某220 kV內(nèi)橋接線變電站線路保護(hù)改造方案

張鵬

摘? 要：220 kV內(nèi)橋接線變電站作為終端變，通常不配置線路保護(hù)，靠對(duì)側(cè)電源端線路保護(hù)切除故障。如果是主變低壓側(cè)區(qū)內(nèi)故障，在高壓側(cè)開(kāi)關(guān)失靈情況下，對(duì)側(cè)保護(hù)距離Ⅱ段或Ⅲ段動(dòng)作，這樣主變承受故障電流時(shí)間增長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)，某變電站一回220 kV線路增設(shè)雙套線路保護(hù)。同時(shí)為了減小線路開(kāi)關(guān)失靈時(shí)短路電流對(duì)主變的沖擊，線路開(kāi)關(guān)配置失靈保護(hù)。在線路保護(hù)改造過(guò)程中遇到了互感器選型、開(kāi)關(guān)保護(hù)選型和操作箱選型等問(wèn)題，文中給出了處理方案。

關(guān)鍵詞：內(nèi)橋接線? 線路保護(hù)? 復(fù)合變比? 失靈保護(hù)? 分相操作箱

中圖分類號(hào)：TM773? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）04（a）-0054-04

A Scheme to Add Transmission Line Relay at a 220 kV Internal Bridge Wiring Substation

ZHANG Peng

（Xuzhou Survey and Design Center of State Power Economic Research Institute， Xuzhou， Jiangsu Province， 221005? China）

Abstract： Usually there is not transmission line relay disposition at a 220kV internal bridge wiring terminal substation. It depends on transmission line protection at the opposite side substation. When a ground fault occurs on low-voltage side，if high-voltage side switch refuses to open，it depends on backup distance protection at the opposite side substation. To improve fast-trip performance and protection the main transformer，two transmission line relays are added at a 220kV substation. Current transformer and voltage transformer selection， failure protection relay selection and operation box selection problems are discussed in this paper.

Key Words： Internal bridge wiring;Transmission line relay;Compound transformation ratio;Breaker failure protection;Single phase operation box

內(nèi)橋接線方式在110 kV變電站是常見(jiàn)的接線方式。而在220 kV變電站中，有時(shí)為了簡(jiǎn)化主接線，節(jié)省投資，往往也采用內(nèi)橋接線。相對(duì)于雙母線接線變電站，220 kV內(nèi)橋接線變電站本身數(shù)量少，沒(méi)有通用設(shè)計(jì)方案參考。早期建設(shè)的變電站往往不能滿足國(guó)網(wǎng)反措要求，例如：220 kV出線未配置線路保護(hù)或僅配置單套線路保護(hù)，220 kV線路開(kāi)關(guān)、橋開(kāi)關(guān)未配置失靈保護(hù)，220 kV雙套保護(hù)共用保護(hù)二次繞組等。該文對(duì)江蘇電網(wǎng)某220 kV內(nèi)橋接線變電站保護(hù)配置進(jìn)行分析，指出存在的問(wèn)題，給出了改造方案。

1? 變電站現(xiàn)狀

一期建設(shè)2號(hào)主變、進(jìn)線2開(kāi)關(guān)和橋開(kāi)關(guān)，2002年投運(yùn);二期擴(kuò)建1號(hào)主變和進(jìn)線1開(kāi)關(guān)，2006年投運(yùn)。二期擴(kuò)建后220 kV部分為內(nèi)橋接線，戶外敞開(kāi)式布置。220 kV部分主接線如圖1所示。

改造前220 kV系統(tǒng)未配置線路保護(hù)、斷路器保護(hù)和母線保護(hù)。1號(hào)、2號(hào)主變配置雙套電氣量保護(hù)和單套非電量保護(hù)。橋開(kāi)關(guān)僅配置備自投裝置一套。

