220kV線路保護裝置TWJ回路優化研究及運用

廣東粵電新豐江發電有限責任公司 朱石煉 廣東誠譽工程咨詢監理有限公司河源分公司 劉忠明

南方電網反事故措施匯編（2014）規定，每個斷路器應且只應使用一套防跳回路，宜采用開關本體防跳。南網電網220kV變電站二次接線標準（2017）規定，斷路器的合閘回路監視采用TWJ分相監視，且TWJ應能監視包括“遠方/就地”切換把手、斷路器輔助接點、合閘線圈等的完整合閘回路。南方電網通過“反事故措施精益化檢查”發現，近年來新建和擴建的工程基本滿足南方電網反事故措施匯編和220kV變電站二次接線標準的規定。

新豐江水電廠位于廣東省珠江水系東江流域河源市境內，是由我國自行設計、施工和安裝的大型水電工程。電廠源源不斷輸出電力，成為河源及周邊地區乃至廣東加快工業化進程的血脈。在二十世紀八十年代之前，新豐江水電廠是廣東電網的重點水利工程，發電量占到廣東全省一半以上。2019年10月，新豐江水電廠獲評廣東十大最美水利工程。電廠內裝有4臺水輪發電機組，總裝機容量為355MW，是廣東省最大的常規水電廠、國家“一五”計劃的重點建設項目、電網“黑啟動”電源電廠。該電廠采取單機單變的單元接線方式，兩臺主變對應一組出線，兩組出線分別為“新河甲線”和“新河乙線”。

新豐江水電廠新河甲線線路出線不設開關，掛在新河甲線出線母線上的開關有1號主變變高開關2201和2號主變變高開關2202，當單臺開關檢修維護（如2201開關檢修、2202開關運行、且2號發電機發電運行），因主一裝置采集到2201開關在跳閘位置（TWJ為1），同時線路還有電流，主一保護裝置判斷為異常而閉鎖保護。為防止單套線路保護閉鎖，現就新豐江水電廠220kV新河甲線保護裝置TWJ回路進行優化研究。

1 新河甲線保護裝置TWJ回路優化

1.1 TWJ在線路中的作用

TWJ的主要作用是提供斷路器位置指示，一般為常閉觸點，與合閘回路相連。當斷路器處于合閘位置時，常閉觸點打開，TWJ=0表示斷路器處于合閘位置（TWJ=1表示斷路器處于分閘位置）。TWJ在線路保護中主要用于以下幾個方面。

（1）光纖縱差保護用于“允許發信”。當斷路器處于三相分閘狀態時，線路發生短路故障，斷路器所在側的所有線路保護啟動元件不動作，斷路器所在側不能向對側發出允許信號，導致對側電流縱差保護拒動。此時，當斷路器三相TWJ=1為允許信號時，對側差動保護能正確動作，切除故障。

（2）線路保護用來監視“跳閘”和電壓互感器（TV）是否正常。線路正常運行時，線路保護采集到線路電流，但跳位動作（TWJ=1），延后約10s后報出“跳閘異常”或“TWJ異常”信號。當保護采集到線路三相無電壓無電流時（通常出現在對側對本側線路空充狀態），通過判斷TWJ的狀態決定是否發出“TV斷線”信號。當TWJ=0時，延時1.25s報警，當TWJ=1時，不報警。

（3）判斷線路是否全相運行。當斷路器以手動或保護動作分閘時，只要斷路器三相不同時合閘，即為非全相運行狀態。當單相跳閘固定動作或單相TWJ動作且線路無電流時，延后30ms后，置非全相狀態；當三相跳閘固定動作或三相TWJ動作且線路無電流時，延后30ms后，置非全相狀態，如果有電流或三相TWJ返回，開路保護將接近故障200ms。

（4）影響啟動過電壓保護功能。線路保護一般具有過電壓保護的功能，當本側線路過電壓元件跳開本側斷路器時動作延時，如保護配置中“過電壓啟動遠方跳閘”和“跳閘位置閉鎖遠方跳閘”控制字均為1，無電流時，本側所有斷路器的TWJ動作（TWJ=1），向對側發送遠方跳閘指令。

若是TWJ動作延遲，將會對保護邏輯功能造成影響，導致保護不正確的動作。特別是在高電壓輸電線路上，如果保護動作不正確，將會對電力系統的穩定運行造成嚴重的影響。因此，合理的優化TWJ回路具有重要的意義。

1.2 新河甲線保護裝置改造概況

220kV新河甲線保護裝置于2021年1月進行改造，改造后的主一保護采用南京南瑞繼保工程技術有限公司的RCS-931N2型保護，操作箱型號為CZX-12GN，對應為1號主變變高2201開關；主二保護采用長園深瑞繼保自動化有限公司的PRS-753AMJ-NW型保護，操作箱型號為PRS-789，對應為2號主變變高2202開關。兩臺主變對應一組出線，新豐江電廠新河甲線的主接線圖見圖1。

圖1 新豐江電廠新河甲線的主接線圖

1.3 TWJ回路優化的必要性

由于主一、主二保護采用的廠家和產品型號不同，為做好兩套裝置的配合，須做好內部接線設計。其中TWJ回路就需要進行優化，具體分析如下：

根據新豐江電廠的一次接線原理圖可知，新河甲線保護電流是采用#1主變變高開關電流互感器（CT）與#2主變變高開關CT的和電流，當一臺主變檢修，對應的主變變高開關在檢修位置，另外一臺主變在運行狀態，線路仍然有電流，這種情況屬線路正常運行，線路保護不應該閉鎖。如TWJ回路未優化，對主一保護而言，如果2201斷路器開關操作箱中開關在檢修狀態，2202斷路器開關操作箱中開關運行，2號發電機發電，新河甲線仍有電流，新河甲線主一保護閉鎖運行，主二保護正常運行。同理，在TWJ回路未優化的情況下，如果2202斷路器開關操作箱中開關在檢修狀態，2201斷路器開關操作箱中開關運行，1號發電機發電，新河甲線仍有電流，新河甲線主二保護閉鎖運行，主一保護正常運行。

