220kV線路保護(hù)裝置TWJ回路優(yōu)化研究及運(yùn)用

廣東粵電新豐江發(fā)電有限責(zé)任公司 朱石煉 廣東誠譽(yù)工程咨詢監(jiān)理有限公司河源分公司 劉忠明

南方電網(wǎng)反事故措施匯編（2014）規(guī)定，每個(gè)斷路器應(yīng)且只應(yīng)使用一套防跳回路，宜采用開關(guān)本體防跳。南網(wǎng)電網(wǎng)220kV變電站二次接線標(biāo)準(zhǔn)（2017）規(guī)定，斷路器的合閘回路監(jiān)視采用TWJ分相監(jiān)視，且TWJ應(yīng)能監(jiān)視包括“遠(yuǎn)方/就地”切換把手、斷路器輔助接點(diǎn)、合閘線圈等的完整合閘回路。南方電網(wǎng)通過“反事故措施精益化檢查”發(fā)現(xiàn)，近年來新建和擴(kuò)建的工程基本滿足南方電網(wǎng)反事故措施匯編和220kV變電站二次接線標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

新豐江水電廠位于廣東省珠江水系東江流域河源市境內(nèi)，是由我國自行設(shè)計(jì)、施工和安裝的大型水電工程。電廠源源不斷輸出電力，成為河源及周邊地區(qū)乃至廣東加快工業(yè)化進(jìn)程的血脈。在二十世紀(jì)八十年代之前，新豐江水電廠是廣東電網(wǎng)的重點(diǎn)水利工程，發(fā)電量占到廣東全省一半以上。2019年10月，新豐江水電廠獲評(píng)廣東十大最美水利工程。電廠內(nèi)裝有4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為355MW，是廣東省最大的常規(guī)水電廠、國家“一五”計(jì)劃的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目、電網(wǎng)“黑啟動(dòng)”電源電廠。該電廠采取單機(jī)單變的單元接線方式，兩臺(tái)主變對(duì)應(yīng)一組出線，兩組出線分別為“新河甲線”和“新河乙線”。

新豐江水電廠新河甲線線路出線不設(shè)開關(guān)，掛在新河甲線出線母線上的開關(guān)有1號(hào)主變變高開關(guān)2201和2號(hào)主變變高開關(guān)2202，當(dāng)單臺(tái)開關(guān)檢修維護(hù)（如2201開關(guān)檢修、2202開關(guān)運(yùn)行、且2號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行），因主一裝置采集到2201開關(guān)在跳閘位置（TWJ為1），同時(shí)線路還有電流，主一保護(hù)裝置判斷為異常而閉鎖保護(hù)。為防止單套線路保護(hù)閉鎖，現(xiàn)就新豐江水電廠220kV新河甲線保護(hù)裝置TWJ回路進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 新河甲線保護(hù)裝置TWJ回路優(yōu)化

1.1 TWJ在線路中的作用

TWJ的主要作用是提供斷路器位置指示，一般為常閉觸點(diǎn)，與合閘回路相連。當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，常閉觸點(diǎn)打開，TWJ=0表示斷路器處于合閘位置（TWJ=1表示斷路器處于分閘位置）。TWJ在線路保護(hù)中主要用于以下幾個(gè)方面。

（1）光纖縱差保護(hù)用于“允許發(fā)信”。當(dāng)斷路器處于三相分閘狀態(tài)時(shí)，線路發(fā)生短路故障，斷路器所在側(cè)的所有線路保護(hù)啟動(dòng)元件不動(dòng)作，斷路器所在側(cè)不能向?qū)?cè)發(fā)出允許信號(hào)，導(dǎo)致對(duì)側(cè)電流縱差保護(hù)拒動(dòng)。此時(shí)，當(dāng)斷路器三相TWJ=1為允許信號(hào)時(shí)，對(duì)側(cè)差動(dòng)保護(hù)能正確動(dòng)作，切除故障。

