科特迪瓦繼電保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)分析和啟示

陸強(qiáng)勝，吳 萬，曹更新

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京211102）

0 引言

繼電保護(hù)系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的第一道防線，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。不同國家根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行習(xí)慣的不同制定了相應(yīng)的繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。本文依托南瑞繼保PCS-900系列繼電保護(hù)裝置在科特迪瓦電網(wǎng)發(fā)展和改造項(xiàng)目中225 kV 和90 kV 變電站的成功應(yīng)用，研究并總結(jié)科特迪瓦繼電保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，與國內(nèi)的繼電保護(hù)做優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，對(duì)國內(nèi)的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)提出了一些啟示，對(duì)我國企業(yè)將來參與該國電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)備選型和工程設(shè)計(jì)具有十分重要的參考價(jià)值［32］。

1 科特迪瓦繼電保護(hù)概述

科特迪瓦電網(wǎng)主要由225 kV、90 kV 和33 kV 3 個(gè)電壓等級(jí)構(gòu)成。主接線采用單母線方式居多，225 kV和90 kV 線路保護(hù)配置為三段式距離和后備過流保護(hù)；變壓器保護(hù)配置各側(cè)過流保護(hù)和外殼接地保護(hù)；33 kV僅配置過流保護(hù)；母線均沒有保護(hù)。保護(hù)以電磁式繼電器為主，安裝在繼保小室的機(jī)架上。變電站控制采用傳統(tǒng)的模擬控制屏和集中式遠(yuǎn)動(dòng)裝置（RTU）實(shí)現(xiàn)，無變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，科特迪瓦繼電保護(hù)配置相對(duì)比較落后。本次改造項(xiàng)目對(duì)變電站繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了全面升級(jí)，其中高壓線路保護(hù)均采用兩套主保護(hù)，包含“縱聯(lián)差動(dòng)+縱聯(lián)距離”或“縱聯(lián)距離1+縱聯(lián)距離2”；變壓器增加差動(dòng)和電纜接地保護(hù)；母線采用分布式差動(dòng)保護(hù)；保護(hù)控制屏柜采用IP54高防護(hù)等級(jí)的旋轉(zhuǎn)柜。配置基于IEC8650 ED2通信標(biāo)準(zhǔn)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，全面提升變電站繼電保護(hù)水平。

2 科特迪瓦保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1 通用技術(shù)特點(diǎn)

科特迪瓦變電站不同設(shè)備的保護(hù)都有其獨(dú)自的特點(diǎn)，也有一些是共性特點(diǎn)，且跟我國的產(chǎn)品規(guī)范和回路設(shè)計(jì)相比有很大不同的，比如失靈保護(hù)配置、開關(guān)位置邏輯、Lockout繼電器、跳閘監(jiān)視繼電器（TCS Relay）、合閘閉鎖回路，詳細(xì)介紹如下。

1）失靈保護(hù)

無論高壓還是中壓，所有開關(guān)均需配置失靈保護(hù)，失靈一時(shí)限跳本開關(guān)，二時(shí)限跳相鄰開關(guān)。所有保護(hù)跳開關(guān)，均需啟動(dòng)失靈，不區(qū)分是電氣量保護(hù)還是非電量保護(hù)。

2）開關(guān)位置邏輯

采用常開和常閉雙位置。僅當(dāng)兩個(gè)輸入狀態(tài)相反時(shí)，才判斷出開關(guān)位置；當(dāng)兩個(gè)輸入狀態(tài)一致時(shí)，裝置需發(fā)出告警信號(hào)，邏輯圖如圖1所示。

圖1 開關(guān)位置判斷邏輯圖Fig.1 Logic diagram of CB position

3）Lockout繼電器

該繼電器屬于雙位置繼電器，由啟動(dòng)線圈和復(fù)歸線圈組成。當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，保護(hù)發(fā)出三跳不重合閘接點(diǎn)去啟動(dòng)Lockout繼電器，該繼電器輸出自保持接點(diǎn)跳開關(guān)，同時(shí)輸出常閉接點(diǎn)閉鎖合閘回路，瞬時(shí)性故障啟動(dòng)重合閘的不能啟動(dòng)該繼電器。該繼電器支持手動(dòng)復(fù)歸、電氣復(fù)歸和遠(yuǎn)方復(fù)歸。

