某水電廠500kV系統線路－主變中間開關重合閘見解分析

吳家樂，于遠鵬，高翠峰

(1.雅礱江水電開發有限公司錦屏水力發電廠，四川 西昌 615000;2.雅礱江水電開發有限公司二灘水力發電廠，四川 攀枝花 617000)

1 引言

水電廠500kV GIS廣泛采用3/2或者4/3接線方式向外輸電，因為此兩種接線輸電方式運行方式靈活、可靠性較高。特別是在此兩種接線方式下，水電廠500kV GIS輸電線路開關保護重合閘的配置，對于繼電保護和輸電運行方式來說非常重要，特別是500kV高壓輸電線路－變壓器中間開關保護的重合閘，它會影響整個電廠發變組系統、GIS輸電系統，甚至整個電網系統的安全穩定。通過對某水電廠特殊運行方式下，從主接線500kV高壓輸電線路－變壓器中間開關重合閘相關問題出發，從運行人員現場實際操作的角度考慮，分析操作過程中存在的風險點，進而提出改進方法，來說明改進完善的優越性。

2 500kV線路開關保護

500kV 3/2或4/3接線的線路保護采用雙重化配置，并且各帶重合閘裝置，在配置線路上兩開關先合后合及二次接線方面會很復雜，對設備運維、操作調試方面也帶來諸多不便，進而影響繼保裝置可靠運行。通過配置合理的獨立的重合閘保護裝置來控制線路開關，配置的線路保護裝置是用來可靠跳開線路開關，即便是單相故障也給線路開關發三相跳閘令。至于是否重合閘、何條件下重合閘、重合閘動作后果等問題，只與開關保護配置有關。配置獨立的開關重合閘裝置可簡化二次接線，減少在運維和調試工作中人為的失誤。

線路－主變中間開關的重合閘保護配置情況很重要，因為線路－變壓器中間開關即擔任對線路送電任務也擔任對變壓器送電任務，而在線路發生單相故障時，不允許中間開關重合于故障主變，所以該中間開關重合閘功能通常退出，但是若該中間開關單相重合閘保護退出，則可能導致該中間開關三相不一致運行，對發變組和電力系統運行均會造成嚴重危害。

3 分析某廠線路－主變中間開關重合閘裝置

3.1 某水電廠當前運行狀態

3.1.1 一次設備狀態

以某水電廠500kV線路－主變4/3單串接線為例，如圖1所示。下邊分析討論均以圖1為基礎，5041、5042 開關送出線 1，5042、5043 開關送 6#主變6B，5043、5044 開關送出線 2;5042、5043 開關為中間開關，5041、5044 為邊開關。正常運行時，5041、5042、5043、5044開關合環運行，出線1回線、出線2回線線路保護為雙重化配置，500kV開關均采用南瑞開關失靈保護及自動重合閘裝置。5042開關的動作既受線路保護控制，又受開關保護的控制。

圖1 某水電廠4/3單串接線圖

3.1.2 二次設備狀態

出線1線路兩套保護均正常投入運行，合閘開關的失靈保護、三相不一致保護正常投入運行，且合閘的線路開關重合閘功能正常投入運行，該電廠投運單相重合閘功能(5041開關延時0.5s先重合閘、5042開關延時1.0s后重合閘)，重合閘裝置溝通三跳功能退出運行，“溝通三跳”壓板停用。線路的兩套主保護定值都要求本裝置重合閘退出，采用開關保護重合閘。5042開關保護定值整定為:開關重合閘退出，三相不一致保護、不一致經零序、不一致經負序電流開放;不一致零序、負序過流定值均為0.1A。保護裝置采集自產零序電流，即通過矢量運算3I0=IA+IB+IC來動作。在正常情況下，零序電流3I0和負序電流值均很小，整定定值要考慮躲過該值，所以不會影響保護判斷;在三相不一致運行情況下，當零負序電流值大于整定值時，不一致保護會動作。

