智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流分析

遲 翔 趙 康 李 翔

智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流分析

遲 翔 趙 康 李 翔

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

本文分析500kV斷路器閉鎖重合閘的原理，梳理IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)下智能變電站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流，解釋智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流的冗余設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，分析一起因500kV斷路器保護(hù)閉鎖重合閘虛回路配置不統(tǒng)一導(dǎo)致誤發(fā)檢修不一致信號(hào)的案例。最后，針對(duì)變電站現(xiàn)場相關(guān)工作提出建議，為500kV斷路器保護(hù)調(diào)試及相關(guān)操作提供參考。

閉鎖重合閘；IEC 61850；信息流；冗余；虛回路

0 引言

當(dāng)前江蘇電網(wǎng)500kV變電站500kV側(cè)均采用3/2接線，邊開關(guān)重合閘整定為1.3s，中開關(guān)重合閘停用，500kV線路保護(hù)均設(shè)置為“單重”方式[1]。閉鎖重合閘信號(hào)是500kV保護(hù)裝置的重要信號(hào)，閉鎖重合閘是指在不滿足重合閘條件時(shí)將重合閘裝置放電。閉鎖重合閘的原因可以分為外部原因、保護(hù)自身邏輯判斷及斷路器一、二次設(shè)備條件不滿足三大類。

國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施明確指出：330kV及以上電壓等級(jí)輸變電設(shè)備保護(hù)應(yīng)按雙重化配置。文獻(xiàn)[2]指出，傳統(tǒng)站500kV斷路器僅配置一套斷路器保護(hù)，閉鎖重合閘信號(hào)在冗余性方面存在不足，智能站斷路器保護(hù)雙重化配置提高了安全性、穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[3]指出，110kV及以上電壓等級(jí)過程層應(yīng)為每套保護(hù)配置雙網(wǎng)，過程層網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立。文獻(xiàn)[4-5]指出，智能變電站嚴(yán)格按照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組網(wǎng)，采用虛端子取代物理端子，邏輯連接取代物理連接，保護(hù)裝置雙重化配置以提高冗余性。500kV智能變電站500kV側(cè)一次設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，閉鎖重合閘涉及因素較多，本文以某智能變電站500kV線-變串為研究對(duì)象，對(duì)閉鎖重合閘信息流的冗余配置進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 500kV斷路器閉鎖重合閘原理

1.1 500kV斷路器閉鎖重合閘的原因

閉鎖重合閘原因如圖1所示，大體可以分為三類：外部保護(hù)（如主變保護(hù)、線路保護(hù)、母線保護(hù)、過電壓及遠(yuǎn)方跳閘等保護(hù)）閉鎖重合閘信號(hào)開入、斷路器保護(hù)動(dòng)作（如三相不一致、失靈、死區(qū)、充電過電流等保護(hù)動(dòng)作）自身邏輯判斷的閉鎖重合閘，以及一、二次設(shè)備因素（如重合閘停用、斷路器保護(hù)采集的壓力低閉鎖重合閘、裝置告警、手分/合、遙分/合等）[6-7]。

圖1 閉鎖重合閘原因

對(duì)于斷路器保護(hù)判斷的閉鎖重合閘，通過斷路器保護(hù)邏輯即可實(shí)現(xiàn)對(duì)重合閘的“放電”；對(duì)于外部閉鎖重合閘信號(hào)開入，其涉及的信息流是本文研究的重點(diǎn)。

1.2 500kV斷路器閉鎖重合閘功能的實(shí)現(xiàn)

圖2為某500kV變電站500kV側(cè)一次系統(tǒng)。華東電力調(diào)控中心對(duì)500kV斷路器重合閘規(guī)定如下：完整串中斷路器重合閘停用，邊斷路器重合閘時(shí)間為1.3s。對(duì)于線-變式完整串，主變斷路器重合閘停用。因此，圖2中5012斷路器、5013斷路器重合閘均停用，5011斷路器重合閘啟用。500kV斷路器重合閘按照斷路器配置，對(duì)于5011斷路器，主要涉及的三跳閉鎖重合閘保護(hù)有：500kV線路保護(hù)、500kVⅠ段母線保護(hù)、對(duì)側(cè)遠(yuǎn)跳、相鄰斷路器失靈保護(hù)等。

圖2 某500kV變電站500kV側(cè)一次系統(tǒng)

1）傳統(tǒng)站500kV斷路器閉鎖重合閘的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)500kV變電站500kV斷路器僅配置一套保護(hù)。傳統(tǒng)站閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)如圖3所示，相關(guān)保護(hù)閉鎖重合閘信號(hào)（如500kV線路A、B套保護(hù)閉鎖重合閘信號(hào)，母線A、B套保護(hù)閉鎖重合閘信號(hào)，相鄰5012斷路器保護(hù)閉鎖重合閘信號(hào)）均通過相應(yīng)端子開入至5011斷路器保護(hù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)5011斷路器重合閘的放電。

