楊浚文，方毅，張丹

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

空載線路的安全自動(dòng)保護(hù)裝置適應(yīng)性分析

楊浚文，方毅，張丹

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

介紹了線路空載運(yùn)行的幾種方式，然后分別對(duì)各種方式下線路保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的適應(yīng)性進(jìn)行了分析。重點(diǎn)分析了線路空載運(yùn)行方式下，處冷備用或檢修的斷路器斷開操作電源后，線路縱聯(lián)保護(hù)和光纖電流差動(dòng)保護(hù)的影響，并提出相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。從實(shí)例出發(fā)，分析了裝設(shè)備自投裝置的站點(diǎn)在斷路器狀態(tài)變更時(shí)，備自投裝置的適應(yīng)性。最后就線路空載運(yùn)行方式對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)策略可能造成的影響進(jìn)行了討論，并對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了相關(guān)建議。

空載線路；縱聯(lián)保護(hù)；光纖電流差動(dòng)保護(hù)；備自投；穩(wěn)控裝置

0 前言

線路空載運(yùn)行是電網(wǎng)運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的方式，其一般可分為以下三種情況：

方式1：線路一側(cè)斷路器運(yùn)行，另一側(cè)斷路器停處熱備用。電磁環(huán)網(wǎng)中系統(tǒng)斷點(diǎn)經(jīng)常采用該方式。

方式2：線路一側(cè)斷路器運(yùn)行，另一側(cè)斷路器停處冷備用。該種方式一般有兩種情況：

1)單元接線的電廠送出線路，在機(jī)組停機(jī)備用后將電廠側(cè)斷路器停處冷備用；

2)線路僅單側(cè)斷路器有工作，對(duì)設(shè)備的安全措施要求只需斷路器轉(zhuǎn)至冷備用即可。

方式3：線路一側(cè)斷路器運(yùn)行，另一側(cè)斷路器停處檢修。該方式一般是由于線路僅單側(cè)斷路器有工作，對(duì)設(shè)備的安全措施要求需斷路器轉(zhuǎn)至檢修狀態(tài)。

1 線路保護(hù)適應(yīng)性分析

對(duì)于本文第一部分中的方式1，一般情況下線路保護(hù)功能正常運(yùn)行，能滿足該運(yùn)行方式的要求。對(duì)于方式2或者方式3，若停處冷備用或檢修的斷路器斷開操作電源，操作箱跳閘位置繼電器 (TWJ)常開接點(diǎn)將失電復(fù)歸，對(duì)縱聯(lián)保護(hù)和光纖差動(dòng)保護(hù)造成影響，以下將對(duì)該種情況對(duì)各種線路保護(hù)的影響進(jìn)行分析。

1.1 縱聯(lián)保護(hù)

1.1.1 閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)

對(duì)于處于方式2或者方式3的線路，對(duì)于斷路器運(yùn)行側(cè)，若線路出現(xiàn)故障，保護(hù)能正常起動(dòng)。RCS901閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)起動(dòng)時(shí)邏輯如圖1所示，無(wú)其它保護(hù)動(dòng)作情況下，單元M12和M16的輸出為0，保護(hù)收信8ms后才允許正方向元件動(dòng)作，單元M7的輸出也為0，所以單元M13的輸出為1，保護(hù)正常起動(dòng)后將向?qū)?cè)發(fā)閉鎖信號(hào)。

圖1 閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)起動(dòng)后邏輯[1]

對(duì)于斷路器處冷備用或檢修側(cè)，由于閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)的起動(dòng)元件中僅能通過(guò)電流元件起動(dòng)，所以保護(hù)中的電流變化量起動(dòng)和零序過(guò)流起動(dòng)元件將無(wú)法起動(dòng)。RCS901閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)未起動(dòng)時(shí)邏輯如圖2所示。

圖2 閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)未起動(dòng)時(shí)邏輯[1]

若將斷路器操作電源斷開，斷路器三相TWJ均為0，冷備用側(cè)三相無(wú)流，若弱饋功能未投入，則根據(jù)圖中邏輯，本側(cè)保護(hù)收到對(duì)側(cè)閉鎖信號(hào)后將立即向?qū)?cè)發(fā)閉鎖信號(hào)，10 s后才能停信。

而對(duì)于斷路器運(yùn)行側(cè)，由圖1中邏輯可知，由于在10 s內(nèi)收到對(duì)側(cè)的閉鎖信號(hào)，縱聯(lián)保護(hù)將不會(huì)出口動(dòng)作。所以線路縱聯(lián)保護(hù)將失效，只能通過(guò)后備保護(hù)動(dòng)作隔離故障。