2? 存在的問(wèn)題

上述保護(hù)配置，存在如下問(wèn)題：（1）因?yàn)槲磁渲镁€路保護(hù)，靠對(duì)側(cè)電源端線路保護(hù)切除故障，不能實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)[1]。（2）對(duì)于線路開(kāi)關(guān)和電流互感器之間的死區(qū)故障，主變保護(hù)不能切除，無(wú)開(kāi)關(guān)失靈或遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)來(lái)補(bǔ)救[2]。（3）因?yàn)闆](méi)有配置開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)，220 kV開(kāi)關(guān)失靈后，靠對(duì)側(cè)保護(hù)距離Ⅱ段或Ⅲ段動(dòng)作，主變承受故障電流時(shí)間增長(zhǎng)，危害主變安全[3-4]。（4）因?yàn)闆](méi)有線路保護(hù)和橋開(kāi)關(guān)保護(hù)，220 kV不能合環(huán)運(yùn)行，不能通過(guò)該站轉(zhuǎn)供負(fù)荷，只能作為終端變開(kāi)環(huán)運(yùn)行[5]，限制了調(diào)度運(yùn)行方式。

針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)網(wǎng)反措2018版[6]做了要求。例如：國(guó)網(wǎng)反措15.1.4條要求“220kV及以上電壓等級(jí)線路、變壓器、母線等輸變電設(shè)備的保護(hù)應(yīng)按雙重化配置”，國(guó)網(wǎng)反措15.2.10.1條要求“當(dāng)接線形式為線路-變壓器組時(shí)，線路和主設(shè)備的電氣量保護(hù)均應(yīng)啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)。當(dāng)該側(cè)斷路器無(wú)法切除故障時(shí)，應(yīng)采取啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘等后備措施加以解決”。為了滿足反措要求，該變電站需要進(jìn)行保護(hù)改造。

3? 改造方案

2019年進(jìn)線1開(kāi)斷環(huán)入一個(gè)新建變電站，為進(jìn)線1保護(hù)改造提供了機(jī)會(huì)。開(kāi)環(huán)后的線路按國(guó)網(wǎng)反措要求配置雙重化的線路保護(hù)。進(jìn)線2和橋開(kāi)關(guān)保護(hù)維持現(xiàn)狀，留待將來(lái)改造。一次設(shè)備方面，進(jìn)線CT和進(jìn)線PT二次保護(hù)繞組數(shù)不夠使用，在改造過(guò)程中更換，其他一次設(shè)備保持不變。經(jīng)過(guò)物資招標(biāo)，中標(biāo)第一面保護(hù)柜含北京四方CSC103A-G光差保護(hù)和JFZ-12FX分相操作箱，第二面保護(hù)柜含南瑞科技NSR303A-G光差保護(hù)和NSR321A-G斷路器保護(hù)。

3.1 進(jìn)線CT和進(jìn)線PT的選型

前期進(jìn)線CT只有5個(gè)二次繞組，準(zhǔn)確級(jí)為10P/10P/10P/0/5/0.2S，保護(hù)繞組只有3個(gè)。前期進(jìn)線PT只有3個(gè)二次繞組，準(zhǔn)確級(jí)為0.2/3P/6P，保護(hù)繞組只有1個(gè)。CT和PT的保護(hù)繞組不夠雙重化的主變和線路保護(hù)使用。國(guó)網(wǎng)反措15.2.2.1條講到：“兩套保護(hù)裝置的交流電流應(yīng)分別取自電流互感器互相獨(dú)立的繞組;交流電壓應(yīng)分別取自電壓互感器互相獨(dú)立的繞組?！备鼡Q后的進(jìn)線CT有6個(gè)二次繞組，準(zhǔn)確級(jí)為5P/5P/5P/5P/0.5/0.2S。更換后的進(jìn)線PT有4個(gè)二次繞組，準(zhǔn)確級(jí)為0.2/0.5（3P ）/3P/6P。

因?yàn)榻ㄔO(shè)較早，220 kV進(jìn)線CT原變比均為2X600/5，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行在1 200/5，那么更換后的CT變比如何選擇呢？對(duì)側(cè)新建站CT變比為2 500/1，該側(cè)變比如果仍選1 200/5，勢(shì)必造成兩側(cè)變比差別較大，不利于電流差動(dòng)保護(hù)。對(duì)于220 kV線路保護(hù)來(lái)說(shuō)，變比太小容易飽和而引起誤動(dòng)[7]。為了減小對(duì)現(xiàn)有二次設(shè)備的影響，同時(shí)滿足220 kV線路保護(hù)的要求，進(jìn)線CT更換為復(fù)合變比CT。即除了進(jìn)線1保護(hù)的2個(gè)繞組采用變比2X1250/5外，其他繞組仍沿用原變比。復(fù)合變比CT為非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)計(jì)算并與互感器廠家溝通，最終確定了容量、動(dòng)穩(wěn)定電流和熱穩(wěn)定電流等參數(shù)。

