杜方方

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局)

0 引言

N 變電站引出的220kV 線路共有4 條, 需要連接至多個新型變電站, 增強供電區(qū)域的電網(wǎng)可靠性。以N 變電站為設(shè)計目標, 針對220kV 線路進行有效保護, 合理使用保護選型, 優(yōu)化二次回路的接線, 兼顧對“三相不一致”的家族缺陷處理, 給出可行的保護選型方案, 切實達到保護輸電線路可靠運行, 增強片區(qū)電網(wǎng)可靠性、穩(wěn)定性的目的。

1 工程情況

N 變電站的220kV 項目中, 部分線路是使用雙母線帶旁路的接線方式。N 變電站內(nèi)共有四條220kV 出線?？v向線路保護裝置, 依據(jù)信息通道的類型差異性, 可劃分出四種類型。第一種是使用導(dǎo)引線進行縱向保護處理。第二種, 是使用電力線載波的形式, 給予縱向保護。第三種是使用微波建立縱向保護體系。第四種是使用光纖進行縱向保護。截至2020 年末, 案例項目創(chuàng)建的電網(wǎng)中, 為220kV線路建立的縱向聯(lián)合保護組合共有2300 組, 具體情況, 如表1 所示。

表1 220kV 線路縱向聯(lián)合保護組合

案例項目主要采取光纖保護形式, 去除了原有方案的高頻保護方法。參照電力生產(chǎn)的相關(guān)規(guī)范, 關(guān)鍵線路的保護、技術(shù)安全防護設(shè)施, 需設(shè)計兩組單獨的路由設(shè)施, 從供電設(shè)施、路由設(shè)備、供電電源三個方面, 均采取“雙配置”設(shè)計方法。案例項目的四條線路, 連接至A 至D 四個新開發(fā)的變電站項目。以A變電站為例, 建立雙路由方案, 如圖1 所示。

圖1 A 變電站雙路由方案

圖中①與②、⑦與⑧、⑧與⑨之間均使用OPGW光纜(光纖復(fù)合架空地線) 進行連接, ③與⑤、④與⑥之間均使用光纜進行連接, ⑤與⑦、⑥與⑨之間均使用同軸電纜進行連接。OPGW 光纜連接線路為“直連通路”, 是第一組線路保護, 使用專用光纖路徑, 確保線路保護質(zhì)量。其余連接為“迂回通路”,是第二組線路保護, 使用復(fù)用2M 通道, 引入了與N變電站相同級別的M 變電站, 使用專用“SDH 光傳輸設(shè)備”, 建立接口設(shè)備的迂回性保護體系。此種光傳輸設(shè)備, 具有“線路傳輸”、“線路復(fù)接”的功能整合優(yōu)勢, 使用統(tǒng)一網(wǎng)管平臺有效傳送各類信息, 是一種信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)體系。此種光傳輸設(shè)備, 能夠有效管理網(wǎng)絡(luò)體系, 動態(tài)監(jiān)測業(yè)務(wù)情況, 實時落實網(wǎng)絡(luò)維護工作, 支持各類設(shè)備之間的信息交互[1]。

2 線路保護的技術(shù)方法

2.1 二次回路的保護方案

保護二次回路, 是線路技術(shù)保護的關(guān)鍵任務(wù)。

1) 光通道采取多線路分接形式, 使用直流電源進行回路切換。案例項目中, 線路保護屏規(guī)劃時, 將CSC-186M 設(shè)計在光通道之中。此裝置具有 “光→電”的信號處理能力, 利用轉(zhuǎn)換開關(guān), 自主獲取保護通道, 再將信號進行“電→光”的處理。此裝置能夠有效建立“光差保護體系”。其連接的電源、線路保護程序連接的電源, 均來自相同直流母線, 兩個電源需各自設(shè)計專項的“直流空開”。當(dāng)N 變電站旁路開關(guān)運行期間, 此時CSC-186M 在連接電源的操作,可借助“切換把手”, 選擇保護屏的專用電源。不然, 在旁代線路運行期間, 會在檢修、多種干擾因素下, 使CSC-186M 電源處于關(guān)閉狀態(tài)。此時, 在主保護信道缺失的情況下, 無法繼續(xù)運行旁代線路設(shè)計的旁路開關(guān)[2]。

