陸強勝，吳 萬，曹更新

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京211102）

0 引言

繼電保護系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的第一道防線，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起到了重要作用。不同國家根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)的特點、設計標準、運行習慣的不同制定了相應的繼電保護技術規(guī)范和設計要求。本文依托南瑞繼保PCS-900系列繼電保護裝置在科特迪瓦電網(wǎng)發(fā)展和改造項目中225 kV 和90 kV 變電站的成功應用，研究并總結科特迪瓦繼電保護系統(tǒng)的技術特點，與國內的繼電保護做優(yōu)缺點對比分析，對國內的繼電保護設計提出了一些啟示，對我國企業(yè)將來參與該國電網(wǎng)建設項目的設備選型和工程設計具有十分重要的參考價值［32］。

1 科特迪瓦繼電保護概述

科特迪瓦電網(wǎng)主要由225 kV、90 kV 和33 kV 3 個電壓等級構成。主接線采用單母線方式居多，225 kV和90 kV 線路保護配置為三段式距離和后備過流保護；變壓器保護配置各側過流保護和外殼接地保護；33 kV僅配置過流保護；母線均沒有保護。保護以電磁式繼電器為主，安裝在繼保小室的機架上。變電站控制采用傳統(tǒng)的模擬控制屏和集中式遠動裝置（RTU）實現(xiàn)，無變電站綜合自動化系統(tǒng)，科特迪瓦繼電保護配置相對比較落后。本次改造項目對變電站繼電保護和綜合自動化系統(tǒng)進行了全面升級，其中高壓線路保護均采用兩套主保護，包含“縱聯(lián)差動+縱聯(lián)距離”或“縱聯(lián)距離1+縱聯(lián)距離2”；變壓器增加差動和電纜接地保護；母線采用分布式差動保護；保護控制屏柜采用IP54高防護等級的旋轉柜。配置基于IEC8650 ED2通信標準的變電站綜合自動化系統(tǒng)，全面提升變電站繼電保護水平。

2 科特迪瓦保護技術特點分析

2.1 通用技術特點

科特迪瓦變電站不同設備的保護都有其獨自的特點，也有一些是共性特點，且跟我國的產(chǎn)品規(guī)范和回路設計相比有很大不同的，比如失靈保護配置、開關位置邏輯、Lockout繼電器、跳閘監(jiān)視繼電器（TCS Relay）、合閘閉鎖回路，詳細介紹如下。

1）失靈保護

無論高壓還是中壓，所有開關均需配置失靈保護，失靈一時限跳本開關，二時限跳相鄰開關。所有保護跳開關，均需啟動失靈，不區(qū)分是電氣量保護還是非電量保護。

2）開關位置邏輯

采用常開和常閉雙位置。僅當兩個輸入狀態(tài)相反時，才判斷出開關位置；當兩個輸入狀態(tài)一致時，裝置需發(fā)出告警信號，邏輯圖如圖1所示。

圖1 開關位置判斷邏輯圖Fig.1 Logic diagram of CB position

3）Lockout繼電器

該繼電器屬于雙位置繼電器，由啟動線圈和復歸線圈組成。當發(fā)生永久性故障時，保護發(fā)出三跳不重合閘接點去啟動Lockout繼電器，該繼電器輸出自保持接點跳開關，同時輸出常閉接點閉鎖合閘回路，瞬時性故障啟動重合閘的不能啟動該繼電器。該繼電器支持手動復歸、電氣復歸和遠方復歸。

4）跳閘監(jiān)視繼電器

對開關跳閘回路進行監(jiān)視，該繼電器無論在開關合位還是分位狀態(tài)下均能監(jiān)視跳閘回路完好性，一旦跳閘回路有異常，會在設定的時間內發(fā)出告警，并閉鎖合閘回路。該繼電器不含電流保持回路，由保護動作接點直接去跳閘，因此保護動作接點動作后需要保持一段時間，該時間需大于開關的跳開時間，以防止接點拉弧。

