Jemena繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)與國標(biāo)的差異討論

上海電力設(shè)計院有限公司 楊雷雷

繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置，是保證電力系統(tǒng)及其設(shè)備安全運行的最有效方法之一。不同國家根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的特點，主接線的形式、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、運行習(xí)慣的不同制定了相應(yīng)的繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計要求。本文依托我院在墨爾本設(shè)計的66kV數(shù)字化變電站項目，基于澳洲Jemena配電公司的ELE AM SP 0026《ZSS Sec Design Std-IEC 61850 Std Implementation》，研究總結(jié)Jemena繼電保護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)特點，探討國標(biāo)和Jemena配電公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)繼電保護(hù)方面的差異。

Jemena配電網(wǎng)主要有66kV、22kV和11kV三個電壓等級構(gòu)成。主接線采用內(nèi)橋及擴大內(nèi)橋接線方式，66kV線路保護(hù)配置為雙重化光纖電流差動、三段式距離、（方向）靈敏零序電流保護(hù)和后備過流保護(hù)；66kV斷路器失靈保護(hù)含斷路器失靈和測控功能。66kV母線保護(hù)配置為雙套集中式高阻抗母線差動保護(hù)；變壓器保護(hù)配置變壓器差動保護(hù)、各側(cè)過流保護(hù)、主變低阻抗零差保護(hù)和非電量保護(hù)。每個區(qū)域變電站配置一套22kV總靈敏接地閉鎖保護(hù)（MEF）和一套各段22kV母線三段后備接地保護(hù)（BUEF）。22kV每段母線配置一套高阻抗母線差動保護(hù)和一套多功能母線阻抗控制過流保護(hù)測控裝置。22kV饋線配置過流保護(hù)、零流保護(hù)、（方向）靈敏零序電流保護(hù)和斷路器失靈保護(hù)，全站保護(hù)以微機型保護(hù)為主，組屏安裝在控制室。

Jemena保護(hù)技術(shù)特別分析

Jemena變電站不同設(shè)備的保護(hù)都有其獨自的特點，也有一些是共用特點，且跟我國保護(hù)產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)范和回路設(shè)計相比有很大不同，如失靈保護(hù)配置、跳閘監(jiān)視繼電器（TCS）、高阻抗母線保護(hù)，以及其高、中壓保護(hù)特點等介紹如下。

失靈保護(hù)：無論66kV還是22kV，所有開關(guān)均需配置獨立的失靈保護(hù)裝置，失靈一時限跳本斷路器（同時發(fā)信遠(yuǎn)跳對側(cè)線路斷路器），二時限跳相鄰斷路器。所有保護(hù)跳斷路器均需啟動失靈，不區(qū)分是電氣量保護(hù)還是非電量保護(hù)。

跳閘監(jiān)視繼電器：對開關(guān)跳閘回路進(jìn)行監(jiān)視，要求無論在斷路器處于分位還是合位都可連續(xù)監(jiān)跳閘線圈TC的狀態(tài)，為下一次合閘和分閘做準(zhǔn)備，避免斷路器處于分位時跳閘線圈TC損壞，否則下次斷路器合閘時合于故障斷路器無法立即跳閘。一旦跳閘回路有異常，會在設(shè)定時間內(nèi)發(fā)出告警并閉鎖合閘回路。該繼電器不含電流保持回路，由保護(hù)動作接點直接去跳閘，因此保護(hù)動作接點動作后需保持一段時間，該時間大于開關(guān)跳開時間以防止接點拉弧，且保護(hù)接點容量滿足要求，避免燒毀。

高阻抗母差保護(hù)：無論66kV還是22kV母線保護(hù)均為高阻抗母差保護(hù)。高阻抗母差保護(hù)是在差動回路中串接阻抗值很大（幾kΩ）的電阻而構(gòu)成的，其優(yōu)點是保護(hù)的接線簡單、選擇性好、靈敏度高，在一定程度上可防止母線發(fā)生外部短路故障并且TA飽和時母線保護(hù)的誤動作。

66kV線路保護(hù)：線路保護(hù)是變電站繼電保護(hù)的重要組成之一，是變電站可靠穩(wěn)定運行的重要保障。也是二次設(shè)計中難點之一。Jemena線路保護(hù)采用雙套主保護(hù)，縱聯(lián)差動或距離保護(hù)。Jemena線路保護(hù)在運行方式等方面有其獨特的特點：Jemena雙套66kV線路主保護(hù)均含有重合閘功能，正常情況下兩套線路保護(hù)重合閘都投入。為保證兩套保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的獨立性，X套線路保護(hù)通過goose啟動X套開關(guān)失靈保護(hù)實現(xiàn)重合閘功能，Y套線路保護(hù)通過硬接線啟動X套開關(guān)失靈保護(hù)實現(xiàn)重合閘功能。當(dāng)X套開關(guān)失靈保護(hù)故障時自動投入Y套開關(guān)失靈保護(hù)，當(dāng)X套開關(guān)失靈保護(hù)恢復(fù)運行時自動切換為X套失靈開關(guān)保護(hù)。