1.4 TWJ回路優化的方法

掛在新河甲線上單臺開關檢修期間，為避免保護閉鎖運行，新河甲線保護裝置的TWJ開入須采用2201開關TWJ和2202開關TWJ的串聯開入，為適應不同的運行方式和檢修需要，兩個保護屏柜各增加一個檢修操作把手。

現設計兩套保護裝置各取2201和2202開關的獨立TWJ接點串聯，并且并聯相應開關的人工置檢修把手切換。

如未設置檢修把手，只是將兩個開關的TWJ串聯，一臺開關檢修時，保護裝置的TWJ回路將無法導通。

2 具體回路設計

2.1 主一保護中TWJ回路設計

對于2201斷路器開關操作箱的主一保護而言，主一保護的2201斷路器開關操作箱信號回路如圖2所示，主一保護的2202斷路器開關操作箱信號回路如圖3所示，主一保護開入回路如圖4所示。其中1QK中的1、2是主一保護裝置上的開關檢修操作把手。

圖2 主一保護中2201開關操作箱信號回路

圖3 主一保護中2202開關操作箱信號回路

首先把2201斷路器開關操作箱中開關的跳位引入到主一保護TWJ回路中，同時與2201操作箱開關操作箱中的開關操作把手并聯，之后再與2201斷路器開關操作箱中開關的跳位串聯，同時與2202斷路器開關操作箱中開關操作把手并聯。最后連接到1QD13、1QD14和1QD15中，最終實現主二保護TWJ回路的導通。

2.2 主二保護中TWJ回路設計

對于2202斷路器開關操作箱的主二保護而言，主二保護的2201斷路器開關操作箱信號回路如圖5所示，主而保護的2202斷路器開關操作箱信號回路如圖6所示，主二保護開入回路如圖7所示。其中1QK中的3、4是主二保護裝置上的開關檢修操作把手。

圖5 主二保護中2201開關操作箱信號回路

圖6 主二保護中2202開關操作箱信號回路

圖7 主二保護開入回路

首先把2201斷路器開關操作箱中開關的跳位引入到主二保護TWJ回路中，同時與2201斷路器開關操作箱中開關操作把手并聯，之后再與2202斷路器開關操作箱中開關的跳位串聯，同時與2202斷路器開關操作箱中開關操作把手并聯。最后連接到1QD13、1QD14和1QD15中，最終實現主二保護TWJ回路的導通。

3 TWJ回路優化效果分析

3.1 主一保護中TWJ回路優化效果分析

2201斷路器開關操作箱的主一保護裝置在不同運行方式下的開關操作把手操作及功能實現：

2201斷路器開關操作箱和2202斷路器開關操作箱中的開關正常運行時，開關檢修操作把手置正常位置，即1QK中的1、2和3、4均斷開狀態，線路有電流，TWJ回路未接通，保護裝置正常運行；對2201斷路器開關操作箱中的開關進行檢修時，2202斷路器開關操作箱中的開關正常運行，開關檢修操作把手打在2201開關檢修位置，即1QK中的1、2接通，此時只引入2202斷路器開關操作箱中開關的TWJ信號，保護裝置正常運行；對2202斷路器開關操作箱中的開關進行檢修時，2201斷路器開關操作箱中的開關正常運行，開關檢修操作把手打在2202開關檢修位置，即1QK中的3、4接通，此時只引入2201斷路器開關操作箱中開關的TWJ信號，保護裝置正常運行。

3.2 主二保護中TWJ回路優化效果分析

2202斷路器開關操作箱的主二保護裝置在不同運行方式下的開關操作把手操作及功能實現：

2201斷路器開關操作箱和2202斷路器開關操作箱中的開關正常運行時，開關檢修操作把手置正常位置，即1QK中的1、2和3、4均斷開狀態，線路有電流，TWJ回路未接通，保護裝置正常運行；對2201斷路器開關操作箱中的開關進行檢修時，2202斷路器開關操作箱中的開關正常運行，開關檢修操作把手打在2201開關檢修位置，即1QK中的1、2接通，此時只引入2202斷路器開關操作箱中開關的TWJ信號，保護裝置正常運行；對2202斷路器開關操作箱中的開關進行檢修時，2201斷路器開關操作箱中的開關正常運行，開關檢修操作把手打在2202開關檢修位置，即1QK中的3、4接通，此時只引入2201斷路器開關操作箱中開關的TWJ信號，保護裝置正常運行。

綜上，電網公司規定220kV線路保護須采用雙配置，且兩套保護應采用不同廠家產品，由于兩個線路組的保護裝置的接線和配置都不相同，難以形成良好的配合。特殊接線方式下，單臺開關檢修維護時，為避免單套保護閉鎖，須對TWJ回路進行優化設計，必要時增加操作把手以實現預定功能。

當母線上主變壓器臺數多于兩臺，相應的主變變高開關多于兩個，并且增加一套開關，多設一個檢修操作把手、操作短接點相應多增加一對，然后將相應主變變高開關的TWJ接線串接起來，根據不用運行方式可通過操作把手的切換，實現保護裝置均能正常運行的效果。

220kV新河甲線保護裝置TWJ回路優化之后，保護裝置運行情況良好，可靠穩定，未出現誤報異常或故障現象，有效解決單臺開關檢修時，單套保護裝置閉鎖的現象。同時，據運行人員反映，該設計對應的開關檢修操作把手操作便捷，有效提高設備運行可靠性。