4）跳閘監(jiān)視繼電器

對(duì)開關(guān)跳閘回路進(jìn)行監(jiān)視，該繼電器無論在開關(guān)合位還是分位狀態(tài)下均能監(jiān)視跳閘回路完好性，一旦跳閘回路有異常，會(huì)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)發(fā)出告警，并閉鎖合閘回路。該繼電器不含電流保持回路，由保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)直接去跳閘，因此保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)動(dòng)作后需要保持一段時(shí)間，該時(shí)間需大于開關(guān)的跳開時(shí)間，以防止接點(diǎn)拉弧。

5）合閘閉鎖回路

當(dāng)開關(guān)處于分閘位置，此時(shí)保護(hù)正常運(yùn)行，Lockout繼電器未動(dòng)作，各相跳閘回路監(jiān)視繼電器均正常的情況下才允許合閘操作，任一條件不滿足均不允許合閘。分相斷路器合閘閉鎖回路如圖2所示［1-6］。

圖2 分相斷路器合閘閉鎖回路圖Fig.2 Phase-segregated CB closing block circuit

2.2 高壓線路保護(hù)特點(diǎn)

線路保護(hù)是變電站繼電保護(hù)的重要組成之一，是變電站可靠穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障，也是二次設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)之一?？铺氐贤呔€路保護(hù)采用雙套主保護(hù)，一套縱聯(lián)差動(dòng)或縱聯(lián)距離，另一套是縱聯(lián)距離。雙套距離的其中一套采用輸電線路載波方式交換信號(hào)?？铺氐贤呔€路保護(hù)在距離特性、運(yùn)行方式等方面有其獨(dú)特的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹如下。

1）距離保護(hù)特性

采用平行四邊形特性，非圓特性。其中距離I，II，III段為正方向，保護(hù)正方向線路故障，IV段為反方向，保護(hù)線路反方向出口處故障，采用該特性的優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)抗過渡電阻能力增強(qiáng)，電阻定值可以整定，缺點(diǎn)是存在故障超越的可能，四邊形特性如圖3所示。

圖3 距離保護(hù)四邊形特性Fig.3 Characteristic of quadrilateral distance

2）線路帶電檢修功能

在線路測(cè)控屏設(shè)置“線路帶電檢修”功能投退把手（TST），當(dāng)工程師帶電檢修線路時(shí)，把手需切換到“投入”位置，此時(shí)線路發(fā)生任何故障，保護(hù)均不經(jīng)任何延時(shí)直接跳閘并且閉鎖重合閘，以保障檢修工程師安全。

3）電壓保護(hù)

在線路測(cè)控屏設(shè)置“低壓/過壓”功能投退把手（27/59），正常狀態(tài)，把手在“投入”位置，當(dāng)線路充電時(shí)，為了防止電壓保護(hù)誤動(dòng)作，把手需切換到“退出”位置，退出過電壓和低電壓保護(hù)。

4）檢同期功能

線路測(cè)控屏設(shè)置合閘檢同期方式選擇把手，用來控制手合和重合閘檢同期方式。檢同期方式共分為3種：LB&DL（檢母線有壓線路無壓）；DB&LL（檢母線無壓線路有壓）；LB&LL（檢母線有壓線路有壓并檢同期）。當(dāng)保護(hù)或測(cè)控裝置失電時(shí)，需用手動(dòng)檢同期方式，采用輔助繼電器搭接手動(dòng)檢同期回路。

5）重合閘互切

科特迪瓦變電站設(shè)計(jì)中線路保護(hù)屏柜是放置在戶外就地保護(hù)小室，為了方便運(yùn)行人員操作，將線路重合閘方式選擇把手設(shè)置在測(cè)控屏，測(cè)控屏放置在主控室。兩套線路主保護(hù)均含有重合閘功能，正常運(yùn)行只投主保護(hù)1，當(dāng)主保護(hù)1故障時(shí)，自動(dòng)投入主保護(hù)2，主保護(hù)1 的裝置故障接點(diǎn)輸出給主保護(hù)2，用于啟動(dòng)主保護(hù)2的重合閘功能。當(dāng)主保護(hù)1 恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)切換為主保護(hù)1［23-31］。