圖3 傳統(tǒng)站閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)

2）傳統(tǒng)站500kV斷路器閉鎖重合閘方案的不足

傳統(tǒng)站500kV斷路器僅采用一套斷路器保護(hù)，輸出一路閉鎖重合閘信號(hào)，無法實(shí)現(xiàn)冗余。傳統(tǒng)站閉鎖重合閘開入采用硬接線，長時(shí)間運(yùn)行可能存在繼電器損壞、接線老化、端子松動(dòng)、絕緣能力降低等風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于保護(hù)裝置而言，若發(fā)生斷路器保護(hù)直流電源消失、信號(hào)開入異常、保護(hù)板卡異常等情況，則無法實(shí)現(xiàn)閉鎖重合閘功能。

2 智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信息流分析

500kV智能變電站采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，按照“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)信息流示意圖如圖4所示，智能終端設(shè)置在過程層，保護(hù)設(shè)置在間隔層，A、B網(wǎng)之間進(jìn)行嚴(yán)格通信隔離。智能站保護(hù)采用雙重化配置，配備兩套500kV斷路器保護(hù)分別與面向通用對(duì)象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）A、B網(wǎng)連接[8]。

2.1 線路單相永久性故障閉鎖重合閘信息流

為避免兩套斷路器保護(hù)發(fā)生反復(fù)重合的問題，在線路保護(hù)重合閘切為單相重合閘模式時(shí)，A（B）套線路保護(hù)三跳閉鎖重合閘A（B）套斷路器保護(hù)重合閘，且利用三相跳位閉鎖滯后重合的一套斷路器保護(hù)重合閘，其原理如圖5所示。例如，線路發(fā)生C相永久性接地，假設(shè)5011斷路器B套重合閘滯后于5011斷路器A套重合閘，5011斷路器C相單相重合閘后而5011三跳閉鎖重合閘，此時(shí)5011斷路器B套重合閘將被三相跳位閉鎖。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加接線，僅通過智能終端判三相跳位閉鎖滯后重合的B套斷路器保護(hù)重合閘，相應(yīng)的閉鎖重合閘信息流如圖6所示。5Y61線A套保護(hù)閉鎖5011斷路器A套保護(hù)重合閘（自閉重）路徑為：5Y61線A套保護(hù)→過程層GOOSE A網(wǎng)→5011斷路器A套保護(hù)（重合閘放電）。5011斷路器三相永跳閉鎖重合閘B套斷路器保護(hù)信息流（B套斷路器保護(hù)重合閘滯后）：5011斷路器B套智能終端→過程層GOOSE B網(wǎng)→5011斷路器B套保護(hù)（重合閘放電）[9]。

圖4 閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)信息流示意圖

圖5 三相跳位閉鎖滯后重合側(cè)重合閘原理

圖6 5011斷路器三相永跳閉鎖重合閘信息流（B套斷路器保護(hù)重合閘滯后）

2.2 其他相關(guān)保護(hù)（三相永跳）閉鎖重合閘信息流

對(duì)于5012斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作閉鎖重合閘5011斷路器、500kVⅠ母母差動(dòng)作閉鎖重合閘5011斷路器、線路相間故障三相永跳閉鎖重合閘5011斷路器、線路遠(yuǎn)跳閉鎖重合閘5011斷路器等情況，相應(yīng)A（B）套保護(hù)直接三相永跳閉鎖重合閘5011斷路器A（B）套保護(hù)。其他三相永跳保護(hù)閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)如圖7所示，以5012斷路器失靈聯(lián)跳且閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)為例，5012斷路器A（B）套保護(hù)閉鎖5011斷路器A（B）套保護(hù)重合閘路徑為：5012斷路器A（B）套保護(hù)→過程層GOOSE A（B）網(wǎng)→5011斷路器A（B）套保護(hù)（重合閘放電）。

圖7 其他三相永跳保護(hù)閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)

2.3 壓力低閉鎖重合閘

壓力低閉鎖重合閘5011斷路器保護(hù)如圖8所示，對(duì)于SF6氣壓低、N2壓力低等壓力閉鎖重合閘斷路器保護(hù)的情況，A（B）套智能終端采集到壓力低信號(hào)后傳遞至對(duì)應(yīng)A（B）套斷路器保護(hù)實(shí)現(xiàn)閉鎖重合閘[10-11]。

