雙重化配置線路保護(hù)的重合閘功能運(yùn)行分析

宋亮亮， 汪 萍，袁宇波， 高 磊

(1.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.江蘇省電力公司，江蘇南京210024)

現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，考慮超高壓線路保護(hù)防拒動(dòng)的要求，220 kV及以上線路一般采用2套不同原理的主后一體化保護(hù)裝置，含線路重合閘功能。運(yùn)行線路發(fā)生瞬時(shí)性故障保護(hù)動(dòng)作或開關(guān)偷跳行為時(shí)，通常在開關(guān)跳開一定時(shí)間（在躲過熄弧和去游離時(shí)間的前提下，依據(jù)運(yùn)方提供的滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的最佳重合閘時(shí)間）后自動(dòng)將開關(guān)合閘運(yùn)行，以提高供電可靠性。目前一般電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)重合閘通常采用單相一次重合方式，即單相故障跳單相重合閘單相，相間故障不重合；對特殊運(yùn)行方式或用戶側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)，可采用三相一次重合閘方式，即單相故障跳三相重合三相，相間故障三跳不重合；根據(jù)部分地區(qū)電廠側(cè)繼電保護(hù)運(yùn)行要求，并網(wǎng)線路電廠側(cè)的重合閘功能一般停用。

繼電保護(hù)系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行可靠性起到至關(guān)重要的作用，從加強(qiáng)主保護(hù)簡化后備保護(hù)的角度出發(fā)，國網(wǎng)公司自2007年開始在超高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)中開展執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案，從保護(hù)功能、原理、二次回路、定值等項(xiàng)目對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行統(tǒng)一[1]。標(biāo)準(zhǔn)化配置的線路保護(hù)采用2套完全獨(dú)立的判別和執(zhí)行系統(tǒng)，取消了2套保護(hù)之間的重合閘相互啟動(dòng)和閉鎖回路，正常運(yùn)行時(shí)2套重合閘均投入運(yùn)行，該運(yùn)行方式引發(fā)了繼電保護(hù)及調(diào)度運(yùn)行人員對下述問題的關(guān)注。（1）線路發(fā)生單相永久接地故障時(shí)，2套保護(hù)裝置的重合閘功能能否正確配合，從而確保開關(guān)不發(fā)生二次重合閘，減少對電網(wǎng)設(shè)備的沖擊；（2）當(dāng)由于電網(wǎng)運(yùn)行方式變化而需要啟用或停用線路的重合閘功能時(shí)，2套線路保護(hù)該分別如何操作，從而提高供電可靠性；（3）智能變電站繼電保護(hù)裝置及智能終端采用雙重化配置方案，其與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)（“六統(tǒng)一”）的常規(guī)保護(hù)單操作箱重合閘的設(shè)計(jì)、運(yùn)行有何差別。

目前已有部分文獻(xiàn)對雙重化重合閘問題進(jìn)行過研究，但多為對某一環(huán)節(jié)（例如某塊壓板的功能，現(xiàn)有的重合閘運(yùn)行方式等）進(jìn)行簡單解釋，缺乏較為系統(tǒng)的理論分析和研究[2-5]。因而上述的問題目前還沒有得到系統(tǒng)的解釋。文中將根據(jù)重合閘功能的原理，對“六統(tǒng)一”線路保護(hù)重合閘的配置和運(yùn)行方式進(jìn)行研究，制定智能變電站雙套重合閘之間的優(yōu)化配合策略，提高電網(wǎng)重合閘的運(yùn)行水平。

1傳統(tǒng)重合閘配置方式

重合閘是一種因故障跳開后斷路器按需要自動(dòng)投入的自動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)用于超高壓電網(wǎng)中，對提高系統(tǒng)供電的可靠性，減少線路停電的次數(shù)，提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性有重要作用[6]。

雙母線接線形式的線路重合閘功能一般隨線路保護(hù)配置。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)之前，重合閘方式的變更通過重合閘切換把手執(zhí)行，作為保護(hù)裝置外部硬接點(diǎn)開入，不設(shè)置單獨(dú)的重合閘停用壓板。重合閘功能退出時(shí)需將切換把手置于“停用”位置，但裝置重合閘退出并不代表線路重合閘退出，此時(shí)保護(hù)仍執(zhí)行選相跳閘。要實(shí)現(xiàn)線路重合閘停用，需同時(shí)投入“溝三閉重”壓板。當(dāng)重合閘方式把手置于運(yùn)行位置（單重、三重或綜重）且定值中對應(yīng)的重合閘投入控制字置“1”時(shí)，裝置重合閘投入。典型的線路保護(hù)重合閘邏輯如圖1所示。

