基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的多端T接線(xiàn)路保護(hù)的研究及測(cè)試

汪 萍 胡再超 姚 亮 李 鵬

（1.江蘇省電力公司調(diào)度控制中心，江蘇 南京 210024；2.南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，江蘇 南京 211100；3.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 211103）

由于供電線(xiàn)路走廊日益緊張，使得110kV及以下用戶(hù)就近T接運(yùn)行線(xiàn)路越來(lái)越多。現(xiàn)有110kV及以下系統(tǒng)繼電保護(hù)一般采用遠(yuǎn)后備原則，對(duì)于常規(guī)線(xiàn)路尚可盡量與用戶(hù)主變差動(dòng)保護(hù)配合，而對(duì)于T接線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，則存在繼電保護(hù)的選擇性與速動(dòng)性之間難以兼顧的問(wèn)題。

本文針對(duì)現(xiàn)有110kV及以下T接線(xiàn)路保護(hù)配置方面存在的問(wèn)題，提出了適用于110kV單電源多饋出系統(tǒng)線(xiàn)路（T接線(xiàn)路）的繼電保護(hù)配置優(yōu)化方案，在此基礎(chǔ)上研制出保護(hù)裝置，并開(kāi)展了基于RTDS系統(tǒng)的閉環(huán)仿真試驗(yàn)，最后成功將保護(hù)裝置應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

1 現(xiàn)狀分析

當(dāng)前110kV及以下線(xiàn)路僅在電源側(cè)配置單套距離零序保護(hù)作為主保護(hù)，對(duì)于穩(wěn)定要求高的母線(xiàn)及其出線(xiàn)，線(xiàn)路電源側(cè)距離零序保護(hù)一般按線(xiàn)路變壓器組整定，以滿(mǎn)足系統(tǒng)穩(wěn)定要求。對(duì)于無(wú)T接線(xiàn)路的專(zhuān)供線(xiàn)路，其選擇性為電源側(cè)距離零序保護(hù)躲過(guò)用戶(hù)主變中、低壓側(cè)故障，盡可能求得與用戶(hù)主變差動(dòng)保護(hù)配合。而對(duì)于T接線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，線(xiàn)路電源側(cè)距離零序保護(hù)按照本線(xiàn)路末端和T接支路有靈敏度速動(dòng)整定，即按電氣距離最長(zhǎng)末端故障有靈敏度速動(dòng)整定。若供電線(xiàn)路較長(zhǎng)，大容量主變用戶(hù)T接線(xiàn)路距離電源點(diǎn)很近，則電源側(cè)距離零序保護(hù)將深入分支變壓器中壓側(cè)，當(dāng)T接用戶(hù)高壓側(cè)（母線(xiàn)、高壓導(dǎo)引線(xiàn)）發(fā)生故障時(shí)，電源側(cè)線(xiàn)路保護(hù)也將失去選擇性。由此引起的常見(jiàn)現(xiàn)象是：當(dāng)在T接的線(xiàn)路，任一用戶(hù)的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)高壓側(cè)故障發(fā)生故障時(shí)， T接多端用戶(hù)將一起被切除，用戶(hù)的供電可靠性急劇下降。若滿(mǎn)足T接線(xiàn)路上用戶(hù)的選擇性，由于上下級(jí)保護(hù)配合關(guān)系，將導(dǎo)致T接線(xiàn)路故障切除時(shí)間變長(zhǎng)，不滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。

從理論上說(shuō)，縱聯(lián)分相電流差動(dòng)保護(hù)是解決T接線(xiàn)路保護(hù)配置比較完善的保護(hù)方案，但其需精確的多端同步機(jī)制，對(duì)于通信的要求比較高，通道設(shè)備的投資成本也較高。目前國(guó)內(nèi)已有適用三端T接線(xiàn)路的縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)，但對(duì)于四端或者更多端的T接線(xiàn)路，則還沒(méi)有完善的解決方案。

2 裝置研制

表1 系統(tǒng)參數(shù)表

表2 線(xiàn)路參數(shù)

表3 區(qū)內(nèi)故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

基于對(duì)現(xiàn)有保護(hù)配置方式存在問(wèn)題的分析，提出基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的多端T接線(xiàn)路保護(hù)優(yōu)化方案，并確定保護(hù)裝置原理及站間通訊方式。