5）合閘閉鎖回路

當開關處于分閘位置，此時保護正常運行，Lockout繼電器未動作，各相跳閘回路監(jiān)視繼電器均正常的情況下才允許合閘操作，任一條件不滿足均不允許合閘。分相斷路器合閘閉鎖回路如圖2所示［1-6］。

圖2 分相斷路器合閘閉鎖回路圖Fig.2 Phase-segregated CB closing block circuit

2.2 高壓線路保護特點

線路保護是變電站繼電保護的重要組成之一，是變電站可靠穩(wěn)定運行的重要保障，也是二次設計中的難點之一?？铺氐贤呔€路保護采用雙套主保護，一套縱聯(lián)差動或縱聯(lián)距離，另一套是縱聯(lián)距離。雙套距離的其中一套采用輸電線路載波方式交換信號?？铺氐贤呔€路保護在距離特性、運行方式等方面有其獨特的特點，詳細介紹如下。

1）距離保護特性

采用平行四邊形特性，非圓特性。其中距離I，II，III段為正方向，保護正方向線路故障，IV段為反方向，保護線路反方向出口處故障，采用該特性的優(yōu)點是保護抗過渡電阻能力增強，電阻定值可以整定，缺點是存在故障超越的可能，四邊形特性如圖3所示。

圖3 距離保護四邊形特性Fig.3 Characteristic of quadrilateral distance

2）線路帶電檢修功能

在線路測控屏設置“線路帶電檢修”功能投退把手（TST），當工程師帶電檢修線路時，把手需切換到“投入”位置，此時線路發(fā)生任何故障，保護均不經(jīng)任何延時直接跳閘并且閉鎖重合閘，以保障檢修工程師安全。

3）電壓保護

在線路測控屏設置“低壓/過壓”功能投退把手（27/59），正常狀態(tài)，把手在“投入”位置，當線路充電時，為了防止電壓保護誤動作，把手需切換到“退出”位置，退出過電壓和低電壓保護。

4）檢同期功能

線路測控屏設置合閘檢同期方式選擇把手，用來控制手合和重合閘檢同期方式。檢同期方式共分為3種：LB&DL（檢母線有壓線路無壓）；DB&LL（檢母線無壓線路有壓）；LB&LL（檢母線有壓線路有壓并檢同期）。當保護或測控裝置失電時，需用手動檢同期方式，采用輔助繼電器搭接手動檢同期回路。

5）重合閘互切

科特迪瓦變電站設計中線路保護屏柜是放置在戶外就地保護小室，為了方便運行人員操作，將線路重合閘方式選擇把手設置在測控屏，測控屏放置在主控室。兩套線路主保護均含有重合閘功能，正常運行只投主保護1，當主保護1故障時，自動投入主保護2，主保護1 的裝置故障接點輸出給主保護2，用于啟動主保護2的重合閘功能。當主保護1 恢復運行時，自動切換為主保護1［23-31］。

TV斷線判據(jù)：增加三相電壓和同期電壓空開常閉位置接點輸入，當電壓空開斷開，裝置失壓，此時裝置自動退出跟電壓相關的保護功能。線路保護部分開入如圖4所示。

圖4 線路保護部分開入示意圖Fig.4 Part of binary inputs of line relay

2.3 高壓變壓器保護特點

科特迪瓦高壓變壓器采用三相雙繞組有載調壓變壓器，接線方式YNynd1，高壓側中性點直接接地，中壓側經(jīng)電阻接地，變壓器外殼接地配置獨立的零序電流互感器。保護配置常規(guī)的變壓器差動和各側過流后備保護外，還有一些特殊的保護，具體說明如下。

1）外殼接地保護

主變外殼經(jīng)過電流互感器接地，當外殼與帶電部位（內部或者外部）發(fā)生閃絡時，故障電流會流過電流互感器，為此配置單獨的外殼接地保護，將電流互感器的電流接入過流保護裝置，過流保護裝置檢測到故障電流時快速跳閘，外殼接地保護具有很高的靈敏性，最小的故障電流定值可以設置為40 A（一次值），圖5 為外殼接地保護示意圖［19-20］。