圖1典型單相重合閘邏輯

為簡化運(yùn)行，“六統(tǒng)一”前雙重化配置的線路保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)僅投入一套重合閘，根據(jù)不同地區(qū)用戶習(xí)慣，通常選與斷路器保護(hù)共屏那套線路保護(hù)，將另一套保護(hù)屏的合閘出口壓板取下。以配置RCS931+PSL603+PSL631的線路為例，正常方式下，啟用PSL603重合閘，停用RCS931重合閘 （出口壓板退出），同時(shí)取下RCS931保護(hù)屏“溝通三跳”壓板。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，PSL603啟動(dòng)自身的重合閘計(jì)時(shí)，RCS931動(dòng)作跳閘的同時(shí)通過“啟動(dòng)另一套裝置重合閘”硬壓板啟動(dòng)PSL603的重合閘，經(jīng)PSL603保護(hù)判別滿足條件后合閘出口。該方式保證了最終的重合閘命令由一套保護(hù)發(fā)出，從根本上避免了開關(guān)出現(xiàn)二次重合閘的可能。2套屏柜間重合閘相互聯(lián)系回路如圖2所示。

圖2非“六統(tǒng)一”線路保護(hù)重合閘配合關(guān)系

采用單套線路保護(hù)啟用重合閘時(shí)，其條件判別均由該線路保護(hù)執(zhí)行，不會(huì)出現(xiàn)由于2套保護(hù)配合不一致導(dǎo)致的二次重合問題。另外重合閘出口脈沖發(fā)出的同時(shí)即“放電”，避免了同一套保護(hù)裝置出現(xiàn)二次重合閘的可能性。

2標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的重合閘配置

Q/GDW 161—2007[1]明確了220 kV及以上線路保護(hù)雙重化配置的原則，規(guī)定了2套保護(hù)之間的交流采樣及跳合閘回路完全獨(dú)立，取消了相互啟動(dòng)和閉鎖回路。

“六統(tǒng)一”線路保護(hù)取消了重合閘切換把手和“溝通三跳”壓板，取消至第二套保護(hù)的重合閘啟動(dòng)回路，每套保護(hù)增設(shè)了“停用重合閘”功能壓板，增加了“禁止重合閘”控制字。

正常運(yùn)行時(shí)，為統(tǒng)一運(yùn)行原則，2套線路保護(hù)的重合閘功能和回路均投入，當(dāng)任一“停用重合閘”功能壓板投入時(shí)，任何故障情況下保護(hù)裝置均三跳閉重。因此若僅停用某一套裝置重合閘，則不能投入 “停用重合閘”壓板，而應(yīng)該將該裝置重合閘出口壓板解除，讓另一套保護(hù)重合閘可以正常工作?！傲y(tǒng)一”線路重合閘功能配合關(guān)系如圖3所示。

雙套重合閘同時(shí)投入運(yùn)行時(shí)，兩者之間的配合問題曾引起電網(wǎng)運(yùn)行人員的普遍關(guān)注。例如線路發(fā)生永久性故障時(shí)，2套保護(hù)重合閘功能的差異是否會(huì)造成開關(guān)二次重合。下面將結(jié)合重合閘原理和二次回路的設(shè)計(jì)對該問題進(jìn)行分析。

圖3“六統(tǒng)一”線路保護(hù)重合閘配合關(guān)系

（1）目前國產(chǎn)微機(jī)保護(hù)裝置的重合閘原理基本相同，整組時(shí)間差異一般不超過10 ms。操作箱繼電器節(jié)點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間加上斷路器本體合閘固有時(shí)間在30～40 ms。由于斷路器通常只有一個(gè)合閘線圈，2套保護(hù)的合閘回路經(jīng)操作箱后并在一起去斷路器本體機(jī)構(gòu)，因此2套線路保護(hù)重合閘的整組時(shí)間差在斷路器行程過程中基本被湮滅，對斷路器本體來講只能感受到一個(gè)合閘脈沖。若此時(shí)合于永久故障，保護(hù)感受到的故障量特征滿足，保護(hù)全線加速動(dòng)作將故障切除，不會(huì)再出現(xiàn)二次重合的現(xiàn)象。典型重合閘放電邏輯如圖4所示。