TV斷線判據(jù)：增加三相電壓和同期電壓空開常閉位置接點(diǎn)輸入，當(dāng)電壓空開斷開，裝置失壓，此時(shí)裝置自動(dòng)退出跟電壓相關(guān)的保護(hù)功能。線路保護(hù)部分開入如圖4所示。

圖4 線路保護(hù)部分開入示意圖Fig.4 Part of binary inputs of line relay

2.3 高壓變壓器保護(hù)特點(diǎn)

科特迪瓦高壓變壓器采用三相雙繞組有載調(diào)壓變壓器，接線方式Y(jié)Nynd1，高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地，中壓側(cè)經(jīng)電阻接地，變壓器外殼接地配置獨(dú)立的零序電流互感器。保護(hù)配置常規(guī)的變壓器差動(dòng)和各側(cè)過流后備保護(hù)外，還有一些特殊的保護(hù)，具體說明如下。

1）外殼接地保護(hù)

主變外殼經(jīng)過電流互感器接地，當(dāng)外殼與帶電部位（內(nèi)部或者外部）發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，故障電流會(huì)流過電流互感器，為此配置單獨(dú)的外殼接地保護(hù)，將電流互感器的電流接入過流保護(hù)裝置，過流保護(hù)裝置檢測(cè)到故障電流時(shí)快速跳閘，外殼接地保護(hù)具有很高的靈敏性，最小的故障電流定值可以設(shè)置為40 A（一次值），圖5 為外殼接地保護(hù)示意圖［19-20］。

圖5 外殼接地保護(hù)示意圖Fig.5 Schematic diagram of shell earthing protection

2）電纜接地保護(hù)

當(dāng)?shù)蛪哼M(jìn)線為電纜進(jìn)線時(shí)，電纜屏蔽層經(jīng)過零序電流互感器接地，當(dāng)電纜損壞，帶電部位發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，故障電流會(huì)流過電流互感器，為此配置單獨(dú)的電纜接地保護(hù)，將電流互感器的電流接入過流保護(hù)裝置，過流保護(hù)裝置檢測(cè)到故障電流時(shí)快速跳閘，電纜接地保護(hù)具有很高的靈敏性，電纜接地保護(hù)示意圖如圖6所示。

圖6 電纜接地保護(hù)示意圖Fig.6 Schematic diagram of cable earthing protection

3）主變低后備電阻接地保護(hù)（EPATR）

采用EPATR B型曲線（電流-時(shí)間特性）。該曲線一般用于延時(shí)靈敏零流保護(hù)，且僅存在于靈敏零流保護(hù)1段和2段。該曲線基于一次電流定值，采用的靈敏SEF TA 比率為100：1 A。EPATR 功能投入時(shí)，跳閘分3個(gè)時(shí)限：0 s、1.5 s、165 s，對(duì)應(yīng)3個(gè)出口，分別接至低壓側(cè)開關(guān)柜的柜頂小母線，0 s跳特殊運(yùn)行方式RSE B的出線，1.5 s 跳特殊運(yùn)行方式RSE A 下的出線，165 s 跳母聯(lián)和進(jìn)線。EPATR特性曲線如圖7所示。

圖7 EPATR特性曲線圖Fig.7 EPATR characteristic curve

主變非電量保護(hù)可以采用獨(dú)立的非電量裝置，也可以采用輔助繼電器重動(dòng)方式，不管什么方式，非電量保護(hù)動(dòng)作均需要啟動(dòng)主變各側(cè)開關(guān)失靈保護(hù)。國內(nèi)對(duì)于非電量保護(hù)是不允許啟動(dòng)失靈保護(hù)的，這是一個(gè)重要的差異［7-12］。

2.4 高壓母線保護(hù)特點(diǎn)