2.1 優(yōu)化方案

采用主從方式，在線(xiàn)路電源側(cè)配置主機(jī)，在負(fù)荷側(cè)配置從機(jī)，主、從機(jī)皆有完備的線(xiàn)路保護(hù)功能。從機(jī)設(shè)置反向啟動(dòng)元件，若檢測(cè)到反方向故障（規(guī)定由母線(xiàn)流向線(xiàn)路為正方向，反之為反方向），則表明故障在從機(jī)安裝處TA以下（故障點(diǎn)如圖1F1所示），所示此時(shí)從機(jī)發(fā)閉鎖信號(hào)給主機(jī)，閉鎖主機(jī)距離II段加速段；若從機(jī)反向元件未啟動(dòng)，則表明故障在線(xiàn)路上（故障點(diǎn)如圖1F2所示），此時(shí)從機(jī)不發(fā)閉鎖信號(hào)，主機(jī)距離II段加速動(dòng)作。

另外，負(fù)荷側(cè)可利用子機(jī)采集線(xiàn)路電流電壓模擬量，主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)、饋線(xiàn)出線(xiàn)開(kāi)關(guān)位置接點(diǎn)，及主變保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，通過(guò)子機(jī)反方向元件動(dòng)作及主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)來(lái)判斷故障是否在母線(xiàn)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易母差保護(hù)。

2.2 縱聯(lián)閉鎖邏輯

縱聯(lián)保護(hù)以線(xiàn)路兩側(cè)判別量的特定關(guān)系作為判據(jù)，即兩側(cè)均將判別量借助通道傳送到對(duì)側(cè)，然后兩側(cè)分別按照對(duì)側(cè)與本側(cè)判別量之間的關(guān)系來(lái)判別區(qū)內(nèi)故障或區(qū)外故障

縱聯(lián)保護(hù)通常分為閉鎖式和允許式兩種。對(duì)于T接線(xiàn)來(lái)說(shuō)，只能采用閉鎖式縱聯(lián)保護(hù)。如果使用允許式，T 接線(xiàn)區(qū)外故障時(shí)，就有可能多臺(tái)保護(hù)發(fā)允許信號(hào)，雖然其中有一套保護(hù)能夠判定為區(qū)外故障，本側(cè)不跳閘，但是沒(méi)有辦法去閉鎖其他保護(hù)。多端T接縱聯(lián)保護(hù)邏輯圖如圖2所示。

2.3 站間通訊

基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的繼電保護(hù)裝置，應(yīng)用在多端T接線(xiàn)路上，既要保證全線(xiàn)速動(dòng)，又要兼顧繼電保護(hù)選擇性，這就使得在多個(gè)變電站間實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定的通信互聯(lián)顯得尤為重要。

本次裝置的站間通信采用IEC 61850 第二版中新增加的IEC 61850-90-1，該標(biāo)準(zhǔn)中定義了2種不同的變電站通信方法：網(wǎng)關(guān)方法（Gateway）和隧道方法（Tunneling）。其中隧道方式由于采用基于以太網(wǎng)的虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）技術(shù)，變電站之間的應(yīng)用可以直接建立通信連接，適合傳輸對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求快速的應(yīng)用數(shù)據(jù)。采用基于發(fā)布/訂閱通信機(jī)制，傳輸狀態(tài)量采用GOOSE，傳輸模擬量采用IEEE 802.3 SMV.

3 RTDS動(dòng)模測(cè)試

3.1 系統(tǒng)模型

按照江蘇某實(shí)際110kV T接系統(tǒng)局部為例進(jìn)行建模，電網(wǎng)參數(shù)采用實(shí)際參數(shù)，等值系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，站M與站N間線(xiàn)路1，變電站L經(jīng)線(xiàn)路2 T接至線(xiàn)路1，變電站L有兩臺(tái)變壓器為負(fù)荷供電。其中，站M和站N均有電源，建模時(shí)按照系統(tǒng)短路容量等值。正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)由站M單端供電，線(xiàn)路1站M側(cè)斷開(kāi)時(shí)，轉(zhuǎn)由站N供電。