3.2 開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)選型

假設(shè)1號(hào)主變區(qū)內(nèi)故障，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳三側(cè)開(kāi)關(guān)。如果線路開(kāi)關(guān)1DL失靈，則需要對(duì)側(cè)線路保護(hù)相間（接地）距離Ⅱ段跳開(kāi)電源側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)切除故障。如果是主變中壓側(cè)或低壓側(cè)區(qū)內(nèi)故障，距離Ⅱ段不能深入中壓側(cè)或低壓側(cè)，只能依靠距離Ⅲ段動(dòng)作，這樣動(dòng)作時(shí)間增長(zhǎng)，1號(hào)主變必然要承受較長(zhǎng)的故障電流。按照國(guó)網(wǎng)反措要求進(jìn)線1DL開(kāi)關(guān)需要配置開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)，作為近后備切除相鄰開(kāi)關(guān)，保證1號(hào)主變安全。

2010年江蘇繼電保護(hù)“六統(tǒng)一”原則規(guī)定：第二面線路保護(hù)柜中保留斷路器輔助保護(hù)裝置，僅使用其過(guò)流保護(hù)功能[8]。按照《線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]要求，斷路器輔助保護(hù)裝置判斷失靈電流后，啟動(dòng)母線保護(hù)才能啟動(dòng)跳閘出口。而220 kV母線未配置母線保護(hù)，僅依靠輔助保護(hù)裝置不能跳開(kāi)相鄰開(kāi)關(guān)。因此第二面線路保護(hù)柜需要配置獨(dú)立的含斷路器重合閘功能的斷路器保護(hù)，由它直接出口跳開(kāi)相鄰開(kāi)關(guān)。

南瑞科技提供的斷路器保護(hù)裝置能夠完成這一功能。這套裝置除了充電保護(hù)外，還配置了失靈保護(hù)。充電保護(hù)正常停用。失靈保護(hù)判斷線路電流，失靈判別電流串接于第二套線路保護(hù)電流回路后。當(dāng)進(jìn)線1DL檢修或1號(hào)主變檢修時(shí)，失靈保護(hù)停用。

失靈啟動(dòng)邏輯分單跳啟失靈和三跳啟失靈。兩套線路保護(hù)跳閘接點(diǎn)接入失靈保護(hù)裝置單跳啟失靈開(kāi)入。1號(hào)主變電氣量保護(hù)跳閘接點(diǎn)接入失靈保護(hù)裝置保護(hù)三跳開(kāi)入，1號(hào)主變非電量保護(hù)跳閘不啟動(dòng)失靈。失靈保護(hù)邏輯見(jiàn)圖2。

開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作后，以第一時(shí)限重跳本開(kāi)關(guān)，第二時(shí)限跳相鄰開(kāi)關(guān)，相鄰開(kāi)關(guān)包括1號(hào)主變中、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)、橋開(kāi)關(guān)和線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)。第一時(shí)限重跳本開(kāi)關(guān)接入線路操作箱TJQ三跳回路。因?yàn)橹髯儽Ｗo(hù)無(wú)失靈聯(lián)跳開(kāi)入，第二時(shí)限跳主變中、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)直接接入主變非電量跳閘開(kāi)入，由非電量出口接點(diǎn)跳開(kāi)主變中、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)。第二時(shí)限跳橋開(kāi)關(guān)直接接入橋開(kāi)關(guān)操作箱TJR永跳開(kāi)入。第二時(shí)限跳線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)接入線路操作箱TJR永跳開(kāi)入。利用線路保護(hù)的光纖通道，將線路開(kāi)關(guān)操作箱TJR永跳接點(diǎn)分別接入兩套線路保護(hù)裝置遠(yuǎn)跳開(kāi)入，通過(guò)兩套線路保護(hù)各自發(fā)遠(yuǎn)跳命令跳開(kāi)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)。