（2）線路保護(hù)用來監(jiān)視“跳閘”和電壓互感器（TV）是否正常。線路正常運(yùn)行時(shí)，線路保護(hù)采集到線路電流，但跳位動(dòng)作（TWJ=1），延后約10s后報(bào)出“跳閘異?！被颉癟WJ異常”信號(hào)。當(dāng)保護(hù)采集到線路三相無電壓無電流時(shí)（通常出現(xiàn)在對(duì)側(cè)對(duì)本側(cè)線路空充狀態(tài)），通過判斷TWJ的狀態(tài)決定是否發(fā)出“TV斷線”信號(hào)。當(dāng)TWJ=0時(shí)，延時(shí)1.25s報(bào)警，當(dāng)TWJ=1時(shí)，不報(bào)警。

（3）判斷線路是否全相運(yùn)行。當(dāng)斷路器以手動(dòng)或保護(hù)動(dòng)作分閘時(shí)，只要斷路器三相不同時(shí)合閘，即為非全相運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)單相跳閘固定動(dòng)作或單相TWJ動(dòng)作且線路無電流時(shí)，延后30ms后，置非全相狀態(tài)；當(dāng)三相跳閘固定動(dòng)作或三相TWJ動(dòng)作且線路無電流時(shí)，延后30ms后，置非全相狀態(tài)，如果有電流或三相TWJ返回，開路保護(hù)將接近故障200ms。

（4）影響啟動(dòng)過電壓保護(hù)功能。線路保護(hù)一般具有過電壓保護(hù)的功能，當(dāng)本側(cè)線路過電壓元件跳開本側(cè)斷路器時(shí)動(dòng)作延時(shí)，如保護(hù)配置中“過電壓啟動(dòng)遠(yuǎn)方跳閘”和“跳閘位置閉鎖遠(yuǎn)方跳閘”控制字均為1，無電流時(shí)，本側(cè)所有斷路器的TWJ動(dòng)作（TWJ=1），向?qū)?cè)發(fā)送遠(yuǎn)方跳閘指令。

若是TWJ動(dòng)作延遲，將會(huì)對(duì)保護(hù)邏輯功能造成影響，導(dǎo)致保護(hù)不正確的動(dòng)作。特別是在高電壓輸電線路上，如果保護(hù)動(dòng)作不正確，將會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。因此，合理的優(yōu)化TWJ回路具有重要的意義。

1.2 新河甲線保護(hù)裝置改造概況

220kV新河甲線保護(hù)裝置于2021年1月進(jìn)行改造，改造后的主一保護(hù)采用南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司的RCS-931N2型保護(hù)，操作箱型號(hào)為CZX-12GN，對(duì)應(yīng)為1號(hào)主變變高2201開關(guān)；主二保護(hù)采用長園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司的PRS-753AMJ-NW型保護(hù)，操作箱型號(hào)為PRS-789，對(duì)應(yīng)為2號(hào)主變變高2202開關(guān)。兩臺(tái)主變對(duì)應(yīng)一組出線，新豐江電廠新河甲線的主接線圖見圖1。

圖1 新豐江電廠新河甲線的主接線圖

1.3 TWJ回路優(yōu)化的必要性

由于主一、主二保護(hù)采用的廠家和產(chǎn)品型號(hào)不同，為做好兩套裝置的配合，須做好內(nèi)部接線設(shè)計(jì)。其中TWJ回路就需要進(jìn)行優(yōu)化，具體分析如下：