2) 開關(guān)的失靈保護。N 變電站在2021 年進行了母差保護更換, 原有斷路器失靈保護, 使用母差保護實現(xiàn)其保護功能。使用光纖縱向線路保護技術(shù), 在線路開關(guān)失靈時, 設(shè)計各類保護跳閘接點。N 變電站保護失靈開關(guān)的設(shè)備, 并不具有給出“保護跳閘接點”的功能。為此, 案例項目在各線路間隔位置, 增加了斷路器失靈啟動功能, 對開關(guān)失靈進行保護。N 變電站嘗試在2022 年, 更新母線保護的技術(shù)方案, 利用各線路間隔保護失靈的回路, 各線路給出“分相”、“三相”兩種跳閘節(jié)點, 啟動失靈保護, 有效解決開關(guān)失靈的問題。

3) 保護裝置電壓的切換方式。在制定保護技術(shù)方案之前, N 變電站的線路保護電壓切換時, 主要借助繼電器YQJ 進行。在使用過程中, 由于YQJ 出現(xiàn)了故障, 出現(xiàn)電壓不能成功切換的問題。為此, 技術(shù)更新時, 需更換“電壓切換裝置”, 技術(shù)擬定了“操作箱電壓切換模塊”來解決該問題。

4) 屏頂線路環(huán)網(wǎng)。技術(shù)設(shè)計人員, 采取增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)電纜, 切斷一條小母線的形式, 改變屏頂母線的技術(shù)結(jié)構(gòu)。在保護屏安裝期間, 無須作出停電處理。

2.2 “三相不一致”線路保護的連接方式

用于保護220kV 分相運行的設(shè)備, 以斷路器為主。此設(shè)備在正常工作中, 可能會發(fā)生三相位置不一致的現(xiàn)象。產(chǎn)生此種問題, 主要原因是: 線路運行中, 并非為全相狀態(tài)。在這種情況下, 對稱性不足的電量, 會同時產(chǎn)生“負序”、“零序”兩種類型的電流, 給予發(fā)電程序的轉(zhuǎn)子形成較大程度的威脅。為此, 在非全相狀態(tài)下, 有效暫停斷路器的運行, 是保證發(fā)電程序轉(zhuǎn)子運行處于安全狀態(tài)的關(guān)鍵措施。參照電網(wǎng)調(diào)度的技術(shù)要求, 220kV 線路采用分相斷路器,如果處于非全相運行狀態(tài), 需采取三相不一致保護,斷開斷路器的運行。案例項目中, 使用的斷路設(shè)備,給出的三相不一致保護響應(yīng), 反應(yīng)時間應(yīng)覆蓋“單相重合閘”的0.8s 用時, 且反應(yīng)時間≤0.2s。N 項目整定處理時間設(shè)計為2s, 斷路設(shè)備自身的三相差異保護設(shè)備, 斷路設(shè)備進入合閘處理程序之前, 需經(jīng)過三相不一致保護壓板。線路中三相分別為“A 相”、“B相”、“C 相”, 進行三相分閘并聯(lián)處理, 默認設(shè)計為“常閉”。在合閘位置并聯(lián)處理后, 多數(shù)情況設(shè)計為“常開”。當(dāng)分閘、合閘兩個位置的串聯(lián)處理完成,斷路器非全相運行時繼電器就會動作。當(dāng)斷路設(shè)備處于非全相工況時, 時間類型的繼電設(shè)備, 啟動時會延后2s, 同時啟動三相不一致的兩個繼電器, 經(jīng)此保護出口。出口位置設(shè)計的繼電器, 啟動線路保護后, 會自主連接兩組斷路器的三相跳閘出口, 出口跳閘, 越過三相分相跳閘。按照該回路設(shè)計, 可在保護帶著開關(guān)時, 開展傳動試驗, 測定斷路器在三相有不一致情況的保護能力[3]。