科特迪瓦變電站母線之前都是單母線，且不配置保護(hù)，升級(jí)后高壓母線均改為雙母線，母差保護(hù)按照單套配置，且不采用集中式母差保護(hù)，而是使用分布式母差保護(hù)，這個(gè)跟其采用小室布置有關(guān)。分布式母差保護(hù)子單元安裝在各個(gè)間隔的保護(hù)屏里，各間隔保護(hù)屏分散安裝在繼保小室，每?jī)蓷l線路放在一個(gè)小室，主變一個(gè)小室。主單元放置在其中一個(gè)繼保小室。母差子單元采集間隔電流、刀閘位置、斷路器位置以及失靈啟動(dòng)信號(hào)，通過光纖傳輸給主單元做邏輯運(yùn)算，母差主單元通過光纖發(fā)送跳閘命令跳開關(guān)，實(shí)現(xiàn)母差跳閘功能，分布式母差示意圖如圖8所示［21-22］。

2.5 中壓饋線保護(hù)特點(diǎn)

科特迪瓦33 kV 主接線為單母或單母分段方式，采用空氣絕緣金屬封閉開關(guān)柜，保護(hù)除了配置常規(guī)過流保護(hù)以外，進(jìn)線柜需配置額外的交流保護(hù)和低功率跳閘線圈，出線柜分3種運(yùn)行方式等。

圖8 分布式母差示意圖Fig.8 Schematic diagram of distributed busbar protection

進(jìn)線柜：在常規(guī)直流供電的過流保護(hù)裝置外，為了防止直流電源失電，如此時(shí)發(fā)生故障，開關(guān)將無法跳開，故障無法切除，會(huì)引起事故范圍的擴(kuò)大。為此額外配置一臺(tái)交流電源供電的過流保護(hù)裝置和一組交流跳閘線圈，該過流保護(hù)和交流跳閘線圈均從電流互感器取電，由于電流互感器的輸出功率比較小，為了可靠跳閘，跳閘線圈需采用特殊的低功率線圈。

出線柜：采用3 種運(yùn)行方式：1）正常運(yùn)行方式（RNE）。該方式下所有保護(hù)按照定值區(qū)整定的延時(shí)動(dòng)作跳閘，重合閘是否啟用由重合閘把手位置決定，定時(shí)電阻接地（TRT）跳閘延時(shí)165 s。2）特殊運(yùn)行方式A（RSE A）。和最大零序過流保護(hù)，重合閘功能停用，EPATR保護(hù)功能跳閘延時(shí)1.2 s。定時(shí)電阻接地（TRT）跳閘延時(shí)1.5 s。3）特殊運(yùn)行方式B（RSE B）。該方式下保護(hù)均瞬時(shí)跳閘，不經(jīng)過延時(shí)。投入最大相電流保護(hù)。重合閘功能停用，零序過流保護(hù)停用，EPATR 功能停用。定時(shí)電阻接地保護(hù)（TRI）瞬時(shí)跳閘。

三相三次重合閘：1）故障150 ms保護(hù)跳閘，300 ms第一次重合閘動(dòng)作合上開關(guān)，如果故障繼續(xù)存在，500 ms內(nèi)切除故障，如無故障，開關(guān)帶線路運(yùn)行。2）如重合于故障，開關(guān)再次跳開后15 s 第二次重合閘動(dòng)作，如果故障繼續(xù)存在，則500 ms內(nèi)再次切除故障，如無故障，開關(guān)帶線路運(yùn)行。3）如再次重合于故障，開關(guān)跳開后15 s 第三次重合閘動(dòng)作，如果故障繼續(xù)存在，500 ms內(nèi)切除故障不再重合，如無故障，開關(guān)帶線路運(yùn)行［13-18］。

3 與國內(nèi)繼電保護(hù)的對(duì)比分析和啟示

1）關(guān)于失靈保護(hù)，國內(nèi)規(guī)范是在220 kV及以上電壓等級(jí)才配置，110 kV 及以下不配置，采用遠(yuǎn)后備方式，即本電壓等級(jí)開關(guān)失靈后，由上一級(jí)的后備保護(hù)動(dòng)作跳閘，這樣會(huì)延長跳開時(shí)間，可能擴(kuò)大停電范圍。理論上只要是跳開關(guān)，就有失靈的可能，建議國內(nèi)可以考慮對(duì)于110 kV及以下的重要開關(guān)配置失靈保護(hù)，縮短動(dòng)作時(shí)間和停電范圍。