變壓器保護(hù)：Jemena變壓器保護(hù)采用三相雙繞組有載調(diào)壓變壓器，接線方式Y(jié)Nynd，高壓側(cè)中性點直接接地，中壓側(cè)經(jīng)電阻接地。每臺66kV變壓器配置雙套變壓器差動保護(hù)測控裝置，其中X套變壓器保護(hù)配置常規(guī)變壓器差動和低阻抗零差功能；變壓器差動保護(hù)采用的電流是相電流，因此變壓器發(fā)生內(nèi)部單相接地故障時靈敏度較低。變壓器零序電流差動保護(hù)（REF）可避免差動保護(hù)在單相接地故障時靈敏度不足，零序電流差動保護(hù)具有很高的靈敏性；主變非電量保護(hù)一般含在主變保護(hù)中，非電量保護(hù)動作均啟動主變各側(cè)開關(guān)失靈保護(hù)，國內(nèi)對非電量保護(hù)是不允許啟動失靈保護(hù)的，這是一個重要的差異；Jemena變壓器保護(hù)除含電量保護(hù)功能，還含非電量保護(hù)和測控功能。變壓器保護(hù)只有電流差動和低阻抗零差功能，所以不需采集主變各側(cè)電壓。由于每個斷路器配置了單獨的斷路器失靈保護(hù)，所以變壓器保護(hù)不含主變各側(cè)斷路器后備保護(hù)功能。

高壓母線保護(hù)：Jemena變電站66kV側(cè)均為內(nèi)橋及擴大內(nèi)橋接線，母差保護(hù)按照雙套配置且采用集中式高阻抗母差保護(hù)，雙套母差保護(hù)組屏安裝于控制室。66kV母線保護(hù)不需要采集母線電壓且含測控功能，母線保護(hù)動作啟動對應(yīng)斷路器失靈保護(hù)。

22kV線路保護(hù)：Jemena變電站22kV側(cè)為單母分段接線，采用空氣絕緣金屬封閉開關(guān)柜。每回饋線配置一套多功能保護(hù)測控裝置，保護(hù)除配置常規(guī)速斷、過流、零流保護(hù)以外、還配置方向敏感性零流和斷路器失靈保護(hù)功能；其所有接地保護(hù)受變電站的主接地保護(hù)（Master Earth Fault）動作聯(lián)鎖，且應(yīng)能閉鎖由相鄰線路接地故障引起的容性放電電流；變電站的主接地保護(hù)（MEF）通過采集變電站所有變壓器和電容器中性點電流之和，如采集的中性點電流之和為0則變電站不存在接地故障，則閉鎖所有22kV饋線保護(hù)的（方向）定時限靈敏接地保護(hù)和反時限接地保護(hù)功能，避免22kV饋線保護(hù)誤動作。如采集中性點電流之和不為0則說明站內(nèi)存在接地故障，此時MEF開放所有22kV饋線保護(hù)的（方向）定時限靈敏接地和反時限接地功能。由于22kV線路為架空線，保護(hù)動作整定值比較小容易誤動，通過MEF聯(lián)鎖線路保護(hù)的零流功能提高了保護(hù)動作的可靠性；22kV饋線保護(hù)的斷路器失靈保護(hù)通過goose啟動相應(yīng)X套母線保護(hù)，跳相應(yīng)22kV母線上所有斷路器；22kV線路還有帶電檢修功能，帶電檢修線路時線路帶電檢修（LLS）投入，此時線路發(fā)生任何故障，保護(hù)經(jīng)短延時跳閘并閉鎖重合閘以保障檢修工程師的安全，且LLS投入時保護(hù)動作整定值比較小。

