淺析500kV智能變電站三跳失靈回路的設計

馮 順 曲 欣 王 毅 葛琳朝 王 錚

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淺析500kV智能變電站三跳失靈回路的設計

馮 順 曲 欣 王 毅 葛琳朝 王 錚

（國網河南省電力公司檢修公司，鄭州 450000）

本文介紹了目前500kV 3/2接線的智能化變電站三跳起動失靈虛端子回路的通用設計，分析了其虛端子回路設計存在的缺陷，并提出完善虛端子回路的設計方案，通過比較得出結論，采用斷路器智能終端TJR的三條起動失靈的虛端子設計方案更為簡單和可靠。

智能化變電站；3/2接線；缺陷；三跳起動失靈；智能終端TJR

在500kV采用3/2接線的變電站中，斷路器失靈保護作為近后備保護快速有選擇的切除故障在工程中廣泛應用。為保證失靈保護的可靠性和安全性，失靈保護接線中的起動回路和跳閘回路應做到完善而正確。而隨著500kV3/2接線方式的智能化變電站的不斷推廣，智能化變電站失靈回路的完善設計顯得尤為重要。本文分析了目前500kV智能化變電站三跳起動失靈通用設計回路的設計缺陷，并提出了更加合理完善的設計方案。

1 失靈保護的工作原理

斷路器失靈保護是指故障電氣設備的繼電保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時，利用故障設備的保護動作信息與拒動斷路器的電流信息構成對斷路器失靈的判別，能夠以較短的時限切除同一廠站內其他有關的斷路器，使停電范圍限制在最小，從而保證整個電網的穩定運行，避免造成發電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網的崩潰瓦解事故。下面以深瑞PRS-721A-G斷路器保護裝置為例來具體說明斷路器失靈保護的邏輯原理。

1.1 分相跳閘起動失靈

失靈保護邏輯圖如圖1所示。收到任一相跳閘信號，相應相電流大于0.05n并且滿足零負序條件（3o＞“失靈保護零序電流定值”或者2＞“失靈保護負序電流定值”），起動故障相失靈。如果是保護單跳失靈引起的第一級出口，實際上等同于傳統意義上的單跳失敗跳三相。

1.2 三相起動失靈

如圖1所示，由保護三相跳閘起動，分別經“失靈保護相電流定值”、“低功率因數角”、“失靈保護零序電流定值”和“失靈保護負序電流定值”4個判據或門開放。

裝置采用的低功率因數元件，該元件開放的條件有以下兩條：

1）任一相電流大于0.05n、電壓大于8V且對應相滿足|cos|＜coszd。

2）三相電壓均低于門檻值8V。

其中，為一相電壓與該相電流的相角差測量值；zd為裝置低功率因數角整定值，整定值范圍為45°～90°。當交流電壓斷線告警或者“低功率因數元件”退出時，退出所有相的低功率因數元件，認為低功率因數的條件不滿足。

圖1 失靈保護邏輯圖

2 智能站三跳起動失靈通用設計及設計缺陷

目前，500kV 3/2接線方式的智能化變電站斷路器保護的三跳起動失靈開入的都是采用GOOSE組網方式。當500kV母線保護或者主變保護動作直跳開關智能終端時，同時發送三跳起動失靈GOOSE信號到相對應的斷路器保護裝置。例如某500kV 2/3接線方式的智能化變電站，第二串設備嵩惠Ⅰ線帶5021、5022斷路器運行，惠獲Ⅱ線帶5022、5023斷路器運行，5021斷路器為500kV Ⅰ母側斷路器。按照通用設計5021斷路器保護的起動失靈GOOSE開入虛端子表見表1。5022斷路器保護的起動失靈GOOSE開入虛端子表見表2。

從表1可以看出，5021斷路器保護三跳起動失靈開入只有來自500kV Ⅰ母線保護的GOOSE開出，而5022斷路器保護只有來自所帶兩條線路的單相起動失靈GOOSE開出，無三跳起動失靈GOOSE信號。假設站內現在發生500kV Ⅰ母母線故障，500kV Ⅰ母母差動作，跳5021斷路器，若此時5021斷路器拒動，5021斷路器保護收到500kV Ⅰ母三跳起動失靈GOOSE信號，則由斷路器失靈保護的邏輯可知，此時5021斷路器保護失靈保護動作會聯跳相鄰運行5022斷路器。我們在做一個更加極端的假設，若此時5022斷路器也拒動，5022斷路器未收到三跳起動失靈GOOSE信號，將造成5022斷路器失靈保護無法動作，則事故范圍將會擴大。