3 保護方案的技術(shù)選型分析

3.1 保護方案

在光纖縱聯(lián)保護使用后, 電網(wǎng)變電站內(nèi)部的旁代運行量明顯減少。然而, 案例項目作為“電源側(cè)”,尚需線路旁代形式, 完成送電操作。針對案例項目進行線路保護, 需考慮旁代運行的因素。技術(shù)組共給出兩個保護方案, 一組稱為“P 方案”、另一組稱為“S方案”。兩組技術(shù)方案的使用規(guī)范內(nèi)容具有差異性,間接增加了220kV 線路保護設(shè)計方案的復(fù)雜性, 且技術(shù)方案對于旁代線路并無實際的保護功能, 致使案例項目中220kV 線路運行面臨多種問題, 無法保證線路保護的技術(shù)效果。為此, 案例變電站積極反饋了技術(shù)保護方案存在的問題, 經(jīng)過技術(shù)優(yōu)化, 變更了部分位置的保護設(shè)備, 從最初的“六統(tǒng)一”變更為“九統(tǒng)一”, 具體配置情況, 如表2 所示。

表2 線路保護技術(shù)的參數(shù)配置情況

A 變電站線路保護后, P 組、S 組均引入“九統(tǒng)一”的保護方案。

RCS-902A 表示繼電器連接的正向級電源。RCS-931A 是一種用于超高壓線路中組件完整的技術(shù)保護程序。CSC-103B 是一種融合了數(shù)字技術(shù)的線路保護設(shè)備?！癙RS-753A-G”、“WXH-803A-G”是用于保護線路的技術(shù)裝置, 作為“九統(tǒng)一”的主要設(shè)備選擇。CSC-101A 表示一種適用于超高壓線路中的保護設(shè)備,PSL-603U 是一種適用于不低于220kV 電壓級別的供電線路, 全方位保護主備線路, 具有較強的技術(shù)智能性[4]。

以PSL-603U 為例, 描述其線路保護的方法。

(1) 零序保護。此裝置共有兩個定時限, 分別是“零序Ⅱ段”、“零序Ⅲ段”。如果零序Ⅲ段作出保護動作, 出現(xiàn)三跳、關(guān)閉重合閘兩個現(xiàn)象, 此時零序Ⅱ段會借助“保護重合閘”的字段, 進行選擇性保護。參照零序功率方向, 判斷裝置內(nèi)元件轉(zhuǎn)動的角度大小, 具體算法如式(1)。

(1) PSL-603U 用于建立智能變電站時, 其線路保護的性能特點, 如表3 所示。

表3 PSL-603U 裝置的性能特點

Ln 表示額定電流, 單位有A、mA 等。

如表4 所示, 是PSL-603U 裝置連接光纖需設(shè)計的接口參數(shù)。

表3、表4 的數(shù)據(jù), 取自PSL-603U 裝置的技術(shù)說明書。結(jié)合裝置性能特點, 將其用于案例變電站的技術(shù)方案中, 能夠借助互感器獲取N 變電站的線路故障情況, 準確保護動作出口。