圖5 外殼接地保護示意圖Fig.5 Schematic diagram of shell earthing protection

2）電纜接地保護

當?shù)蛪哼M線為電纜進線時，電纜屏蔽層經(jīng)過零序電流互感器接地，當電纜損壞，帶電部位發(fā)生閃絡時，故障電流會流過電流互感器，為此配置單獨的電纜接地保護，將電流互感器的電流接入過流保護裝置，過流保護裝置檢測到故障電流時快速跳閘，電纜接地保護具有很高的靈敏性，電纜接地保護示意圖如圖6所示。

圖6 電纜接地保護示意圖Fig.6 Schematic diagram of cable earthing protection

3）主變低后備電阻接地保護（EPATR）

采用EPATR B型曲線（電流-時間特性）。該曲線一般用于延時靈敏零流保護，且僅存在于靈敏零流保護1段和2段。該曲線基于一次電流定值，采用的靈敏SEF TA 比率為100：1 A。EPATR 功能投入時，跳閘分3個時限：0 s、1.5 s、165 s，對應3個出口，分別接至低壓側開關柜的柜頂小母線，0 s跳特殊運行方式RSE B的出線，1.5 s 跳特殊運行方式RSE A 下的出線，165 s 跳母聯(lián)和進線。EPATR特性曲線如圖7所示。

圖7 EPATR特性曲線圖Fig.7 EPATR characteristic curve

主變非電量保護可以采用獨立的非電量裝置，也可以采用輔助繼電器重動方式，不管什么方式，非電量保護動作均需要啟動主變各側開關失靈保護。國內對于非電量保護是不允許啟動失靈保護的，這是一個重要的差異［7-12］。

2.4 高壓母線保護特點

科特迪瓦變電站母線之前都是單母線，且不配置保護，升級后高壓母線均改為雙母線，母差保護按照單套配置，且不采用集中式母差保護，而是使用分布式母差保護，這個跟其采用小室布置有關。分布式母差保護子單元安裝在各個間隔的保護屏里，各間隔保護屏分散安裝在繼保小室，每兩條線路放在一個小室，主變一個小室。主單元放置在其中一個繼保小室。母差子單元采集間隔電流、刀閘位置、斷路器位置以及失靈啟動信號，通過光纖傳輸給主單元做邏輯運算，母差主單元通過光纖發(fā)送跳閘命令跳開關，實現(xiàn)母差跳閘功能，分布式母差示意圖如圖8所示［21-22］。

2.5 中壓饋線保護特點

科特迪瓦33 kV 主接線為單母或單母分段方式，采用空氣絕緣金屬封閉開關柜，保護除了配置常規(guī)過流保護以外，進線柜需配置額外的交流保護和低功率跳閘線圈，出線柜分3種運行方式等。

圖8 分布式母差示意圖Fig.8 Schematic diagram of distributed busbar protection

進線柜：在常規(guī)直流供電的過流保護裝置外，為了防止直流電源失電，如此時發(fā)生故障，開關將無法跳開，故障無法切除，會引起事故范圍的擴大。為此額外配置一臺交流電源供電的過流保護裝置和一組交流跳閘線圈，該過流保護和交流跳閘線圈均從電流互感器取電，由于電流互感器的輸出功率比較小，為了可靠跳閘，跳閘線圈需采用特殊的低功率線圈。

出線柜：采用3 種運行方式：1）正常運行方式（RNE）。該方式下所有保護按照定值區(qū)整定的延時動作跳閘，重合閘是否啟用由重合閘把手位置決定，定時電阻接地（TRT）跳閘延時165 s。2）特殊運行方式A（RSE A）。和最大零序過流保護，重合閘功能停用，EPATR保護功能跳閘延時1.2 s。定時電阻接地（TRT）跳閘延時1.5 s。3）特殊運行方式B（RSE B）。該方式下保護均瞬時跳閘，不經(jīng)過延時。投入最大相電流保護。重合閘功能停用，零序過流保護停用，EPATR 功能停用。定時電阻接地保護（TRI）瞬時跳閘。

