220 kV線路保護(hù)二次回路配置及與各類保護(hù)裝置之間的配合

趙段杰，朱 劍

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引 言

目前，變電站系統(tǒng)的220 kV部分主要采用雙母線接線方式，且國(guó)網(wǎng)要求220 kV線路保護(hù)要按照雙重化的原則進(jìn)行配置，一般配置2套主保護(hù)和完整的后備保護(hù)。220 kV線路保護(hù)的雙重化配置原則，既是保護(hù)裝置的雙重化，也是保護(hù)二次回路的雙重化。雙重化配置的保護(hù)裝置及其回路之間應(yīng)當(dāng)完全獨(dú)立，沒有直接的電氣聯(lián)系。對(duì)于220 kV線路保護(hù)來說，作為其保護(hù)判別依據(jù)的電壓、電流二次采樣回路是重要的保護(hù)判別依據(jù)，并且主保護(hù)通道是否暢通是其正確動(dòng)作的重要條件之一。這類二次回路同樣應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)雙重化配置的保護(hù)裝置進(jìn)行對(duì)應(yīng)配置。此外，電網(wǎng)的保護(hù)裝置環(huán)環(huán)相扣，形成了互相配合、緊密聯(lián)系的保護(hù)系統(tǒng)。220 kV線路保護(hù)作為其中重要的一部分，與系統(tǒng)中其他保護(hù)之間的配合關(guān)系值得探究。

1 線路保護(hù)的電壓電流回路及保護(hù)通道配置

1.1 線路保護(hù)的二次電壓回路

220 kV線路保護(hù)電壓的采樣方式通常有取母線電壓和取本線路電壓2種情況。當(dāng)取對(duì)應(yīng)運(yùn)行母線上電壓互感器所采電壓時(shí)，該間隔線路保護(hù)通常利用二次并列切換回路采集對(duì)應(yīng)母線電壓。優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)合理、投資少，缺點(diǎn)是有二次反充電的可能。因此，對(duì)于運(yùn)維人員來說，在每次操作母線閘刀后，需要在相應(yīng)母差保護(hù)裝置上確認(rèn)輔助接點(diǎn)的切換是否正常，同時(shí)由于自動(dòng)并列接點(diǎn)1YQJ6（2YQJ6）的容量通常較小，倒母線操作時(shí)，在使母線側(cè)閘刀雙跨之前，要操作電壓并列裝置的BK把手使得2條母線電壓強(qiáng)制并列。此類情況中，線路也會(huì)安裝單相線路壓變，采集的線路電壓僅用于線路保護(hù)重合閘中的檢同期和檢無壓功能。取本線路三相電壓互感器所采電壓的情況。大多數(shù)220 kV線路僅配置單相線路壓變，而有些線路自身有三相電壓互感器，其線路保護(hù)僅需采用本線路三相電壓即可。優(yōu)點(diǎn)是不必設(shè)置復(fù)雜的電壓切換回路，提高了保護(hù)可靠性和測(cè)量準(zhǔn)確性，缺點(diǎn)是每條線路都要裝設(shè)三相電壓互感器，加大了投資和維護(hù)成本。

1.2 線路保護(hù)的二次電流回路

每條220 kV線路的開關(guān)與線路側(cè)閘刀之間都安裝有電流互感器。電流互感器中有多個(gè)流變次級(jí)，依據(jù)雙重化原則，與其他保護(hù)一樣，2套220 kV線路保護(hù)會(huì)每套分別分配到一組流變次級(jí)用于保護(hù)電流采樣。流變次級(jí)的布置需遵循最大化原則，使得線路保護(hù)與母差保護(hù)分別占據(jù)合理范疇內(nèi)的最大保護(hù)范圍，并且保護(hù)范圍有一部分相互重疊，從而消除次級(jí)之間的保護(hù)死區(qū)，使設(shè)備獲得更好的保護(hù)。由于流變安裝位置的緣故，線路流變與開關(guān)之間的區(qū)域成為了線路保護(hù)的一段保護(hù)死區(qū)。該區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，線路保護(hù)無法感知到故障電流而正常啟動(dòng)，因此需要母差保護(hù)通過遠(yuǎn)方停信等方式來使保護(hù)及時(shí)動(dòng)作。