3.3 線路操作箱選型

原進(jìn)線1DL為三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，1號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作后，通過(guò)柜內(nèi)三相操作箱跳開(kāi)1DL。高壓側(cè)選用三相聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)能避免主變非全相運(yùn)行，這也滿足國(guó)網(wǎng)反措12.1.1.7條要求。而新的線路保護(hù)柜內(nèi)配置分相操作箱，線路保護(hù)動(dòng)作后通過(guò)分相操作箱跳開(kāi)1DL。那么帶來(lái)的問(wèn)題是，應(yīng)該用三相操作箱還是分相操作箱來(lái)操作1DL呢？在《線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》中，線路保護(hù)只提供單相跳閘回路同分相操作箱配合。廠家只提供按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的保護(hù)圖紙，不提供含三相操作箱保護(hù)圖紙。所以原主變保護(hù)柜三相操作箱只能改為備用，啟用線路分相操作箱來(lái)操作1DL。

分相操作箱通過(guò)以下方式同三相機(jī)構(gòu)配合。由分相操作箱的A相跳閘（或合閘回路）來(lái)啟動(dòng)三相開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)跳閘（或合閘）線圈。將B，C相的跳位監(jiān)視（或合位監(jiān)視）并聯(lián)在A相跳位監(jiān)視（或合位監(jiān)視）上，這樣操作箱面板指示燈能正確反映機(jī)構(gòu)分閘、合閘狀態(tài)，同時(shí)能夠避免控制回路斷線誤報(bào)的問(wèn)題[10]。

操作箱的調(diào)整，帶來(lái)1號(hào)主變保護(hù)出口接線的調(diào)整。1號(hào)主變電氣量保護(hù)跳1DL原來(lái)接入1號(hào)主變高壓側(cè)操作箱，現(xiàn)改接入線路操作箱TJQ三跳回路。1號(hào)主變非電量保護(hù)跳1DL改接入線路操作箱TJF非電量跳回路。操作箱的調(diào)整同時(shí)帶來(lái)備自投閉鎖回路的調(diào)整，原來(lái)主變高壓側(cè)操作箱STJ手跳接點(diǎn)閉鎖橋備自投的回路，改由線路操作箱STJ手跳接點(diǎn)來(lái)閉鎖橋開(kāi)關(guān)備自投。

4? 后續(xù)工程設(shè)想

目前該變電站僅改造一回線路，還剩一回線路未改造，建議在將來(lái)參照本工程進(jìn)行改造。進(jìn)線2PT更換后，二次繞組數(shù)量將增加1組，220 kV電壓并列裝置需要增加該繞組接線。橋開(kāi)關(guān)未配置保護(hù)，將來(lái)合環(huán)運(yùn)行時(shí)，需要配置獨(dú)立斷路器保護(hù)，含充電保護(hù)和開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)等功能。將來(lái)合環(huán)運(yùn)行后，在1號(hào)主變退出運(yùn)行時(shí)，1DL和3DL之間的連接線將成為保護(hù)死區(qū)[11]，還需要配置短引線保護(hù)。同樣道理，2號(hào)主變退出時(shí)形成的2DL和3DL之間的死區(qū)也需要配置短引線保護(hù)。因?yàn)殡娏骰ジ衅鞅Ｗo(hù)繞組數(shù)量限制，不建議配置220 kV母線保護(hù)。

5? 結(jié)語(yǔ)

該變電站線路保護(hù)改造已經(jīng)于2019年6月順利投運(yùn)。保護(hù)改造后，能夠?qū)嵭羞M(jìn)線1全線路速動(dòng)。新配置的開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)，作為近后備保護(hù)，能夠縮短開(kāi)關(guān)失靈后故障切除時(shí)間，有利于主設(shè)備安全。該文介紹了某220 kV內(nèi)橋接線變電站線路保護(hù)改造工程，并對(duì)后續(xù)工程進(jìn)行了設(shè)想，供其他類似工程參考。

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