三相三次重合閘：1）故障150 ms保護跳閘，300 ms第一次重合閘動作合上開關，如果故障繼續(xù)存在，500 ms內切除故障，如無故障，開關帶線路運行。2）如重合于故障，開關再次跳開后15 s 第二次重合閘動作，如果故障繼續(xù)存在，則500 ms內再次切除故障，如無故障，開關帶線路運行。3）如再次重合于故障，開關跳開后15 s 第三次重合閘動作，如果故障繼續(xù)存在，500 ms內切除故障不再重合，如無故障，開關帶線路運行［13-18］。

3 與國內繼電保護的對比分析和啟示

1）關于失靈保護，國內規(guī)范是在220 kV及以上電壓等級才配置，110 kV 及以下不配置，采用遠后備方式，即本電壓等級開關失靈后，由上一級的后備保護動作跳閘，這樣會延長跳開時間，可能擴大停電范圍。理論上只要是跳開關，就有失靈的可能，建議國內可以考慮對于110 kV及以下的重要開關配置失靈保護，縮短動作時間和停電范圍。

2）國內的開關或者刀閘位置都是采集單位制，建議可以考慮采集雙位置，提高可靠性。國內母差保護屏柜內配置模擬盤作用就是減小刀閘輔助觸點的不可靠性對保護的影響，如果采用雙位置輸入，可以取消模擬盤。

3）國內規(guī)范中開關的操作是配置操作箱的，操作箱只有當開關合閘時才能監(jiān)視跳閘回路完好性，當開關跳開時無法監(jiān)視。建議可以借鑒TCS繼電器的設計特點，增加開關跳開位置時也監(jiān)視跳閘回路，一旦跳閘回路有問題就閉鎖合閘回路，避免只有當合上開關后才能發(fā)現(xiàn)跳閘回路是否異常，可以做到提前預防。

4）線路帶電作業(yè)時，國內處理方式一般是停用重合閘，其余不變?？铺氐贤叱送Ｓ弥睾祥l外，還取消延時保護的延時，若有故障，保護均不經(jīng)延時快速跳閘，縮短故障切除時間，保障作業(yè)人員安全，這一考慮建議國內可以借鑒。

5）變壓器外殼接地保護對于提高變壓器的可靠運行會起到一定的促進作用，目前國內的變壓器保護和在線監(jiān)測均未考慮該保護，建議可以納入變壓器在線監(jiān)測范圍；對于不接地或高阻接地系統(tǒng)，可以考慮增加靈敏TA檢測零序電流，配置靈敏過流保護。

6）對于保護屏柜按照多個小室放置的，宜采用分布式母差方案。

7）對于重要的中壓進線柜，建議考慮配置一臺自供電保護+低功率跳閘線圈，以防止直流電源失電時發(fā)生故障，保護無法動作跳閘。通過設置額外的低功率跳閘線圈，可以降低開關失靈的概率。

4 結語

通過以上對科特迪瓦繼電保護技術特點的分析與結論，對我國企業(yè)承接該國電網(wǎng)建設提出以下4點建議：

1）科特迪瓦地區(qū)變電站保護控制系統(tǒng)正處于升級改造階段，變電站配置方案應嚴格按照當?shù)丶夹g規(guī)范執(zhí)行，不能照搬國內的技術標準。

2）科特迪瓦電網(wǎng)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要求時，從這個角度考慮會幫助理解。

3）科特迪瓦電網(wǎng)用戶會在技術規(guī)范的要求上，根據(jù)工程特點額外提出一些技術要求，由于用戶的話語權比較大，即使設計圖紙確認了，還是會提出修改要求，因此對于設計單位要充分了解用戶需求，爭取在前期就掌握用戶所有要求，降低設計返工風險。

4）由于科特迪瓦歷史上是法國殖民地，受法國影響比較大，用戶比較傾向法國產(chǎn)品，國內設備廠家在跟客戶溝通時一定要從技術上說服客戶，最好配備法語技術人員，這樣會有利于提高溝通效率，有利于國產(chǎn)設備的推廣。

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