1.3 保護(hù)通道類型與配置原則

220 kV縱聯(lián)保護(hù)通道同樣應(yīng)遵循雙重化原則，即單套保護(hù)配置雙通道。目前，繼電保護(hù)通道主要有載波通道、微波通道、光纖通道以及導(dǎo)引線通道4種[1]。其中，光纖通道作為繼電保護(hù)通道的保護(hù)應(yīng)用最廣，成為了當(dāng)前發(fā)展最快的通道類型，優(yōu)點(diǎn)是通道容量大且不易受電磁的干擾，并且由于具有獨(dú)立的光纖作為通道，輸電線路的故障不會(huì)對(duì)光纖通道造成影響?，F(xiàn)階段運(yùn)用越來越廣泛的是光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）光纜，通過將絞制的若干根光纖與架空地線結(jié)合鋪設(shè)通信光纜。但由于歷史原因，目前仍有許多使用光纖通道的單套保護(hù)僅僅配置了單通道，或者雖然單套保護(hù)配置了雙通道，但是仍然處于一條通道運(yùn)行、另一條通道備用的狀態(tài)。

2 220 kV線路保護(hù)與其他保護(hù)的二次配合

2.1 線路保護(hù)與操作箱的聯(lián)系

操作箱是用于控制操作斷路器的輔助控制設(shè)備，能夠通過其中的跳閘、合閘回路與斷路器配合使用，讓保護(hù)裝置和其他有關(guān)設(shè)備均可通過操作箱來對(duì)斷路器進(jìn)行分合閘操作。220 kV斷路器通常為含有2組分相分閘線圈、1組分相合閘線圈的高壓斷路器，因此與之配套的操作箱通常也有2組跳閘回路、1組分閘回路，同時(shí)操作箱有監(jiān)視斷路器跳合閘位置的回路、壓力閉鎖回路以及防跳回路等，下文以CZX-12R1型操作箱為例。

2.2 操作箱與線路保護(hù)的配合

（1）三相跳閘回路分為三跳啟動(dòng)重合閘回路和三跳不啟動(dòng)重合閘回路。保護(hù)發(fā)三跳命令并且要啟動(dòng)重合閘時(shí)，如圖1所示，通過n36端子啟動(dòng)11TJQ、12TJQ、13TJQ繼電器來分別接通圖2中的第一組分相跳閘回路以啟動(dòng)第一組跳閘線圈，并且通過n39端子起動(dòng)21TJQ、22TJQ、23TJQ繼電器來同樣起動(dòng)第二組跳閘線圈，從而完成保護(hù)對(duì)開關(guān)進(jìn)行三相跳閘和重合運(yùn)行的控制。

圖1 CZX-12R1型操作箱的三相跳閘起動(dòng)回路原理

圖2 CZX-12R1型操作箱第一組跳閘回路A相分相跳閘原理

當(dāng)保護(hù)需要開關(guān)三相跳閘并且不啟動(dòng)重合閘時(shí)，如圖1所示，可以通過n38端子起動(dòng)11TJR、12TJR、13TJR繼電器來接通圖2中的第一組分相跳閘回路，以啟動(dòng)第一組跳閘線圈,同時(shí)通過n40端子啟動(dòng)21TJR、22TJR、23TJR繼電器，同樣啟動(dòng)第二組跳閘線圈，完成對(duì)開關(guān)的三相跳閘，并且TJR繼電器的相關(guān)節(jié)點(diǎn)還會(huì)閉鎖重合閘回路，使得對(duì)應(yīng)的重合閘不動(dòng)作，從而使得開關(guān)不能進(jìn)行重合。

（2）分相跳閘功能。當(dāng)開關(guān)處于合閘位置時(shí)，開關(guān)常開輔助接點(diǎn)閉合，保護(hù)通過分相跳閘接點(diǎn)動(dòng)作，使跳閘回路接通，跳閘保持繼電器TBIJ動(dòng)作并由相應(yīng)的接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自保持，直到開關(guān)跳閘后，輔助接點(diǎn)斷開，從而斷開跳閘回路。