圖4重合閘放電邏輯

進(jìn)口保護(hù)和國產(chǎn)保護(hù)之間的重合閘計(jì)時(shí)方式不同，在雙母線接線方式的線路配置中已很少使用。

（2）非正常情況 （包括定值整定偏差、程序異常等）下出現(xiàn)一套保護(hù)先合于故障時(shí)，分析如下。假設(shè)第一套保護(hù)先重合，第二套保護(hù)后合。

（a）假設(shè)第一套保護(hù)重合閘先動(dòng)作，開關(guān)合于故障，此時(shí)第二套保護(hù)會(huì)立即感受到故障電流，如果此時(shí)第二套重合閘的計(jì)時(shí)沒有結(jié)束，則立即放電收回合閘命令，開關(guān)不會(huì)二次重合。

（b）假設(shè)第一套保護(hù)重合于故障的過程中，開關(guān)仍處于合位，此時(shí)第二套合閘命令已經(jīng)發(fā)出，在感受到故障電流的同時(shí)，第二套保護(hù)立即收回重合閘命令，轉(zhuǎn)而三跳，也不會(huì)出現(xiàn)二次重合閘的問題。

（c）除了廠家在重合閘充放電邏輯中引入電流判據(jù)之外，故障后若合閘命令不返回，斷路器操作回路中的防跳繼電器會(huì)勵(lì)磁，切斷合閘回路，保證開關(guān)不會(huì)二次重合閘。

需要說明的是，在開關(guān)的分合分過程中，操作機(jī)構(gòu)壓力下降也減小了二次重合發(fā)生的概率。

3試驗(yàn)分析

為測試并評估正常情況下“六統(tǒng)一”的2套保護(hù)重合閘脈沖信號不一致對開關(guān)動(dòng)作行為的影響，結(jié)合保護(hù)校驗(yàn)工作，選取實(shí)際變電站某一條線路的2套線路保護(hù)進(jìn)行測試。通過調(diào)整重合閘時(shí)間定值的方式來模擬2套重合閘系統(tǒng)的差異。2套線路保護(hù)（PCS931GM，PSL603U）正常運(yùn)行，線路單相接地故障，調(diào)整合閘后的負(fù)荷電流。

（1）單相瞬時(shí)接地故障AN，故障電流3 Izd（Izd為差動(dòng)電流整定值），持續(xù)時(shí)間0.1 s，重合后無負(fù)荷電流。其保護(hù)動(dòng)作結(jié)果見表1。

表1單相瞬時(shí)故障保護(hù)動(dòng)作結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，2套保護(hù)裝置執(zhí)行自身的重合閘邏輯，不會(huì)相互影響。此時(shí)，即使第一套保護(hù)重合閘已經(jīng)出口，開關(guān)合閘成功，也不會(huì)影響第二套保護(hù)的工作行為，即繼續(xù)重合。

（2）單相瞬時(shí)接地故障AN，故障電流3 Izd，持續(xù)時(shí)間0.1 s，重合后負(fù)荷電流為0.12IN（IN為線路額定電流）。其保護(hù)動(dòng)作結(jié)果見表2。

表2單相瞬時(shí)故障保護(hù)動(dòng)作結(jié)果

保護(hù)邏輯中通常對該電流設(shè)置門檻值（IM）作有流判據(jù)，電流小于該值時(shí)，第二套保護(hù)正常重合；大于該值時(shí)，第二套保護(hù)將立即放電，不會(huì)合閘出口。

（3）單相永久接地故障AN，故障電流3 Izd。其保護(hù)動(dòng)作結(jié)果見表3。

表3單相永久故障保護(hù)動(dòng)作結(jié)果

為避免開關(guān)位置延時(shí)對保護(hù)邏輯判斷的影響，目前的線路保護(hù)普遍采用電流作為輔助判據(jù)，重合閘出口后啟動(dòng)合閘加速邏輯，若此時(shí)仍存在故障電流，且滿足任一項(xiàng)動(dòng)作條件時(shí)（差動(dòng)、距離、過流等），保護(hù)加速跳開三相不再重合。另一套保護(hù)在等待重合閘時(shí)間的過程中，檢測到故障電流也將直接動(dòng)作跳開各相。