3.2 試驗(yàn)方案及內(nèi)容

試驗(yàn)中，主機(jī)配置在線(xiàn)路1站M側(cè)，線(xiàn)路1站N及站L配置子機(jī)，主、子機(jī)皆有完備的線(xiàn)路保護(hù)功能，如圖3所示。其中，線(xiàn)路1站N側(cè)裝置具有主機(jī)和子機(jī)的功能，當(dāng)系統(tǒng)由站M側(cè)供電時(shí)，站N裝置為子機(jī)，若系統(tǒng)由站N供電時(shí)，裝置為主機(jī)，主機(jī)和子機(jī)功能間通過(guò)切換來(lái)實(shí)現(xiàn)。

考慮線(xiàn)路區(qū)內(nèi)首末端故障及區(qū)外故障，故障點(diǎn)設(shè)置如圖3所示，F(xiàn)1～F3為線(xiàn)路區(qū)內(nèi)各變電站出口故障，F(xiàn)0為線(xiàn)路T接處故障，F(xiàn)4～F6為區(qū)外母線(xiàn)故障，F(xiàn)7為L(zhǎng)站#1主變故障。

試驗(yàn)考慮重合閘，T接線(xiàn)路相關(guān)斷路器的跳合閘均由線(xiàn)路保護(hù)控制，開(kāi)關(guān)分合閘固有時(shí)間統(tǒng)一按30ms考慮，保護(hù)動(dòng)作出口經(jīng)延時(shí)跳開(kāi)RTDS的模擬斷路器，開(kāi)關(guān)位置由RTDS反饋，試驗(yàn)系統(tǒng)配置如圖4所示。為了便于對(duì)試驗(yàn)波形進(jìn)行記錄，試驗(yàn)中線(xiàn)路三側(cè)電壓電流模擬量同時(shí)經(jīng)功放接入故障錄波器。

3.3 動(dòng)模試驗(yàn)

為了全面考核本文提出的基于單向閉鎖原理多端T接線(xiàn)路保護(hù)的功能和性能，根據(jù)GB/T 26864-2011《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品動(dòng)模試驗(yàn)》要求開(kāi)展動(dòng)模試驗(yàn)檢測(cè)。試驗(yàn)中設(shè)置多種區(qū)內(nèi)外故障點(diǎn)和故障類(lèi)型，包括：區(qū)內(nèi)外金屬性故障，發(fā)展性故障，區(qū)內(nèi)外經(jīng)過(guò)渡電阻短路，操作實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)頻率偏移，互感器斷線(xiàn)，電流互感器飽和等。

部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和圖5。

線(xiàn)路1發(fā)生F1點(diǎn)A相故障時(shí)，M側(cè)發(fā)生CT飽和時(shí)測(cè)試波形如圖5所示。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：保護(hù)裝置能正確識(shí)別區(qū)內(nèi)、區(qū)外各種故障，區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作、區(qū)外故障不誤動(dòng)，保護(hù)的功能和性能滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。線(xiàn)路發(fā)生區(qū)內(nèi)金屬性故障時(shí)保護(hù)跳閘出口整組動(dòng)作延時(shí)不超過(guò)70ms。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)110kV線(xiàn)路保護(hù)配置現(xiàn)狀的分析，提出了縱聯(lián)保護(hù)的優(yōu)化方案、裝置原理及站間通訊方式，并基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真系統(tǒng)RTDS開(kāi)展二次系統(tǒng)數(shù)字化動(dòng)模試驗(yàn)，考察二次設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能，驗(yàn)證了裝置性能的優(yōu)良性與可靠性。

隨著110kV及以下用戶(hù)就近T接運(yùn)行線(xiàn)路越來(lái)越多，本文所介紹的基于單向縱聯(lián)閉鎖原理的保護(hù)裝置將有著更廣泛的應(yīng)用。目前，裝置已成功應(yīng)用于某縣級(jí)電網(wǎng)110kV線(xiàn)路，通過(guò)對(duì)裝置現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，后續(xù)將進(jìn)一步研究該裝置應(yīng)用于存在類(lèi)似接線(xiàn)方式與保護(hù)配置問(wèn)題的電鐵牽引線(xiàn)路、配網(wǎng)饋線(xiàn)的可行性。

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