（3）重合閘功能。當(dāng)保護(hù)重合閘功能動(dòng)作時(shí)，使重合閘對(duì)應(yīng)回路接通，ZHJ繼電器得電，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)接通，從而分別接通A、B、C這3個(gè)分相合閘回路，啟動(dòng)合閘線圈使得開關(guān)合閘，實(shí)現(xiàn)重合閘功能。

2.3 線路保護(hù)與斷路器保護(hù)的配合

在非“六統(tǒng)一”變電站中，單獨(dú)配置的斷路器保護(hù)中失靈電流判別功能啟用，斷路器保護(hù)的作用是為線路保護(hù)提供失靈啟動(dòng)電流判別；而在“六統(tǒng)一”變電站中，斷路器保護(hù)的失靈功能不用，僅使用其過流保護(hù)功能，作為線路保護(hù)的補(bǔ)充[2]。

2.4 線路保護(hù)與失靈保護(hù)的配合

斷路器失靈保護(hù)是一種近后備保護(hù)。對(duì)于220 kV系統(tǒng)常用的雙母線或單母線分段接線方式，失靈保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)以較短的時(shí)間跳開母聯(lián)或者分段斷路器，再經(jīng)過一段延時(shí)跳開與失靈斷路器接在同一母線上的其他斷路器。因?yàn)槠涮l對(duì)象與母差保護(hù)的跳閘對(duì)象完全一致，所以可以將失靈保護(hù)邏輯集成在母差保護(hù)裝置中。

失靈保護(hù)作為線路保護(hù)的后備保護(hù)，當(dāng)線路保護(hù)無法跳開該斷路器時(shí)，失靈保護(hù)啟動(dòng)，切除故障，且當(dāng)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后，應(yīng)閉鎖相關(guān)線路保護(hù)的重合閘。

失靈保護(hù)的啟動(dòng)條件有2個(gè)：一是有保護(hù)對(duì)該斷路器發(fā)出過跳閘命令；二是該斷路器在一段時(shí)間內(nèi)一直有故障電流。這一失靈邏輯判別功能在非“六統(tǒng)一”變電站中是由相應(yīng)斷路器獨(dú)立配置的斷路器保護(hù)實(shí)現(xiàn)的。在“六統(tǒng)一”變電站中，每套母差保護(hù)都內(nèi)置了失靈保護(hù)功能，為對(duì)應(yīng)的220 kV線路保護(hù)進(jìn)行失靈判斷，其具體分析如下[3]。

（1）220 kV母差保護(hù)為非“六統(tǒng)一”裝置時(shí)，線路保護(hù)動(dòng)作，根據(jù)故障類型不同，線路保護(hù)和操作箱分別發(fā)分相啟失靈或者三相啟失靈至斷路器保護(hù)，經(jīng)斷路器保護(hù)電流判別后至母差保護(hù)失靈功能實(shí)現(xiàn)。回路原理如圖3所示。

圖3 非“六統(tǒng)一”失靈保護(hù)原理

以PSL602保護(hù)和RCS931保護(hù)為例，單相跳閘接點(diǎn)經(jīng)過啟動(dòng)失靈壓板到斷路器裝置，斷路器保護(hù)通過電流判別，通過失靈啟動(dòng)母差壓板（15LP13）決定是否啟動(dòng)母差失靈出口。當(dāng)保護(hù)三相跳閘時(shí)，其三跳接點(diǎn)不直接啟動(dòng)失靈，而是通過操作箱的三跳接點(diǎn)去啟動(dòng)失靈[4]。失靈保護(hù)啟動(dòng)后經(jīng)過開關(guān)保護(hù)分相電流元件判別通過后至母差延時(shí)回路（0.2 s）出口。三相啟動(dòng)失靈只要一相電流滿足即可。

（2）220 kV母差保護(hù)為“六統(tǒng)一”裝置時(shí)，線路保護(hù)動(dòng)作，根據(jù)故障類型不同，線路保護(hù)和操作箱分別發(fā)分相啟失靈或者三相啟失靈至母差保護(hù)失靈開入壓板，經(jīng)母差保護(hù)進(jìn)行電流判別。