2.4 智能終端間采用硬接線實(shí)現(xiàn)互相閉鎖重合閘

500kV斷路器A（B）套智能終端設(shè)置閉鎖B（A）套斷路器保護(hù)重合閘硬壓板，可以實(shí)現(xiàn)閉鎖重合閘信號(hào)在A、B套智能終端及保護(hù)間傳遞。需要指出的是，該閉鎖重合閘模式僅適用于線路保護(hù)重合閘切至“三重”模式時(shí)，但現(xiàn)階段500kV線路保護(hù)的重合閘方式為“單重”模式，故兩套智能終端間采用硬接線實(shí)現(xiàn)互相閉鎖重合閘方案僅適用于現(xiàn)階段220kV及以下線路保護(hù)A、B套的互相閉鎖重合閘。500kV斷路器A、B套智能終端間雖配置了硬接線及相關(guān)互相閉鎖重合閘壓板，但無實(shí)際意義，此處不再贅述。

3 一起閉鎖重合閘虛回路配置錯(cuò)誤案例分析

某站在進(jìn)行5012斷路器保護(hù)裝置調(diào)試過程中，5012斷路器兩套保護(hù)裝置置檢修硬壓板投入之后，相鄰的5013斷路器保護(hù)兩套保護(hù)的光字牌出現(xiàn)不一致情況：5013斷路器B套保護(hù)報(bào)檢修不一致，5013斷路器A套保護(hù)未報(bào)檢修不一致?，F(xiàn)場保護(hù)裝置運(yùn)行正常，5012斷路器的兩套斷路器保護(hù)置檢修硬壓板投入正常，GOOSE網(wǎng)交換機(jī)運(yùn)行正常。下面對(duì)出現(xiàn)5013斷路器B套保護(hù)報(bào)檢修不一致而A套保護(hù)不報(bào)的原因進(jìn)行分析。

相鄰兩斷路器之間的GOOSE信號(hào)傳遞僅為相互閉鎖重合閘，因此應(yīng)是閉鎖重合閘信號(hào)出現(xiàn)問題。5013斷路器是主變間隔斷路器重合閘停用，5012斷路器不應(yīng)給5013斷路器發(fā)閉鎖重合閘GOOSE信號(hào)。5013斷路器A套保護(hù)是A廠家的保護(hù)裝置，B套保護(hù)是B廠家的保護(hù)裝置。技術(shù)人員檢查相關(guān)保護(hù)變電站配置描述（substation configuration description, SCD）文件后發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)集成廠家在配置A套保護(hù)虛回路時(shí)充分考慮到實(shí)際情況下5012斷路器A套保護(hù)不應(yīng)閉鎖重合閘5013斷路器A套斷路器保護(hù)，未在SCD文件中配置相關(guān)虛端子連線，故5013斷路器A套保護(hù)不報(bào)檢修狀態(tài)不一致；系統(tǒng)集成廠家在配置B套保護(hù)時(shí)因疏忽而在SCD文件中配置了相關(guān)虛端子連線，故造成5013斷路器B套保護(hù)報(bào)檢修不一致[12]，錯(cuò)誤配置的虛回路示意圖如圖9所示。系統(tǒng)集成廠家在SCD文件中修正相關(guān)配置，取消了5012斷路器B套保護(hù)閉鎖重合閘5013斷路器B套保護(hù)的虛端子連接，并進(jìn)行重新下裝配置，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試，誤報(bào)的檢修不一致信號(hào)消失[13]。

圖9 錯(cuò)誤配置的虛回路示意圖

4 對(duì)現(xiàn)場運(yùn)維檢修工作的啟示

1）檢修斷路器輔助觸點(diǎn)退出線路保護(hù)

變電站通用規(guī)程明確規(guī)定：500kV運(yùn)行線路單開關(guān)檢修時(shí)，線路保護(hù)對(duì)應(yīng)的檢修開關(guān)檢修方式切換開關(guān)應(yīng)進(jìn)行切換。現(xiàn)場該操作步驟一般在安全措施中執(zhí)行。

將檢修斷路器輔助觸點(diǎn)退出線路保護(hù)的具體原因?yàn)椋寒?dāng)5Y61線由單斷路器5011供電時(shí)，檢修的5012斷路器輔助觸點(diǎn)應(yīng)及時(shí)退出5Y61線路保護(hù)，線路保護(hù)不會(huì)對(duì)5012斷路器進(jìn)行邏輯判別，僅對(duì)5011斷路器進(jìn)行邏輯判別。否則，當(dāng)5Y61線發(fā)生單相瞬時(shí)故障時(shí)保護(hù)將選相跳閘，若恰好檢修態(tài)的5012斷路器仍在合位，線路保護(hù)跳閘脈沖將保持，閉鎖5011斷路器重合閘，5011斷路器三相不一致保護(hù)動(dòng)作跳閘導(dǎo)致5Y61線路失電。