3.2 旁代線路的保護方法

N 變電站, 選擇CSC-103B 保護裝置, 作為第一組線路保護程序, 用于保護旁路開關(guān), 第二組線路保護裝置選擇WXH-803A-G。在規(guī)劃線路保護方案時, 借助CSC-186M 保護裝置進行多組線路連接,讓旁路開關(guān)連接于B 變電站, 建成旁代線路的保護體系。當(dāng)旁路開關(guān)連接于A、B 兩個變電站時, 使用WXH-803A-G 進行統(tǒng)一旁代保護。以B 變電站為例, 當(dāng)線路運行時, 使用CSC-103B 保護裝置, 借助CSC-186M 的編碼設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān), 建立兩個線路保護通道、一個通信保護路徑。在線路保護期間,使用CSC-186M 進行信號轉(zhuǎn)變時, 需順應(yīng)線路旁代保護功能正常運行的實際要求, 線路處于旁代狀態(tài)時, 運行人員可采取簡單操作, 自如切換通道。此技術(shù)的缺陷在于: 會出現(xiàn)光差保護的短暫中斷, 無法保證線路保護的全面性; 第二組線路保護方案,在運行旁代期間, 會關(guān)聯(lián)多個線路保護裝置的生產(chǎn)商, 保護設(shè)施型號、技術(shù)規(guī)范的差異性, 會形成線路分接裝置的聯(lián)動性問題。在此種運行程序下, 可能會出現(xiàn)兩側(cè)“光差數(shù)據(jù)”采集的協(xié)同性, 需加以驗證, 確保數(shù)據(jù)采集完整。如果此種保護方案存在技術(shù)配合問題, 可選擇備選方案, 將尾纖安裝至保護程序的熔纖盒內(nèi), 在有線路切換需求時, 進行人工處理。備用方案較為依賴于人工處理, 處理流程的實用性不足。

4 線路保護需注意的技術(shù)問題

4.1 控制誤動保護

斷路器三相不一致保護, 主要依據(jù)開關(guān)設(shè)備的輔助節(jié)點變動實現(xiàn), 以此決定是否需要啟動。此回路設(shè)計較為簡單, 系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性較強。然而,此種技術(shù)方案, 缺失必要的閉鎖條件, 實際運行中, 三相不一致保護多處于室外環(huán)境中, 極易出現(xiàn)線路破損、絕緣性改變等現(xiàn)象, 增大了保護誤動的可能性。三相不一致保護端子箱, 可裝設(shè)在斷路設(shè)備B 相之上, 此時可能會出現(xiàn)斷路器振動情況, 相應(yīng)增大了分閘、合閘形成的不利影響, 致使繼電器內(nèi)部的整定時間發(fā)生讀數(shù)不準現(xiàn)象, 或者引起設(shè)備出現(xiàn)接線無效問題。在某變電站中, 發(fā)生過一起單相瞬間運行不暢的問題, 此事故發(fā)生在500kV 電壓等級的變電站中。瞬間事故出現(xiàn)后, 時間繼電器時間讀數(shù)不準確, 三相不一致保護的持續(xù)時間長度,未覆蓋重合閘所需達到時間, 致使保護失效, 在斷路器判斷失誤的情況下, 給出了跳閘動作。為此,在線路運行時, 需加強三相不一致保護裝置的防震處理, 減少誤動可能性[5]。

4.2 保證網(wǎng)聯(lián)設(shè)備的風(fēng)險排查質(zhì)量

線路保護安裝調(diào)試后, 需參照聯(lián)網(wǎng)情況, 綜合評價設(shè)備安全性。M、N 兩個變電站均是220kV電壓等級, 新片區(qū)電網(wǎng)也存在一些風(fēng)險問題。第一, 兩個變電站的新保護裝置在投運前, 其可靠性還未得到驗證。第二, N 變電站運行的母線失靈保護, 未進行雙重配置, 可利用線路保護, 彌補失靈保護不足。B 變電站的線路保護程序中, 運行TJR 回路后, 會暫停線路保護程序, 啟動失靈保護動作, 然后利用母線保護裝置出口。全面匯總分析該區(qū)域電網(wǎng)設(shè)備可能潛在的風(fēng)險, 以M、N為樞紐設(shè)計變電站, 合理選擇線路保護方案, 更新穩(wěn)控裝置策略。

5 結(jié)束語

綜上所述, N 變電站進行線路保護時, 主要是借助光纖保護, 更新原有的高頻保護技術(shù), 以此改變電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及線路保護體系。針對N 變電站關(guān)聯(lián)的四個新建變電站, 選用CSC-103B 型光纖保護裝置, 控制誤動保護問題, 關(guān)注電網(wǎng)運行情況。確定技術(shù)方案后, 進行線路保護, 能夠保證N 片區(qū)電網(wǎng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài), 彰顯出光纖縱聯(lián)保護的技術(shù)優(yōu)勢。