根據(jù)新豐江電廠的一次接線原理圖可知，新河甲線保護(hù)電流是采用#1主變變高開關(guān)電流互感器（CT）與#2主變變高開關(guān)CT的和電流，當(dāng)一臺(tái)主變檢修，對(duì)應(yīng)的主變變高開關(guān)在檢修位置，另外一臺(tái)主變?cè)谶\(yùn)行狀態(tài)，線路仍然有電流，這種情況屬線路正常運(yùn)行，線路保護(hù)不應(yīng)該閉鎖。如TWJ回路未優(yōu)化，對(duì)主一保護(hù)而言，如果2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)在檢修狀態(tài)，2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)運(yùn)行，2號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)電，新河甲線仍有電流，新河甲線主一保護(hù)閉鎖運(yùn)行，主二保護(hù)正常運(yùn)行。同理，在TWJ回路未優(yōu)化的情況下，如果2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)在檢修狀態(tài)，2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)運(yùn)行，1號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)電，新河甲線仍有電流，新河甲線主二保護(hù)閉鎖運(yùn)行，主一保護(hù)正常運(yùn)行。

1.4 TWJ回路優(yōu)化的方法

掛在新河甲線上單臺(tái)開關(guān)檢修期間，為避免保護(hù)閉鎖運(yùn)行，新河甲線保護(hù)裝置的TWJ開入須采用2201開關(guān)TWJ和2202開關(guān)TWJ的串聯(lián)開入，為適應(yīng)不同的運(yùn)行方式和檢修需要，兩個(gè)保護(hù)屏柜各增加一個(gè)檢修操作把手。

現(xiàn)設(shè)計(jì)兩套保護(hù)裝置各取2201和2202開關(guān)的獨(dú)立TWJ接點(diǎn)串聯(lián)，并且并聯(lián)相應(yīng)開關(guān)的人工置檢修把手切換。

如未設(shè)置檢修把手，只是將兩個(gè)開關(guān)的TWJ串聯(lián)，一臺(tái)開關(guān)檢修時(shí)，保護(hù)裝置的TWJ回路將無法導(dǎo)通。

2 具體回路設(shè)計(jì)

2.1 主一保護(hù)中TWJ回路設(shè)計(jì)

對(duì)于2201斷路器開關(guān)操作箱的主一保護(hù)而言，主一保護(hù)的2201斷路器開關(guān)操作箱信號(hào)回路如圖2所示，主一保護(hù)的2202斷路器開關(guān)操作箱信號(hào)回路如圖3所示，主一保護(hù)開入回路如圖4所示。其中1QK中的1、2是主一保護(hù)裝置上的開關(guān)檢修操作把手。

圖2 主一保護(hù)中2201開關(guān)操作箱信號(hào)回路

圖3 主一保護(hù)中2202開關(guān)操作箱信號(hào)回路

首先把2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的跳位引入到主一保護(hù)TWJ回路中，同時(shí)與2201操作箱開關(guān)操作箱中的開關(guān)操作把手并聯(lián)，之后再與2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的跳位串聯(lián)，同時(shí)與2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)操作把手并聯(lián)。最后連接到1QD13、1QD14和1QD15中，最終實(shí)現(xiàn)主二保護(hù)TWJ回路的導(dǎo)通。

2.2 主二保護(hù)中TWJ回路設(shè)計(jì)

對(duì)于2202斷路器開關(guān)操作箱的主二保護(hù)而言，主二保護(hù)的2201斷路器開關(guān)操作箱信號(hào)回路如圖5所示，主而保護(hù)的2202斷路器開關(guān)操作箱信號(hào)回路如圖6所示，主二保護(hù)開入回路如圖7所示。其中1QK中的3、4是主二保護(hù)裝置上的開關(guān)檢修操作把手。

圖5 主二保護(hù)中2201開關(guān)操作箱信號(hào)回路

圖6 主二保護(hù)中2202開關(guān)操作箱信號(hào)回路

圖7 主二保護(hù)開入回路

首先把2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的跳位引入到主二保護(hù)TWJ回路中，同時(shí)與2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)操作把手并聯(lián)，之后再與2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的跳位串聯(lián)，同時(shí)與2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)操作把手并聯(lián)。最后連接到1QD13、1QD14和1QD15中，最終實(shí)現(xiàn)主二保護(hù)TWJ回路的導(dǎo)通。

