基于集成短引線保護(hù)功能的輸電線路保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

單睿，耿衛(wèi)星，陳海軍，李晨程

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750011）

0 引言

3/2接線方式在變電站中被廣泛應(yīng)用，當(dāng)一個(gè)串中的兩個(gè)相鄰斷路器之間所接線路或變壓器停用時(shí)，為了保證供電可靠性，要求維持成串合環(huán)運(yùn)行，需設(shè)置短引線保護(hù)，有選擇地切除這兩個(gè)斷路器之間的故障。短引線保護(hù)是斷路器間的引線的主保護(hù)[1]，其保護(hù)范圍如圖1虛線框所示。

圖1 3/2斷路器方式不完整串接線

3/2接線變電站建設(shè)的工程設(shè)計(jì)會(huì)按照遠(yuǎn)期全部為完整串進(jìn)行規(guī)劃，但在實(shí)際建設(shè)過程中，往往會(huì)出現(xiàn)部分配出線路比本體工程滯后，導(dǎo)致其無法同時(shí)投運(yùn)；并且，由于間隔只配置了線路保護(hù)，沒有考慮過渡期間的短引線保護(hù)裝置，導(dǎo)致此出線間隔兩個(gè)斷路器間存在保護(hù)死區(qū)，設(shè)備無法同期投運(yùn)成串合環(huán)運(yùn)行，如圖1中L1線路所示。

1 常規(guī)短引線保護(hù)應(yīng)用分析

在實(shí)際應(yīng)用中，為了在上述情況下能夠讓設(shè)備環(huán)網(wǎng)成串運(yùn)行，增加電網(wǎng)可靠性，通常會(huì)采取以下三種辦法解決：

方法一：將中斷路器接入母線保護(hù)擴(kuò)大母線保護(hù)范圍，將短引線區(qū)域納入到母線保護(hù)范圍，從而解決過渡時(shí)期短引線區(qū)域保護(hù)的問題，如圖2所示。從隔離開關(guān)CTM1到I母之間納入I母保護(hù)范圍。

圖2 中斷路器及短引線納入母線保護(hù)范圍

這種方法可以解決L1未投運(yùn)時(shí)兩個(gè)斷路器之間存在保護(hù)死區(qū)的問題。將中斷路器QF2作為Ⅰ母的一個(gè)間隔，相應(yīng)的需要將中斷路器QF2的CT引入Ⅰ母母線保護(hù)中，同時(shí)Ⅰ母母線保護(hù)跳閘回路需要引入中斷路器操作回路。若L1線路間隔在后期投入運(yùn)行，恢復(fù)3/2斷路器接線成完整串的正常運(yùn)行方式時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)需進(jìn)行不完整串到完整串的回路改造，此時(shí)要將邊斷路器QF1作為Ⅰ母的一個(gè)間隔，對(duì)于常規(guī)變電站，要完成相應(yīng)的斷路器電流回路、跳閘二次回路的更改；對(duì)于智能變電站，則涉及到過程層配置文件的重新更改，以及對(duì)于相應(yīng)變更的二次回路或虛端子進(jìn)行必要的傳動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

上述改造工作一般是在變電站已投入運(yùn)行的狀態(tài)下進(jìn)行，由于會(huì)遇到一次設(shè)備無法停電的限制，對(duì)于母線、斷路器、線路保護(hù)等裝置通常需要輪退兩套保護(hù)進(jìn)行回路試驗(yàn)驗(yàn)證，現(xiàn)場(chǎng)回路改造工作存在相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。

方法二：采用線路保護(hù)的光差保護(hù)作為臨時(shí)短引線保護(hù)，光差保護(hù)設(shè)置為自環(huán)方式，采用電流作為動(dòng)作判據(jù)，如圖3所示。

圖3 線路光纖差動(dòng)保護(hù)作為臨時(shí)短引線保護(hù)

采用這種方法也可以解決L1未投運(yùn)時(shí)兩個(gè)斷路器之間存在保護(hù)死區(qū)的問題。采用這種方法的前提是L1本側(cè)保護(hù)為光差保護(hù)，由于電流動(dòng)作判據(jù)是兩個(gè)相鄰斷路器的和電流在采用自環(huán)模式的情況下對(duì)于差動(dòng)保護(hù)只有動(dòng)作電流，沒有制動(dòng)電流，因此無法實(shí)現(xiàn)比率制動(dòng)功能。同時(shí)這種保護(hù)模式下，一方面需要對(duì)線路光差保護(hù)的通道光纖接線進(jìn)行調(diào)整；另一方面還需要對(duì)線路光差保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整，需要人工對(duì)線路保護(hù)的跳閘出口壓板、啟動(dòng)失靈壓板進(jìn)行投退操作[2]。在實(shí)際應(yīng)用中這種工況下的保護(hù)動(dòng)作定值難以整定，而且還存在TA斷線無法閉鎖保護(hù)誤動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)，從而影響此種臨時(shí)短引線保護(hù)的可靠性。

方法三：增加專門短引線保護(hù)，如圖4所示。

圖4 增設(shè)專用短引線保護(hù)裝置

方法三同樣可以解決L1未投運(yùn)時(shí)兩個(gè)斷路器之間存在保護(hù)死區(qū)的問題，但在線路投入運(yùn)行時(shí)需要人工操作退出短引線保護(hù)，否則在線路發(fā)生故障時(shí)，短引線差動(dòng)保護(hù)滿足動(dòng)作條件，會(huì)造成誤動(dòng)[3]。