3.1.3 三相不一致保護邏輯

如圖2開關三相不一致保護邏輯圖所示，開關三相不一致保護動作邏輯為:當開關三相不一致保護功能投入時，TWJA、TWJB、TWJC(TWJA、TWJB、TWJC 分別表示A、B、C三相的跳閘位置繼電器的接點輸入信號)中任一相動作并且無流時，邏輯會認為此相開關已跳閘，若開關三相中任一相在跳閘位置但是三相又不全在跳閘位置，則邏輯會認為開關三相不一致。開關三相不一致即可經零序電流又可經負序電流動作，由三相壓板分別控制其功能的投退。線路CT采集三相電流，分別通過4000/1變比降流后送入保護裝置，其中In=1A，當A、B、C三相電流中某一相電流大于0.06In時，則判斷開關該相有流。

圖2 開關三相不一致保護邏輯圖

3.2 檢修內容及停電范圍

6#廠高變26B調整分接頭(由3檔調至2檔)，拉開6#主變6B高壓側50426刀閘，拉開6B高壓側開關5042及兩側刀閘，6#主變6B停電，6#機組停運。在特殊運行方式下，該水電廠5042開關處于臨界狀態下，各個方向的保護均不會動作。

3.3 故障風險分析

3.3.1 線路單相瞬時故障

當出線1回線路發生單相瞬時故障時，由出線1回線線路保護動作發出單相跳閘令，5042開關、5041開關單相跳閘，5041開關單跳后重合成功。此時，雖然5042開關保護重合閘充好了電，但單相重合閘壓板退出且重合閘裝置“溝通三跳”壓板也退出，造成5042開關非全相運行，此時，5042開關只有依靠三相不一致保護動作跳閘，但是不能保證其可靠動作。因為當運行負荷小于180萬千瓦即流過5042開關單相的電流小于400A，二次電流值小于不一致零負序過流定值(400/4000=0.1A)，所以在單相瞬時故障時，三相不一致保護不會動作，將導致5042開關非全相運行，會影響整個電網的穩定運行。若5042開關非全相時的不一致零負序過流值大于定值0.1A，將由三相不一致保護出口跳5042開關。

在5041邊開關檢修或者5044開關和5043開關分閘時，出線1回線線路單相瞬時故障時，線路保護動作發出單相跳閘令，5042開關跳開故障相，因重合閘退出，若三相不一致保護不能啟動，使5042開關非全相運行，對6#主變6B及電網穩定運行有影響。

3.3.2 線路單相永久性故障

在出線1回線線路發生單相永久性故障時，由出線1回線線路保護發出單相跳閘令，使5042開關、5041開關單相跳閘，5041開關經延時0.5s后重合閘，重合于故障后，線路保護發三跳令，加速跳開5042開關、5041開關三相，對系統運行并無大的影響。在5041邊開關檢修時，出線1回線線路發生單相永久性故障時，由出線1回線線路保護發出單相跳閘令，5042開關跳故障相，因重合閘退出，不重合，對側開關重合不成功再次跳閘，此時，本側三相不一致保護不可能啟動，使5042開關非全相運行送空線路。

3.3.3 線路兩相及以上故障

在出線1回線線路發生兩相及以上故障時，線路保護直接發出三跳令，不會出現單相跳閘情況。

3.3.4 變壓器故障

6B故障時，無論主保護還是后備保護動作，均發永跳令，閉鎖重合閘。使5043、5042開關三相永跳，不會出現非全相運行的情況，對變壓器和電網穩定運行均無影響。

3.5 原因分析

先停運5042開關重合閘功能，再拉開5042開關，然后拉開50426、50421、50422刀閘。在停運5042開關重合閘功能之后，若此時出線1發生單相(例如A相)瞬時接地故障時，由出線1保護動作發出單相跳閘命令，此時，5041、5042開關A相均跳閘;重合閘功能動作啟動，5041開關A相跳閘后重合閘動作成功，5041開關A相重合成功。此時，雖然5042開關保護重合閘充好電了，但是5042開關重合閘退出運行，并且重合閘裝置溝通三跳功能也退出運行，造成5042開關缺相運行(B、C兩相運行)，此時，5042開關只有依靠三相不一致保護動作跳閘，但是不能保證5042開關三相不一致保護可靠動作跳閘。