3 TWJ回路優(yōu)化效果分析

3.1 主一保護(hù)中TWJ回路優(yōu)化效果分析

2201斷路器開關(guān)操作箱的主一保護(hù)裝置在不同運(yùn)行方式下的開關(guān)操作把手操作及功能實(shí)現(xiàn)：

2201斷路器開關(guān)操作箱和2202斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)正常運(yùn)行時(shí)，開關(guān)檢修操作把手置正常位置，即1QK中的1、2和3、4均斷開狀態(tài)，線路有電流，TWJ回路未接通，保護(hù)裝置正常運(yùn)行；對(duì)2201斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)，2202斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)正常運(yùn)行，開關(guān)檢修操作把手打在2201開關(guān)檢修位置，即1QK中的1、2接通，此時(shí)只引入2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的TWJ信號(hào)，保護(hù)裝置正常運(yùn)行；對(duì)2202斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)，2201斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)正常運(yùn)行，開關(guān)檢修操作把手打在2202開關(guān)檢修位置，即1QK中的3、4接通，此時(shí)只引入2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的TWJ信號(hào)，保護(hù)裝置正常運(yùn)行。

3.2 主二保護(hù)中TWJ回路優(yōu)化效果分析

2202斷路器開關(guān)操作箱的主二保護(hù)裝置在不同運(yùn)行方式下的開關(guān)操作把手操作及功能實(shí)現(xiàn)：

2201斷路器開關(guān)操作箱和2202斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)正常運(yùn)行時(shí)，開關(guān)檢修操作把手置正常位置，即1QK中的1、2和3、4均斷開狀態(tài)，線路有電流，TWJ回路未接通，保護(hù)裝置正常運(yùn)行；對(duì)2201斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)，2202斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)正常運(yùn)行，開關(guān)檢修操作把手打在2201開關(guān)檢修位置，即1QK中的1、2接通，此時(shí)只引入2202斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的TWJ信號(hào)，保護(hù)裝置正常運(yùn)行；對(duì)2202斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)進(jìn)行檢修時(shí)，2201斷路器開關(guān)操作箱中的開關(guān)正常運(yùn)行，開關(guān)檢修操作把手打在2202開關(guān)檢修位置，即1QK中的3、4接通，此時(shí)只引入2201斷路器開關(guān)操作箱中開關(guān)的TWJ信號(hào)，保護(hù)裝置正常運(yùn)行。

綜上，電網(wǎng)公司規(guī)定220kV線路保護(hù)須采用雙配置，且兩套保護(hù)應(yīng)采用不同廠家產(chǎn)品，由于兩個(gè)線路組的保護(hù)裝置的接線和配置都不相同，難以形成良好的配合。特殊接線方式下，單臺(tái)開關(guān)檢修維護(hù)時(shí)，為避免單套保護(hù)閉鎖，須對(duì)TWJ回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，必要時(shí)增加操作把手以實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。

當(dāng)母線上主變壓器臺(tái)數(shù)多于兩臺(tái)，相應(yīng)的主變變高開關(guān)多于兩個(gè)，并且增加一套開關(guān)，多設(shè)一個(gè)檢修操作把手、操作短接點(diǎn)相應(yīng)多增加一對(duì)，然后將相應(yīng)主變變高開關(guān)的TWJ接線串接起來，根據(jù)不用運(yùn)行方式可通過操作把手的切換，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置均能正常運(yùn)行的效果。

220kV新河甲線保護(hù)裝置TWJ回路優(yōu)化之后，保護(hù)裝置運(yùn)行情況良好，可靠穩(wěn)定，未出現(xiàn)誤報(bào)異常或故障現(xiàn)象，有效解決單臺(tái)開關(guān)檢修時(shí)，單套保護(hù)裝置閉鎖的現(xiàn)象。同時(shí)，據(jù)運(yùn)行人員反映，該設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的開關(guān)檢修操作把手操作便捷，有效提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。