1.1.2 允許式縱聯(lián)保護(hù)

允許式縱聯(lián)保護(hù)僅能通過(guò)電流元件起動(dòng)，若斷路器停處冷備用或檢修，保護(hù)中的電流變化量起動(dòng)和零序過(guò)流起動(dòng)元件將無(wú)法起動(dòng)。RCS901允許式縱聯(lián)保護(hù)未起動(dòng)時(shí)邏輯如圖3所示。

圖3 允許式縱聯(lián)保護(hù)未起動(dòng)時(shí)邏輯[1]

若斷路器操作電源斷開，斷路器三相TWJ均為0，冷備用側(cè)三相無(wú)流，單元M1的輸出為0。若弱饋功能未投入，單元M3的輸出為0，所以單元M4的輸出也為0，則根據(jù)圖中邏輯，單元無(wú)論是否收到對(duì)側(cè)的允許信號(hào)，本側(cè)保護(hù)都不會(huì)給對(duì)側(cè)發(fā)允許信號(hào)。

對(duì)于斷路器運(yùn)行側(cè)，保護(hù)可以正常起動(dòng)。RCS901允許式縱聯(lián)保護(hù)起動(dòng)時(shí)邏輯如圖4所示。

圖4 允許式縱聯(lián)保護(hù)起動(dòng)時(shí)邏輯[1]

由圖4中邏輯可知，由于未能收到對(duì)側(cè)的允許信號(hào)，縱聯(lián)保護(hù)將不會(huì)出口動(dòng)作。所以線路縱聯(lián)保護(hù)將失效，只能通過(guò)后備保護(hù)動(dòng)作隔離故障。1.1.3 投入弱饋功能的情況分析

對(duì)于閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)，若冷備用或檢修側(cè)保護(hù)的弱饋功能投入，根據(jù)圖2的邏輯，只要相電壓或相間電壓小于30V，保護(hù)將延時(shí)100ms向?qū)?cè)發(fā)閉鎖信號(hào)。對(duì)于斷路器運(yùn)行側(cè)，根據(jù)圖1的邏輯，由于本側(cè)收發(fā)信機(jī)將自發(fā)自收，經(jīng)延時(shí)后本側(cè)將停發(fā)閉鎖信號(hào)，保護(hù)將正確出口動(dòng)作，有效隔離故障。

對(duì)于允許式縱聯(lián)保護(hù)，若冷備用或檢修側(cè)保護(hù)的弱饋功能投入，根據(jù)圖3的邏輯，只要相電壓或相間電壓小于30V，保護(hù)將向?qū)?cè)發(fā)信。斷路器運(yùn)行側(cè)，根據(jù)圖4的邏輯，接收到對(duì)側(cè)的信號(hào)后，將正確出口動(dòng)作，有效隔離故障。

但弱饋功能投入也可能導(dǎo)致保護(hù)失效的情況。如圖5所示，若兩站之間僅通過(guò)單線相連，若1DL斷路器停處冷備用而2DL斷路器運(yùn)行，且1DL側(cè)保護(hù)取的是母線電壓，則XY線故障時(shí)，X站內(nèi)母線電壓未降低，1DL側(cè)保護(hù)的相電壓和相間電壓將仍大于30 V，根據(jù)圖2和圖3的邏輯，閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)和允許式縱聯(lián)保護(hù)即使投了弱饋功能，也將失效。

圖5 某區(qū)域電網(wǎng)示意圖

1.2 光纖電流差動(dòng)保護(hù)

光纖電流差動(dòng)保護(hù)保護(hù)除了能通過(guò)電流元件起動(dòng)外，還可以通過(guò)低電壓 (相電壓或相間電壓小于30 V，且存在差流)起動(dòng)。RCS931電流差動(dòng)保護(hù)的邏輯如圖6所示。

圖6 電流差動(dòng)保護(hù)邏輯[2]

由圖6中邏輯可知，若斷開斷路器操作電源，斷路器三相TWJ均為0，冷備用側(cè)三相無(wú)流，單元M1和M2的輸出為0，但此時(shí)若保護(hù)正常起動(dòng)，單元M18的輸出為1，則裝置能向?qū)?cè)發(fā)差動(dòng)動(dòng)作允許信號(hào)，對(duì)側(cè)保護(hù)接受信號(hào)后可以正確出口跳閘。

但是同1.1.3部分的分析，電壓元件也需要相電壓或相間電壓小于30V，若出現(xiàn)圖5的情況，低電壓無(wú)法起動(dòng)時(shí)，電流差動(dòng)保護(hù)也將失效。