表1 5021斷路器保護的起動失靈GOOSE開入虛端子表

表2 5022斷路器保護的起動失靈GOOSE開入虛端子表

3 三跳起動失靈回路的完善設計

從上面分析可知，目前500kV 2/3接線方式的智能化變電站斷路器保護斷路器失靈保護通用設計無法解決斷路器失靈、聯跳斷路器也失靈的設計缺陷，根本原因在于，當聯跳相鄰運行斷路器時，相鄰運行斷路器為未設計同時間收到的三跳起動失靈GOOSE信號。下面對此缺陷提出兩種設計方案，這里依舊拿章節2中的5021、5022斷路器保護實例進行說明。

3.1 設計方案一

相鄰運行斷路器拒動后失靈保護無法動作在于未收到三跳起動失靈的GOOSE開入，比較直接的方法是增加斷路器保護到相鄰運行斷路器的斷路器保護的三跳起動失靈GOOSE信號。5021斷路器保護、5022斷路器保護相應的三跳起動失靈GOOSE開入虛端子回路設計分別見表3、表4。

按表3、表4增加虛端子回路之后，當斷路器失靈保護動作時，會通過GOOSE組網向相鄰運行斷路器發送三跳起動失靈GOOSE信號，可以有效解決失靈聯跳斷路器再次失靈的問題。

3.2 設計方案二

在常規站設計當線路支路有高抗、過電壓及遠方跳閘保護等需要三相起動失靈時，采用操作箱內 TJR繼電器觸點起動失靈保護。參照常規站的設計方法，斷路器保護的三跳起動失靈GOOSE開入由斷路器智能終端直接GOOSE開出，其5021斷路器保護、5022斷路器保護相應的三跳起動失靈GOOSE開入虛端子回路設計分別見表5、表6。

表3 方案一5021三跳起動失靈GOOSE開入虛端子表

表4 方案一5022三跳起動失靈GOOSE開入虛端子表

表5 方案二5021三跳起動失靈GOOSE開入虛端子表

表6 方案二5022三跳起動失靈GOOSE開入虛端子表

表5、表6所示的虛端子設計方案，將通用設計的斷路器三跳起動失靈GOOSE開入由母線保護、主變保護等動作組網GOOSE開出改為由斷路器智能終端的TJR直跳光纖GOOSE開出，這樣當斷路器TJR動作時，其斷路器保護就會有三跳起失靈的GOOSE開入，故可以完美解決失靈聯跳斷路器再次失靈的問題。

3.3 方案一、方案二對比

方案一和方案二的設計方案都解決了通用設計中失靈聯跳斷路器再次失靈的問題，但是對比發現方案一虛端子回路設計比方案二復雜，不利于現場維護。方案一三跳起動失靈開入是通過GOOSE組網傳遞，而方案二是通過直跳光纖直接傳遞，方案二比方案一傳輸更可靠。因此方案二的設計明顯優于方案一。

4 結論

500kV 3/2接線方式的智能化變電站中斷路器保護失靈動作后、聯跳斷路器也失靈的概率雖然很小，但是500kV電網一旦發生此類事故，后果不堪設想。采用斷路器智能終TJR的三跳起動失靈的設計不但解決了通用設計的缺陷，而且由于采用智能終端直跳光纖，所以信息傳輸也比通用設計的組網網絡傳輸方式可靠。

[1] 高中德, 舒治淮, 王德林, 等. 國家電網公司繼電保護培訓教材[M]. 北京: 中國電力出版社, 2009.

[2] 浙江省電力公司. IEC61850在變電站中的工程應用[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

[3] 國家電網公司. DW 441—2010. 智能變電站繼電保護技術規范[S].

Brief Analysis the Genera Circuit Design of Failure Protection of Three-phase Trip in 500kV Smartsubstation

Feng Shun Qu Xin Wang Yi Ge Linzhao Wang Zheng

(State Gird He’nan Electric Power Conporation Maintenance Company Operation, Zhengzhou 450000)

This paper introduces the general circuit design of failure protection of three-phase trip in 500kV 3/2 connection smartsubstation, analyzes the defects of its virtual terminal circuit design, and puts forward the design scheme of perfecting the virtual terminal circuit. By comparison, the virtual terminal circuit design of failure protection of three-phase trip of using smartterminal TJR is more simple and reliable.

smartsubstation; 3/2 connection; defect; failure protection of three-phase trip; smartterminal TJR

馮 順（1989-），男，本科，助理工程師，從事電力系統繼電保護維護工作。