4 改進及處理方法

綜上分析，線路－主變中間開關保護重合閘退出后，在線路發生單相故障時，可能對電網穩定運行造成不良影響。根據開關保護邏輯及現場實際操作，提出改進方法。

4.1 改進方法一

在中間開關保護定值基礎上，投入重合閘裝置“溝通三跳”壓板，保護動作發出單相跳閘令時，直接使中間開關三相跳閘不重合;而線路邊開關5041開關按照原方式加用重合閘，單相跳閘后單相重合閘，若重合于永久故障時三跳不重合。此時可根據邊開關5041的重合后果，人為決定是否合上中間開關5042。若邊開關5041開關重合成功，則可以合上中間開關5042，若線路為單相永久性故障時，邊開關5041開關重合不成功，則中間開關5042就不需再合閘。

4.2 改進方法二

在中間開關5042保護原定值的基礎上，將控制字投入不一致保護和不一致經零負序整定為“0”，使不一致不經零序電流或負序電流開放的控制。在線路單相故障時，任一項TWJ動作，且無電流時，確認為該相開關在跳閘位置，當任一相在跳閘位置而三相不全在跳閘位置時，不一致保護動作使中間開關5042三相跳閘不重合，邊開關按原來的情況跳合，此時，避免了中間開關5042的非全相運行。根據邊開關5041開關重合的情況，人為決定是否合上中間開關5042。

4.3 改進方法三

投入中間開關5042保護的重合閘功能，在線－變串合環運行時，5042開關保護整定為:“投重合閘”、“投TWJ起動單相”、“投單重方式”以及“后合固定”(使中間開關5042固定遲后于邊開關5041重合)控制字均置“1”，當線路單相故障時，線路保護發單跳令，邊開關、中間開關跳閘后，可進行重合。邊開關5041開關(延時0.5s)先重，若成功，則中間開關5042(延時1.0s)隨即重合，避免中間開關5042的非全相運行。

4.4 運行操作方法

在整個電力網絡安全穩定運行中存在著一定的風險隱患，若進一步發展，其后果會很嚴重;為了避免這樣的風險隱患，需要采取正確合理的操作步驟，從操作方法上加以改進，這對于該水電廠的運行人員來說提出了更高的要求。

6#機組及6#主變6B停電，運行人員操作順序改進為:

①拉開5042開關;

②拉開50426刀閘;

③拉開50421、50422刀閘;

④加用出線1開關重合閘“溝通三跳”壓板;

⑤停用5042開關重合閘。

5 優點好處

停用5042開關重合閘方式，重合閘出口壓板退出運行，投入重合閘裝置溝通三跳功能，即投入重合閘裝置“溝通三跳”壓板。在線路發生單相瞬時故障時，保護動作發單相跳閘命令，直接使5042開關三相跳閘不重合，而線路邊開關5041開關按照原方式加用重合閘，單相跳閘后單相重合閘，若重合于永久性故障時三跳不重合。先投“溝通三跳”壓板，后退出重合閘，防止在操作期間發生故障，線路保護動作跳閘造成非全相運行對系統的沖擊。

6 結論

電站是整個電力系統輸送電力的源頭，是保證電網安全穩定運行、保證人民安居樂業的關鍵所在，作為電站運行維護先鋒軍的運行人員來說，則提出了更高的要求，如何采取優化合理的操作方式，盡量減少人為因素影響，確保電廠正常運行。改進方法一、二較簡單，不受主變運行方式限制，線路邊開關重合成功后需人為合上中開關，電廠須有人員值班。方法三簡單可行，邊開關重合成功后保護自動后合中間開關，不需人為干預，但對主變運行方式有限制，當主變邊開關因故停電時，應避免經中間開關供6B運行，防止線路單相故障時，中開關單相跳閘后主變三相不一致運行。在水電廠“無人值班、少人值守”趨勢下，建議采用改進方法三，因為其可行性更強，便于統一管理、維護。

［1］張志竟，黃玉錚.電力系統繼電保護原理與運行分析［M］.中國電力出版社，1995，11.

［2］李光琦.電力系統暫態分析［M］.水利電力出版社，1984.10.

［3］斷路器本體三相位置不一致保護的應用［J］.農村電氣化，2008.

［4］機電設備運行規程［S］.二灘水力發電廠發布，2008.

［5］四川電力系統電氣設備停修申請書［Z］.某電站6機廠高變調整分接頭，2011.