根據(jù)以上分析，對(duì)于方式2，若斷開冷備用側(cè)斷路器的操作電源，線路縱聯(lián)保護(hù)將失效，電流差動(dòng)保護(hù)部分情況下也會(huì)失效。在部分情況下，投入線路保護(hù)弱饋功能可以解決該問(wèn)題，但也會(huì)存在失效的情況。所以一般情況下若需斷開冷備用側(cè)斷路器的操作電源，應(yīng)將運(yùn)行側(cè)斷路器也停電，將線路轉(zhuǎn)為冷備用或檢修狀態(tài)。

對(duì)于方式3，斷路器檢修情況下操作電源一般需斷開，線路縱聯(lián)保護(hù)將失效，電流差動(dòng)保護(hù)部分情況下也會(huì)失效。所以一般情況下應(yīng)將運(yùn)行側(cè)斷路器停電，將線路轉(zhuǎn)為冷備用或檢修狀態(tài)。

2 備自投的適應(yīng)性分析

對(duì)于方式1，裝設(shè)備自投裝置的站點(diǎn)需將備自投按適應(yīng)該運(yùn)行方式投入。若出現(xiàn)方式2或方式3的運(yùn)行方式，已投入運(yùn)行的備自投可能需要調(diào)整。以下以 RCS9651C系列備自投為例進(jìn)行分析。

2.1 進(jìn)線狀態(tài)的判別原理

對(duì)于RCS9651C系列備自投，進(jìn)線狀態(tài)的判別原理如下[3]：

1)工作電源和非工作電源判斷：斷路器在合位經(jīng)1 s延時(shí)，則判斷路器所處進(jìn)線為工作電源。當(dāng)滿足以下任一條件判斷進(jìn)線為非工作電源：進(jìn)線檢修壓板投入；斷路器在分位并經(jīng)1 s延時(shí)。

2)備用電源和非備用電源判斷：斷路器在分位，線路電壓檢查控制字投入且進(jìn)線有壓，經(jīng)1s延時(shí)，則斷路器所處進(jìn)線為備用電源。當(dāng)滿足以下任一條件判斷進(jìn)線為非備用電源：進(jìn)線檢修壓板投入；斷路器在合位；若線路電壓檢查控制字投入時(shí)進(jìn)線不滿足有壓條件，經(jīng)15 s延時(shí)。

2.2 實(shí)例分析

某變電站接線如圖7所示，一共四回進(jìn)線，且裝有備自投裝置。正常方式下，Ⅰ母和Ⅱ母均三相有壓，5DL運(yùn)行正常，1DL和2DL斷路器運(yùn)行正常，進(jìn)線1和進(jìn)線2為工作電源，進(jìn)線3和進(jìn)線4由對(duì)側(cè)充空線運(yùn)行，3DL和4DL斷路器處于熱備用，進(jìn)線3和進(jìn)線4為備用電源，備自投經(jīng)延時(shí)后充電正常，處于進(jìn)線1、2主供，進(jìn)線3、4備用的進(jìn)線備自投方式。

圖7 某變電站示意圖

若進(jìn)線1由本側(cè)充空線運(yùn)行，對(duì)側(cè)斷路器為熱備用或冷備用，則根據(jù)工作電源判斷，進(jìn)線1為工作電源，但實(shí)際上進(jìn)線1的工作電源功能已失效，此時(shí)需將進(jìn)線1的檢修壓板投入，將進(jìn)線1轉(zhuǎn)為非工作電源。

若線路3由對(duì)側(cè)充空線運(yùn)行，且將3DL斷路器轉(zhuǎn)為冷備用，則根據(jù)備用電源判斷，線路3仍滿足有壓條件，線路3仍為備用電源，但實(shí)際上進(jìn)線3的備用電源功能已失效，此時(shí)需將進(jìn)線3的檢修壓板投入，將進(jìn)線3轉(zhuǎn)為非備用電源。

若線路3仍由對(duì)側(cè)充空線運(yùn)行，將3DL斷路器轉(zhuǎn)為冷備用或檢修，并斷開斷路器的操作電源，備自投滿足動(dòng)作條件時(shí)，3DL斷路器將拒動(dòng)，將導(dǎo)致備自投裝置放電，所以在該操作前應(yīng)將進(jìn)線3的檢修壓板投入，將進(jìn)線3轉(zhuǎn)為非備用電源。

綜上，裝設(shè)備自投裝置的站點(diǎn)在斷路器狀態(tài)變更時(shí)，需注意備自投裝置的適應(yīng)性，在工作電源或備用電源失效時(shí)，需將相應(yīng)進(jìn)線的檢修壓板投入。