采用方法三時(shí)，需要額外投資采購專用的短引線保護(hù)設(shè)備，同時(shí)需要在繼電保護(hù)小室設(shè)計(jì)階段要考慮增加相應(yīng)屏位，因此會(huì)擴(kuò)大建筑面積，存在一定的投資浪費(fèi)。

2 集成短引線保護(hù)功能線路保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

上述三種解決方法都存在不足之處，考慮到在3/2斷路器接線方式下本側(cè)線路間隔的線路保護(hù)是必配設(shè)備，因此本文研究在必配的線路保護(hù)中集成短引線保護(hù)功能，在該線路間隔從不完整串?dāng)U建為完整串的過渡過程中，前期可僅投入短引線保護(hù)功能，待完整串建設(shè)完成后再投入線路保護(hù)功能。兩種功能的驗(yàn)證在工程建設(shè)階段就能全部完成，每種功能均可預(yù)設(shè)專門的定值。由于不涉及二次回路的變更，這種功能模式切換方案不僅可以避免擴(kuò)建過程中大量高風(fēng)險(xiǎn)的改造驗(yàn)證試驗(yàn)工作，減少現(xiàn)場(chǎng)二次工作安全壓力，而且可以解決上述方法一存在高風(fēng)險(xiǎn)的問題。由于可切換為專用的短引線功能，配合預(yù)設(shè)的短引線功能定值，可以有效保證短引線保護(hù)的動(dòng)作可靠性[4]，可以解決上述方法二存在可靠性不高的問題；由于短引線保護(hù)和線路保護(hù)功能集成在一起，因此不需要再額外增加設(shè)備，可以解決上述方法三存在額外投資的問題。

2.1 新型裝置設(shè)計(jì)方法

當(dāng)處于短引線運(yùn)行模式時(shí)，正常運(yùn)行情況下電流為穿越性電流，邊、中斷路器的電流幅值相等，相位差180°；同時(shí)輸電線路處于退出運(yùn)行模式，線路側(cè)PT處于無壓狀態(tài)。

當(dāng)處于輸電線路運(yùn)行模式時(shí)，正常運(yùn)行情況下，邊、中斷路器的電流為非零值，且線路側(cè)PT處于有壓狀態(tài)。狀態(tài)識(shí)別表達(dá)式如下：

式中：x(n)—邊斷路器電流的一個(gè)周波的采樣值；

y(n)—中斷路器電流的一個(gè)周波的采樣值；

U(n)—取自線路側(cè)PT電壓的一個(gè)周波的采樣值；

k—一個(gè)周波采樣值的個(gè)數(shù)。

當(dāng)μ＞0.3 min(Ax，Ay)時(shí)，識(shí)別為輸電線路運(yùn)行模式，此時(shí)應(yīng)投入線路保護(hù)功能，當(dāng)投入短引線保護(hù)功能時(shí)，應(yīng)告警。

當(dāng)μ＜0.3 min(Ax，Ay)且Au＞0.1Un時(shí)（Un為二次額定相電壓），識(shí)別為輸電線路運(yùn)行模式，此時(shí)應(yīng)投入線路保護(hù)功能，當(dāng)投入短引線保護(hù)功能時(shí)，應(yīng)告警。

當(dāng)μ＜0.3 min(Ax，Ay)且Au＜0.1Un時(shí)（Un為二次額定相電壓），識(shí)別為短引線運(yùn)行模式，此時(shí)應(yīng)投入短引線保護(hù)功能，當(dāng)投入線路保護(hù)功能時(shí)，應(yīng)告警。

2.2 方法設(shè)計(jì)可行性及驗(yàn)證

根據(jù)邊、中斷路器電流和線路側(cè)PT電壓來判別一次系統(tǒng)運(yùn)行模式，保證線路保護(hù)運(yùn)行模式和一次系統(tǒng)運(yùn)行模式保持一致。其特征是通過邊、中斷路器電流和線路側(cè)PT電壓來計(jì)算Ax、Ay、Au和μ，依據(jù)他們的幅值關(guān)系，來判別一次系統(tǒng)運(yùn)行模式，并在系統(tǒng)運(yùn)行方式與保護(hù)投入模式不一致時(shí)給出告警提示。

經(jīng)動(dòng)模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此方法具備短引線保護(hù)功能的線路保護(hù)裝置，能夠正確識(shí)別運(yùn)行方式，試驗(yàn)正確性、可靠性均滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行要求，具備實(shí)用性，有非常好的推廣價(jià)值。

3 結(jié)語

本文方法應(yīng)用于集成短引線保護(hù)的輸電線路保護(hù)裝置，可以有效避免保護(hù)裝置運(yùn)行模式與一次設(shè)備運(yùn)行模式不一致導(dǎo)致的誤動(dòng)和拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，保障電網(wǎng)安全，滿足電網(wǎng)建設(shè)中，在過渡期間電網(wǎng)安全運(yùn)行及現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際需求，因此具有非常好的推廣應(yīng)用前景。

集成短引線保護(hù)功能的線路保護(hù)裝置，在既有線路保護(hù)裝置基礎(chǔ)上集成短引線保護(hù)，不需要增加額外的設(shè)備，即可實(shí)現(xiàn)短引線保護(hù)，能夠減少變電站整體投資，降低運(yùn)行維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，提高供電可靠性，保證良好的經(jīng)濟(jì)效益。