周駿，徐楠，王勇

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200122）

1 背景及目標(biāo)

根據(jù)華東電網(wǎng)方式計(jì)算結(jié)論，直流受端交流故障將引起直流換相失敗，一次換相失敗恢復(fù)時(shí)間大約200ms，如同時(shí)發(fā)生兩回及以上直流連續(xù)兩次換相失敗，即使采取切除送端2000萬(wàn)kW左右機(jī)組、并閉鎖直流等措施，送端電網(wǎng)仍無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生死區(qū)故障或者開(kāi)關(guān)失靈時(shí)，現(xiàn)有死區(qū)及失靈保護(hù)動(dòng)作跳相鄰斷路器隔離故障時(shí)間基本晚于故障后400ms，無(wú)法滿足要求穩(wěn)定要求。500kV死區(qū)及失靈保護(hù)在死區(qū)故障或者開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，能在故障后200ms內(nèi)完成故障隔離，提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度。

2 裝設(shè)斷路器死區(qū)及失靈保護(hù)的意義

根據(jù)目前上海500kV電網(wǎng)繼電保護(hù)的配置以及整定原則，500kV變電站內(nèi)500kV串內(nèi)發(fā)生死區(qū)短路故障或斷路器失靈時(shí)，需通過(guò)斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作切除故障，在故障發(fā)生后400ms才能切除故障。尤其隨著大直流、新能源的大量接入，諸如直流換相失敗等故障已成為影響電網(wǎng)安全的重要故障。在重要的500kV 樞紐變電站中裝設(shè)500kV站域死區(qū)失靈保護(hù)后，當(dāng)發(fā)生死區(qū)故障或開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，可以在故障后200ms 時(shí)間內(nèi)完成故障的隔離，進(jìn)而減少直流換相失敗次數(shù)，提高直流送、受端系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。對(duì)于僅在開(kāi)關(guān)一次側(cè)裝設(shè)CT會(huì)出現(xiàn)如圖1狀況。

（1）F1和F3故障時(shí)，開(kāi)關(guān)不跳開(kāi)，無(wú)法通過(guò)電氣量區(qū)分設(shè)備一般區(qū)內(nèi)故障和死區(qū)故障。

（2）F1故障時(shí)5021和5011開(kāi)關(guān)不跳開(kāi)，無(wú)法通過(guò)電氣量選出死區(qū)故障所在串。

（3）開(kāi)關(guān)不跳開(kāi)，本站死區(qū)故障，本站所有線路對(duì)側(cè)遠(yuǎn)方就地判據(jù)均滿足。所以加裝斷路器死區(qū)及失靈保護(hù)對(duì)于加快隔離故障，提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度有著重大的意義。

圖1

對(duì)于雙側(cè)流變（如圖2）。在開(kāi)關(guān)與流變之間發(fā)生故障時(shí)，母差保護(hù)與主變差動(dòng)保護(hù)會(huì)同時(shí)動(dòng)作，跳開(kāi)母線上的所有開(kāi)關(guān)，5003相鄰開(kāi)關(guān)以及主變各側(cè)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的隔離。因此不存在死區(qū)問(wèn)題。

圖2

3 站域保護(hù)與現(xiàn)有斷路器死區(qū)及失靈保護(hù)相同點(diǎn)與不同點(diǎn)

3.1 現(xiàn)在的死區(qū)及失靈保護(hù)邏輯（如圖3）

圖3

站域保護(hù)在保護(hù)邏輯上和現(xiàn)有的死區(qū)及失靈保護(hù)本質(zhì)是相同的，均是在相關(guān)設(shè)備保護(hù)，如線路保護(hù)、母線保護(hù)和主變保護(hù)，動(dòng)作之后仍然無(wú)法隔離故障時(shí)動(dòng)作，通過(guò)擴(kuò)大切除范圍以隔離故障，如跳相鄰開(kāi)關(guān)或者遠(yuǎn)跳線路對(duì)側(cè)，兩者的主判據(jù)基本一致：設(shè)備保護(hù)動(dòng)作不返回且電流條件滿足。站域保護(hù)與現(xiàn)有的斷路器死區(qū)及失靈保護(hù)主要區(qū)別在于站域保護(hù)需要在故障后200ms內(nèi)完成故障隔離，加快故障隔離時(shí)間，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。由于失靈和死區(qū)保護(hù)均需要可靠躲過(guò)開(kāi)關(guān)分閘和熄弧的時(shí)間；因此失靈和死區(qū)可優(yōu)化的時(shí)間主要是現(xiàn)有的時(shí)間裕度，如圖4。