3 穩(wěn)控系統(tǒng)的適應(yīng)性分析

由線路正常運(yùn)行轉(zhuǎn)換空載運(yùn)行方式，可能對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)造成影響，以下以一個(gè)實(shí)例進(jìn)行分析。

3.1 實(shí)例分析

某區(qū)域電網(wǎng)接線如圖8所示，該區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)對(duì)于500 kV A-B-220 kV D-C電磁環(huán)網(wǎng)是否合環(huán)運(yùn)行具有不同的策略。220 kV C站與220 kV D站間的220 kV CD線是否運(yùn)行將影響穩(wěn)控系統(tǒng)的策略。

圖8 某區(qū)域電網(wǎng)示意圖

以下分兩種情況進(jìn)行分析。

1)若220 kV C站有穩(wěn)控裝置，且220 kV CD線C站側(cè)1DL斷路器的HWJ已引入裝置，而220 kV D站側(cè)無(wú)穩(wěn)控裝置，或穩(wěn)控裝置未將220 kV CD線D站側(cè)2DL斷路器的HWJ引入裝置，穩(wěn)控裝置僅通過(guò)單側(cè)斷路器判斷線路運(yùn)行情況。則若220 kV CD線由220 kV C站側(cè)充空線運(yùn)行，220 kV CD線D站側(cè)2DL斷路器停處熱備用或冷備用情況下，C站穩(wěn)控裝置線路投停判別邏輯如圖9所示，將誤判別220 kV CD線為運(yùn)行，從而影響穩(wěn)控系統(tǒng)策略的正確性。所以該種情況下需將220 kV CD線220 kV C站側(cè)1DL斷路器也停運(yùn)。

圖9 單側(cè)穩(wěn)控裝置線路投停判別邏輯圖[4]

2)若220 kV C站和220 kV D站均無(wú)穩(wěn)控裝置，則該區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)需要在主站裝設(shè)運(yùn)行方式切換壓板，線路轉(zhuǎn)為空載運(yùn)行后通過(guò)壓板切換使穩(wěn)控裝置適應(yīng)當(dāng)前運(yùn)行方式。

在穩(wěn)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮線路空載運(yùn)行方式對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)策略的影響，若線路可能出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)行的方式，若線路兩側(cè)廠站都有穩(wěn)控裝置，應(yīng)考慮在兩側(cè)廠站穩(wěn)控裝置中都引入HWJ信息。若只有一側(cè)廠站有穩(wěn)控裝置，則應(yīng)考慮在廠站內(nèi)裝設(shè)線路運(yùn)行壓板。若兩側(cè)廠站都無(wú)穩(wěn)控裝置，則應(yīng)考慮在主站裝設(shè)運(yùn)行方式切換壓板。在運(yùn)行中出現(xiàn)方式調(diào)整時(shí)，應(yīng)及時(shí)通過(guò)壓板切換以適應(yīng)實(shí)際運(yùn)行方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合以上分析，線路空載運(yùn)行對(duì)于保護(hù)及安全自動(dòng)裝置都有相應(yīng)的要求，運(yùn)行人員應(yīng)明確分析該種運(yùn)行方式下保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的適應(yīng)性，及時(shí)采取相關(guān)措施保證保護(hù)和安全自動(dòng)裝置可靠保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

[1] RCS-901系列超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2006.

[2] RCS-931系列超高壓線路成套保護(hù)裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書[Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2006.

[3] RCS-9651C_100819備用電源自投裝置技術(shù)說(shuō)明書 [Z] .南京：南瑞繼保電氣有限公司，2012.

[4] RCS-992A分布式穩(wěn)定控制裝置技術(shù)及使用說(shuō)明書 [Z].南京：南瑞繼保電氣有限公司，2008.

方毅 (1985)，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作。

張丹 (1980)，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作。

Analysis on Adaptability of Unloaded Line Protection and Stability Control Device

YANG Junwen，F(xiàn)ANG Yi，ZHANG Dan
(Yunnan Electric Power Dispatching Centre，Kunming 650011)

Several operating modes of unloaded line are introduced in this paper firstly，and adaptability analysis on protection and automatic security device of various modes is proposed.When the operating power supply of breaker in state of cold standby or maintenance is shut down，impact on the protection and automatic security device of unloaded line is emphatically analyzed，and countermeasures are proposed.Adaptability of automatic switchover device is analyzed when the status of breaker changes through various examples.Finally，impact on strategy of stability control system in operating modes of unloaded line is discussed，and relevant proposals are put forward for the design of stability control system.

unloaded line；pilot protection；optical-fiber current differential protection；automatic switchover device；stability control device

TM75

B

1006-7345(2014)05-0110-04

2014-08-24

楊浚文 (1985)，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作 (e-mail)junwenyang_1＠163.com。