22kV母線保護(hù)：22kV每段母線配置一套高阻抗母線差動保護(hù)和一套多功能母線阻抗控制過流保護(hù)測控裝置。由于Jemena的22kV母線合環(huán)運行、故障點短路電流大，保護(hù)感受到的電流值比較小、保護(hù)靈敏度低，為解決這個問題一般配置雙套母線保護(hù)。X套母線保護(hù)類似66kV母線保護(hù)，采集被保護(hù)母線所涉及的各支路電流，且跳被保護(hù)母線所涉及的每一個斷路器，X套母線保護(hù)不采集母線電壓。Y套母線保護(hù)是含阻抗距離元件的過流保護(hù)裝置，保護(hù)配置原則為：含高阻抗相距離元件控制反時限過流保護(hù)功能及定時限電流速斷功能；以主變低壓側(cè)進(jìn)線斷路器為分界點，通過阻抗元件區(qū)分故障在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外，在22kV饋線出線方向發(fā)生嚴(yán)重故障時Y套母線保護(hù)能立即斷開母線，以便提高供電質(zhì)量。當(dāng)主變22kV進(jìn)線斷路器處于分位、22kV分段斷路器處于分位或66kV線路保護(hù)在動作時當(dāng)閉鎖Y套母線保護(hù)動作；Y套母線距離保護(hù)應(yīng)采集被保護(hù)母線所涉及的分段間隔和變壓器進(jìn)線間隔的各支路共用電流值總和（不含饋線間隔和電容器間隔）；Y套母線保護(hù)需要采集22kV母線電壓。兩套22kV母線保護(hù)動作應(yīng)閉鎖電容器無功自動投切功能。

22kV總靈敏接地閉鎖保護(hù)（MEF）：Jemena每個區(qū)域變電站配置了一套22kV總靈敏接地閉鎖保護(hù)（MEF）和一套各段22kV母線三段后備接地保護(hù)（BUEF）。由于22kV線路大部分是架空線路，故障時零序電流值比較小，故保護(hù)整定值比較小，保護(hù)容易誤動。為避免這個問題，增加22kV總靈敏接地閉鎖保護(hù)（MEF）閉鎖22kV線路保護(hù)零流功能。變電站接地主保護(hù)與區(qū)域變電站饋線（方向）定時限敏感性接地故障保護(hù)和饋線反時限接地故障保護(hù)聯(lián)鎖。變電站接地主保護(hù)不閉鎖任何電容器零流功能。MEF只閉鎖對應(yīng)的線路保護(hù)，且不出口跳任何饋線斷路器。注意，變電站接地主保護(hù)應(yīng)采用獨立的電流互感器線圈，且接主變低壓側(cè)中性點最靠近接地點的電流互感器繞組。

后備接地保護(hù)（BUEF）：22kV后備接地保護(hù)為沒有清除的饋線、母線和變壓器接地故障提供后備保護(hù)功能。后備接地保護(hù)一般包含3個階段。22kV后備接地保護(hù)不啟動斷路器失靈保護(hù)和自動重合功能，且階段2和3動作時電容器給無功控制器發(fā)閉鎖無功自動投切功能：階段1。保護(hù)裝置的階段1含反時限接地故障元件和無方向的定時限敏感性接地故障元件。階段1跳站內(nèi)所有22kV分段斷路器；階段2。保護(hù)裝置的階段1動作后立即啟動階段2和階段3。每段母線單獨設(shè)置一個階段2保護(hù)功能。第2階段應(yīng)包括定時敏感接地故障保護(hù)元件，能夠控制方向。階段2跳所保護(hù)母線的變壓器進(jìn)線斷路器及電容器斷路器；階段3。每個變壓器配置一個階段3保護(hù)功能且無方向功能，第3階段應(yīng)包括定時敏感接地故障保護(hù)元件。階段3保護(hù)裝置跳相應(yīng)的66kV斷路器。

與國內(nèi)繼電保護(hù)的對比分析和啟示

關(guān)于失靈保護(hù)，國內(nèi)規(guī)范是在220kV及以上電壓等級才配置，110kV及以下不配置，采用遠(yuǎn)后備方式，即使本電壓等級開關(guān)失靈后由上一級的后備保護(hù)動作跳閘，這樣會延時跳開時間，可能會擴大停電范圍。理論上只要跳開關(guān)就有失靈的可能，建議國內(nèi)可參考對于110kV及以下的重要開關(guān)保護(hù)配置失靈保護(hù)，縮短動作時間和停電范圍。

國內(nèi)規(guī)范中開關(guān)操作是配置操作箱的，操作箱只有當(dāng)開關(guān)合閘時才監(jiān)視跳閘回路完好性，當(dāng)開關(guān)跳開時無法監(jiān)視，建議可借鑒TCS繼電器的設(shè)計特點，增加開關(guān)分位時也監(jiān)視跳閘回路，一旦跳閘回路有問題就閉鎖。跳閘回路是否異常，可以做到提前預(yù)防。