4智能變電站重合閘功能說明

智能變電站線路保護(hù)重合閘配置原則與“六統(tǒng)一”相同，即正常運(yùn)行時(shí)2套重合閘功能均投入使用[7，8]。智能變電站重合閘啟、停用方式與“六統(tǒng)一”線路保護(hù)相同，“停用重合閘”采用軟壓板方式投退。智能變電站采用智能終端實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的操作箱功能，且與保護(hù)裝置一一對應(yīng)，典型的配置方案如圖5所示。

圖5智能站雙套線路保護(hù)重合閘配合關(guān)系

雙重化配置的AB套線路保護(hù)和母線保護(hù)分別接收來自不同TA次級的電流采樣，當(dāng)故障發(fā)生在這2個(gè)次級之間時(shí)，即1套母差動(dòng)作、2套線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)，若線路采用三相一次重合閘方式，此時(shí)母差僅能閉鎖一套線路保護(hù)的重合閘，而另一套線路保護(hù)的重合閘計(jì)時(shí)繼續(xù)進(jìn)行。為防止該情況下線路保護(hù)誤合閘，需采用有效手段對動(dòng)作后的線路保護(hù)進(jìn)行合閘閉鎖。為保證2套保護(hù)動(dòng)作行為的一致性，目前工程中通過硬電纜將一套智能終端的閉重開出作為另一套的開入來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)上述分析，對涉及智能變電站重合閘的運(yùn)行方式作進(jìn)一步說明。

（1）雙重化配置的其中一套線路保護(hù)與智能終端之間發(fā)生鏈路斷鏈，開關(guān)位置無效，該套保護(hù)裝置延時(shí)放電，此時(shí)線路上發(fā)生任何故障，保護(hù)均三跳閉重。

（2）雙重化配置的其中一套線路保護(hù)裝置故障需檢修時(shí)，可投入該套線路保護(hù)檢修壓板，此時(shí)線路保護(hù)由于和智能終端檢修狀態(tài)不一致而不會(huì)出口，但不影響另一套線路保護(hù)重合閘和母線保護(hù)的正常運(yùn)行。

（3）雙重化配置的其中一套智能終端需檢修時(shí)，可投入該套智能終端檢修壓板，此時(shí)與該套智能終端相關(guān)的線路保護(hù)、母線保護(hù)、開關(guān)保護(hù)跳本開關(guān)均不能動(dòng)作出口[9]。

（4）根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行要求，線路重合閘功能一般隨縱聯(lián)保護(hù)運(yùn)行，當(dāng)線路有縱聯(lián)保護(hù)在時(shí)，兩套重合閘可同時(shí)投入運(yùn)行；當(dāng)縱聯(lián)保護(hù)退出時(shí)，停用線路重合閘?，F(xiàn)場應(yīng)根據(jù)調(diào)度要求正確投退“停用重合閘”壓板。

5結(jié)束語

比較了高壓電網(wǎng)現(xiàn)有重合閘配置方案，對 “六統(tǒng)一”前后重合閘功能差異和運(yùn)行方式區(qū)別進(jìn)行了分析，研究了雙重化的重合閘同時(shí)投入運(yùn)行對電網(wǎng)可靠性的影響，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析顯示：“六統(tǒng)一”后，正常情況下雙重化的重合閘同時(shí)投入運(yùn)行不會(huì)造成開關(guān)二次重合的問題，并且有助于提高供電可靠性。同時(shí)研究了智能變電站雙套智能終端之間的重合閘閉鎖方式，其相關(guān)結(jié)論具有工程應(yīng)用指導(dǎo)意義。

[1]國家電網(wǎng)公司.Q/GDW 161—2007線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]高國慶.雙套重合閘并列投用的可行方案[J].繼電器，2002，30(7)：56-58.

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[6]國家電力調(diào)度通信中心.繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國電力出版社，2009：57.

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[8]金 言，段振坤，范 華.智能變電站線路保護(hù)重合閘配合問題的解決方案[J].華北電力技術(shù)，2012，68-70.

[9]朱 江，董余凡，李 曄.“六統(tǒng)一”設(shè)計(jì)下的雙母線方式斷路器失靈保護(hù)運(yùn)行分析[J].江蘇電機(jī)工程，2012，31(6)：71-74.