2）退出檢修斷路器閉鎖重合閘開出壓板

一次停役，調(diào)度一般不單獨(dú)發(fā)令保護(hù)停役。設(shè)備運(yùn)維人員應(yīng)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)、現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)定和實(shí)際情況對(duì)閉鎖重合閘等二次回路進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)退出檢修間隔斷路器保護(hù)開出至其他保護(hù)的閉鎖重合閘壓板，檢修工作結(jié)束后及時(shí)恢復(fù)閉鎖重合閘壓板。

5 結(jié)論

智能變電站500kV斷路器閉鎖重合閘信號(hào)采用冗余配置，相對(duì)于傳統(tǒng)站而言可靠性明顯提高。智能站500kV斷路器閉鎖重合閘信號(hào)涉及相關(guān)保護(hù)開入、斷路器自身邏輯判斷及斷路器運(yùn)行情況等多方面因素；同時(shí)，對(duì)于線-線串、線-變串的中斷路器、邊斷路器的重合閘配置也有不同的規(guī)定，需要視具體問題進(jìn)行具體分析。本文對(duì)500kV斷路器閉鎖重合閘原理及信息流進(jìn)行了詳細(xì)分析，以期為變電站現(xiàn)場的500kV斷路器保護(hù)運(yùn)檢工作提供參考。

[1] 馬越, 朱茂森. 500kV斷路器保護(hù)未正確溝通三跳分析[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(8): 45-47, 54.

[2] 宋勁揚(yáng), 黃瀟愷, 李舒適, 等. 一種改進(jìn)型閉鎖重合閘信號(hào)跨雙網(wǎng)配合方式及其風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2022, 37(6): 173-180.

[3] 劉奎, 杜鵑, 陸金鳳, 等. 基于“六統(tǒng)一”規(guī)范的500kV輸電線路二次重合閘改進(jìn)方案研究[J]. 電氣技術(shù), 2020, 21(6): 111-115, 121.

[4] 李金, 胡榮, 王麗華, 等. 智能變電站IEC 61850 Ed 2.0工程配置應(yīng)用方案[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2018, 42(2): 154-159.

[5] 呂航, 楊貴, 胡紹謙. 智能變電站網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性評(píng)價(jià)方法[J]. 電氣技術(shù), 2023, 24(2): 59-63, 70.

[6] 王肖, 季虎, 董德勇, 等. 高壓斷路器合閘閉鎖自檢檢狀態(tài)指示儀的研制[J]. 電氣技術(shù), 2023, 24(8): 74-77.

[7] 周勇, 李松山. 500kV斷路器液壓彈簧機(jī)構(gòu)閉鎖重合閘回路缺陷及改進(jìn)[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(9): 136- 138.

[8] 張洪, 劉慶國, 鄂士平, 等. 智能變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化方案探討[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(3): 84-88.

[9] 遲翔. 220kV線路閉鎖重合閘實(shí)現(xiàn)方案分析[J]. 電力安全技術(shù), 2022, 24(10): 14-16.

[10] 梁旭日, 麻震爍, 李冰玉, 等. 一起500kV液壓彈簧機(jī)構(gòu)斷路器油壓低分合閘閉鎖故障原因分析[J]. 電氣技術(shù), 2022, 23(9): 93-96.

[11] 胡帥, 葉穎, 馬濤, 等. 不方式下“低氣壓閉鎖重合閘回路分析”[J]. 浙江電力, 2019, 38(12): 64-69.

[12] 徐巖, 單肄超. 基于SCD文件的智能變電站二次回路可視化[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2023, 35(3): 69-76.

[13] 王培林, 宋小麗, 王涵宇, 等. 智能變電站虛端子輔助自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(5): 151-157.

Analysis of information flow for 500kV circuit breaker in intelligent substation

CHI Xiang ZHAO Kang LI Xiang

(State Grid Zhenjiang Power Supply Company, Zhenjiang, Jiangsu 212000)

This paper analyzes the principle of reclosing block of 500kV circuit breaker protection, and provides a detailed overview of the information flow of 500kV circuit breaker in intelligent substations under the IEC 61850 standard. It also explains the redundancy design of the information flow of 500kV circuit breaker in intelligent substations. On this basis, this paper analyzes a case where inconsistent maintenance signals are mistakenly sent due to inconsistent configuration of the closed virtual circuit of 500kV circuit breaker protection. Finally, suggestions are proposed for the on-site work in substations, providing reference for the device debugging and related operations of 500kV circuit breaker protection.

reclosing block; IEC 61850; information flow; redundancy; virtual circuit

2023-10-09

2023-10-17

遲 翔（1991—），男，安徽省滁州市人，工程師，主要從事智能變電站運(yùn)行維護(hù)工作。