線路帶電作業(yè)時，國內(nèi)處理方式一般是停用重合閘、其余不變。Jemena除了停用重合閘外，還減小了保護(hù)的延時和保護(hù)動作整定值，若有故障保護(hù)可以快速跳閘，縮短故障切除時間，保障檢修人員安全，這一優(yōu)點國內(nèi)可以借鑒。

國內(nèi)220kV站斷路器失靈保護(hù)含在220kV母差保護(hù)中，且失靈保護(hù)均應(yīng)具有復(fù)合電壓閉鎖功能，主變電氣量保護(hù)還應(yīng)提供解除失靈保護(hù)電壓閉鎖的接點。失靈啟動判據(jù)除采集斷路器位置，還需采集對應(yīng)斷路器的電流。因為國內(nèi)220kV母線為雙母線、雙母線雙分段或雙母線單分段，利用母線保護(hù)中的失靈保護(hù)，這樣二次接線比較簡單且節(jié)省投資。而Jemena的66kV側(cè)為內(nèi)橋接線，規(guī)模比較小，所以配置了單獨的斷路器失靈保護(hù)。Jemena斷路器失靈保護(hù)只跳對應(yīng)的一個斷路器，所以沒有采集電壓。Jemena的22kV為單母線分段，每段出線有5回，線路保護(hù)單套配置，也是通過線路保護(hù)失靈啟動對應(yīng)的母線保護(hù)實現(xiàn)斷路器失靈跳閘。國內(nèi)和Jemena相比更節(jié)省投資，建議以后Jemena可參考國內(nèi)配置帶失靈保護(hù)的母線保護(hù)。

關(guān)于22kV母線保護(hù)，國內(nèi)低壓母線沒有配置雙重化母線保護(hù)，Jemena是按母線配置一套高阻抗母線差動保護(hù)和一套多功能母線阻抗控制過流保護(hù)測控裝置。第二套母線保護(hù)為多功能母線阻抗控制過流保護(hù)測控裝置，為不完全母線保護(hù)，只采集主變低壓側(cè)和22kV分段電流。以主變低壓側(cè)進(jìn)線斷路器為分界點，通過阻抗元件區(qū)分故障在區(qū)內(nèi)還是區(qū)外，區(qū)內(nèi)故障時對應(yīng)間隔電流超過整定值時跳22kV分段斷路器和主變低壓側(cè)斷路器。在22kV饋線出線方向發(fā)生嚴(yán)重故障時Y套母線保護(hù)能立即斷開母線，以便提高供電質(zhì)量。對于重要的低壓用戶可考慮低壓側(cè)母線配置母線保護(hù)。

通過以上對Jemena繼電保護(hù)技術(shù)特點分析與結(jié)論，得出了保護(hù)配置原則不同的原因，對我國企業(yè)承接該電力公司項目提出以下建議。

繼電保護(hù)配置和一次接線形式及運行方式息息相關(guān)，這也是Jemena繼電保護(hù)配置和國內(nèi)保護(hù)配置不同的根本原因。Jemena主接線和運行方式總結(jié)如下：66kV側(cè)為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)且所有分段合環(huán)運行，決定了66kV保護(hù)的高配置；站內(nèi)所有變壓器并列運行；22kV分段合環(huán)運行；66kV線路和22kV線路大多數(shù)為架空線。由于變電站運行方式與國內(nèi)的不同，針對合環(huán)運行如何考慮保護(hù)配置，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和保護(hù)動作的可靠性，要求保護(hù)有完全選擇性功能，例如線路差動保護(hù)、母線差動保護(hù)、主變差動保護(hù)。考慮設(shè)備不能輕易停役，Jemena66kV配電站按國內(nèi)主網(wǎng)樞紐站來配置保護(hù)，從保護(hù)配置可看出和國內(nèi)220kV站保護(hù)配置類似。

對我國企業(yè)承接Jemena電力公司項目提出幾點建議：Jemena配電公司變電站配置方案應(yīng)嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)丶夹g(shù)規(guī)范執(zhí)行，不能照搬國內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?？蓞⒖紘鴥?nèi)提出建議，但必須得到Jemena配電公司專業(yè)工程師的認(rèn)可才可執(zhí)行；Jemena配電公司會充分考慮運行人員的人身安全和工作便利性，一些要求會從保障運行人員安全的出發(fā)點考慮，所以在遇到特殊技術(shù)要求時，從這個角度考慮會幫助理解；由于Jemena歷史上是英國殖民地、受英國影響較大，用戶比較傾向國外產(chǎn)品，國內(nèi)設(shè)備廠家跟客戶溝通時一定要從技術(shù)上說服客戶，這樣會有利于提高溝通效率，有利于國產(chǎn)設(shè)備的推廣。