設(shè)備區(qū)加裝站域保護(hù)，可以有效解決因故障切除時(shí)間超過(guò)200 ms在特高壓直流落點(diǎn)的區(qū)域電網(wǎng)中發(fā)生換相失敗而產(chǎn)生的影響。在實(shí)際施工、調(diào)試及運(yùn)行過(guò)程中，該方案相較于加裝光電流互感器，施工較為便利，施工安全性較高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

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