“六統(tǒng)一”設(shè)計(jì)的變電站線路開關(guān)保護(hù)無失靈保護(hù)功能，失靈電流判別在母差中進(jìn)行。第一套線路保護(hù)啟動(dòng)第一套母差保護(hù)失靈功能，第二套線路保護(hù)啟動(dòng)第二套母差保護(hù)失靈功能。保護(hù)三跳、永跳出口時(shí)，開關(guān)操作箱三跳啟失靈接點(diǎn)啟動(dòng)2套母差保護(hù)三相失靈功能。

2.5 線路保護(hù)與母差保護(hù)的配合

（1）遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)裝置。對(duì)于雙母線接線方式的220 kV線路保護(hù)裝置，當(dāng)線路對(duì)側(cè)母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)，會(huì)向線路本側(cè)發(fā)遠(yuǎn)跳信號(hào)[5]。本側(cè)的遠(yuǎn)方跳閘保護(hù)裝置在收到對(duì)側(cè)發(fā)來的遠(yuǎn)方跳閘信號(hào)后，為了避免該遠(yuǎn)方跳閘信號(hào)為誤發(fā)信號(hào)，會(huì)通過零序、負(fù)序電流/電壓、低電流和低有功等判據(jù)進(jìn)行就地判別，若判斷確實(shí)有一次系統(tǒng)的故障或異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保護(hù)裝置跳開本側(cè)的開關(guān)。

（2）線路保護(hù)與母差保護(hù)的配合。對(duì)于220 kV雙母線接線方式，通常考慮線路保護(hù)與母差保護(hù)之間的配合時(shí)，是指當(dāng)線路電流互感器與開關(guān)之間發(fā)生所謂死區(qū)故障的情況。該區(qū)域?qū)儆谀覆畋Ｗo(hù)的保護(hù)范圍，母差保護(hù)動(dòng)作而線路保護(hù)并不會(huì)動(dòng)作，但實(shí)際如果只是母差保護(hù)動(dòng)作，故障點(diǎn)仍在線路上，若對(duì)側(cè)仍有電則線路上仍有故障電流。為應(yīng)對(duì)這種情況，當(dāng)母差保護(hù)動(dòng)作或者失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)后，線路保護(hù)為閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)時(shí)會(huì)有縱聯(lián)保護(hù)停信；允許式縱聯(lián)保護(hù)則會(huì)縱聯(lián)保護(hù)發(fā)信，通過這種方式立即使線路對(duì)側(cè)的開關(guān)跳開，切除故障。

如果在母線上故障，在雙母線接線情況下，同樣是母差保護(hù)動(dòng)作或者失靈保護(hù)動(dòng)作，此時(shí)仍會(huì)使線路對(duì)側(cè)斷路器跳開。這時(shí)雖然并不是在死區(qū)發(fā)生的故障，但是線路保護(hù)通過上述方式與母差配合跳開對(duì)側(cè)開關(guān)不會(huì)擴(kuò)大停電范圍，并不會(huì)造成不良影響。

（3）閉鎖重合閘。當(dāng)母線上發(fā)生故障母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)，一般都是永久性故障，因此為防止線路開關(guān)重合于母線故障點(diǎn)，從而對(duì)系統(tǒng)再一次造成沖擊，母差保護(hù)動(dòng)作應(yīng)當(dāng)閉鎖線路保護(hù)的重合閘功能[6]。

3 結(jié) 論

本文主要分析了線路保護(hù)相關(guān)的二次電壓電流回路及通道配置，并對(duì)220 kV線路與其他各類二次設(shè)備之間的配合進(jìn)行了分析討論。雙重化配置是220 kV線路保護(hù)的一項(xiàng)重要配置原則，代表了220 kV線路在電網(wǎng)中不可或缺的重要性，作為其保護(hù)的220 kV線路保護(hù)裝置的重要性不言而喻。保護(hù)裝置是變電站中一個(gè)龐大系統(tǒng)，220 kV線路保護(hù)作為保護(hù)裝置中重要的一部分，通過與其他各類保護(hù)及配套裝置的配合，成為整個(gè)變電站保護(hù)系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。