圖4

3.2 站域保護(hù)與現(xiàn)有的斷路器死區(qū)及失靈保護(hù)在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳上的區(qū)別

現(xiàn)有的死區(qū)及失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳的延時(shí)：失靈保護(hù)開(kāi)出接點(diǎn)延時(shí)+線路保護(hù)開(kāi)入防抖延時(shí)+縱聯(lián)通道延時(shí)+對(duì)側(cè)線路保護(hù)信號(hào)防抖延時(shí)+遠(yuǎn)跳保護(hù)開(kāi)入防抖就地判別延時(shí)。

優(yōu)化后的死區(qū)及失靈保護(hù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳的延時(shí)：失靈保護(hù)開(kāi)出接點(diǎn)延時(shí)+縱聯(lián)通道延時(shí)+遠(yuǎn)跳保護(hù)開(kāi)入防抖就地判別延時(shí)。

可以看出，優(yōu)化后的死區(qū)及失靈保護(hù)合并壓縮了遠(yuǎn)跳環(huán)節(jié)的延時(shí)。綜上所述,死區(qū)和失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間優(yōu)化主要集中在現(xiàn)有的分閘和熄弧確認(rèn)時(shí)間裕度以及各環(huán)節(jié)確認(rèn)延時(shí)。

4 斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作原理

站域保護(hù)要在200ms內(nèi)隔離故障點(diǎn)，動(dòng)作時(shí)序（遠(yuǎn)跳）如圖5所示。

圖5

假設(shè)：本側(cè)和對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度為60ms；出口接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間5sm；通道延時(shí)5ms。則本側(cè)通道需在故障后200-(60+5+5) ms即開(kāi)始向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)跳令,按200ms跳開(kāi)對(duì)側(cè)開(kāi)開(kāi)關(guān)，則本側(cè)需在故障后130ms即向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)跳令，即失靈或者死區(qū)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不得高于130ms。

本側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)的越快，留給發(fā)遠(yuǎn)跳令前進(jìn)行各類返回判別的時(shí)間越多，反之越少。站域保護(hù)動(dòng)作行為：30ms時(shí)母差保護(hù)動(dòng)作跳邊開(kāi)關(guān)，T3時(shí)刻失靈保護(hù)動(dòng)作跳中開(kāi)關(guān)同時(shí)發(fā)遠(yuǎn)跳給對(duì)側(cè)，經(jīng)通道延時(shí)跳對(duì)側(cè)相應(yīng)開(kāi)關(guān)。本串相關(guān)斷路器180ms斷開(kāi)，變電站對(duì)側(cè)相關(guān)斷路器185ms斷開(kāi)。死區(qū)故障或開(kāi)關(guān)失靈情況可靠在200ms內(nèi)全部切除。斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作邏輯（如圖6）。

圖6

按200ms切除故障要求，T1取值120ms，T2取值90ms，T3 取值 90ms，Tyt取值 5ms。

M站保護(hù)電流條件滿足持續(xù)T1未返回+ M站設(shè)備保護(hù)動(dòng)作，且電流條件滿足持續(xù)動(dòng)作T2 =M站死區(qū)故障或者是開(kāi)關(guān)失靈，跳相鄰開(kāi)關(guān)并遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)(N站) 。非失靈串或者非死區(qū)串，開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，由于電流條件T1時(shí)間內(nèi)返回而判據(jù)自然返回。N站就地判據(jù)持續(xù)滿足T3未返回+N站收到遠(yuǎn)跳信號(hào)+N站Tyt延時(shí)=M站死區(qū)故障或者開(kāi)關(guān)失靈，跳相應(yīng)開(kāi)關(guān)。

[1]國(guó)網(wǎng)上海檢修公司楊高站 500kV 系統(tǒng)死區(qū)及失靈保護(hù)優(yōu)化專項(xiàng)改造工程可行性研究報(bào)告，2017.

[2]500kV死區(qū)及失靈保護(hù)配置方案，南瑞繼保，2017.

[3]斷路器死區(qū)失靈保護(hù)整體配置方案，長(zhǎng)園深瑞，2017.