2）國內(nèi)的開關(guān)或者刀閘位置都是采集單位制，建議可以考慮采集雙位置，提高可靠性。國內(nèi)母差保護(hù)屏柜內(nèi)配置模擬盤作用就是減小刀閘輔助觸點(diǎn)的不可靠性對(duì)保護(hù)的影響，如果采用雙位置輸入，可以取消模擬盤。

3）國內(nèi)規(guī)范中開關(guān)的操作是配置操作箱的，操作箱只有當(dāng)開關(guān)合閘時(shí)才能監(jiān)視跳閘回路完好性，當(dāng)開關(guān)跳開時(shí)無法監(jiān)視。建議可以借鑒TCS繼電器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，增加開關(guān)跳開位置時(shí)也監(jiān)視跳閘回路，一旦跳閘回路有問題就閉鎖合閘回路，避免只有當(dāng)合上開關(guān)后才能發(fā)現(xiàn)跳閘回路是否異常，可以做到提前預(yù)防。

4）線路帶電作業(yè)時(shí)，國內(nèi)處理方式一般是停用重合閘，其余不變?？铺氐贤叱送Ｓ弥睾祥l外，還取消延時(shí)保護(hù)的延時(shí)，若有故障，保護(hù)均不經(jīng)延時(shí)快速跳閘，縮短故障切除時(shí)間，保障作業(yè)人員安全，這一考慮建議國內(nèi)可以借鑒。

5）變壓器外殼接地保護(hù)對(duì)于提高變壓器的可靠運(yùn)行會(huì)起到一定的促進(jìn)作用，目前國內(nèi)的變壓器保護(hù)和在線監(jiān)測(cè)均未考慮該保護(hù)，建議可以納入變壓器在線監(jiān)測(cè)范圍；對(duì)于不接地或高阻接地系統(tǒng)，可以考慮增加靈敏TA檢測(cè)零序電流，配置靈敏過流保護(hù)。

6）對(duì)于保護(hù)屏柜按照多個(gè)小室放置的，宜采用分布式母差方案。

7）對(duì)于重要的中壓進(jìn)線柜，建議考慮配置一臺(tái)自供電保護(hù)+低功率跳閘線圈，以防止直流電源失電時(shí)發(fā)生故障，保護(hù)無法動(dòng)作跳閘。通過設(shè)置額外的低功率跳閘線圈，可以降低開關(guān)失靈的概率。

4 結(jié)語

通過以上對(duì)科特迪瓦繼電保護(hù)技術(shù)特點(diǎn)的分析與結(jié)論，對(duì)我國企業(yè)承接該國電網(wǎng)建設(shè)提出以下4點(diǎn)建議：

1）科特迪瓦地區(qū)變電站保護(hù)控制系統(tǒng)正處于升級(jí)改造階段，變電站配置方案應(yīng)嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)丶夹g(shù)規(guī)范執(zhí)行，不能照搬國內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2）科特迪瓦電網(wǎng)公司會(huì)充分考慮運(yùn)行人員的人身安全和工作便利性，一些要求會(huì)從保障運(yùn)行人員安全的出發(fā)點(diǎn)考慮，所以在遇到特殊技術(shù)要求時(shí)，從這個(gè)角度考慮會(huì)幫助理解。

3）科特迪瓦電網(wǎng)用戶會(huì)在技術(shù)規(guī)范的要求上，根據(jù)工程特點(diǎn)額外提出一些技術(shù)要求，由于用戶的話語權(quán)比較大，即使設(shè)計(jì)圖紙確認(rèn)了，還是會(huì)提出修改要求，因此對(duì)于設(shè)計(jì)單位要充分了解用戶需求，爭(zhēng)取在前期就掌握用戶所有要求，降低設(shè)計(jì)返工風(fēng)險(xiǎn)。

4）由于科特迪瓦歷史上是法國殖民地，受法國影響比較大，用戶比較傾向法國產(chǎn)品，國內(nèi)設(shè)備廠家在跟客戶溝通時(shí)一定要從技術(shù)上說服客戶，最好配備法語技術(shù)人員，這樣會(huì)有利于提高溝通效率，有利于國產(chǎn)設(shè)備的推廣。

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