3/2接線方式母差保護(hù)擴建間隔壓板操作次序優(yōu)化

劉懷宇，楊 柳，陳 昊，張海華，何嘉弘

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇 南京 211102；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇 南京 210019；3.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210096）

0 引言

電力系統(tǒng)中直接用于生產(chǎn)、輸送、分配電能的電氣設(shè)備稱為“一次設(shè)備”，如線路、斷路器、母線等。對這些一次設(shè)備工況進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)以及保護(hù)的低壓電氣設(shè)備稱為“二次設(shè)備”［1-3］。將這些二次設(shè)備相互連接在一起從而實現(xiàn)特定功能的回路稱為“二次回路”［4-7］。二次回路的可靠性直接影響著繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，因而對二次回路的研究意義顯著［6-12］。

通常為便于運維檢修操作，常規(guī)變電站在二次回路中增加1 個～2 個可見斷開點，并借助“硬壓板”實現(xiàn)對斷開點的控制；對于智能變電站則一般是通過軟壓板實現(xiàn)對二次“虛回路”的控制［13-17］。變電站壓板的研究廣受關(guān)注，文獻(xiàn)［18］-文獻(xiàn)［22］對變電站壓板的狀態(tài)識別方法以及相關(guān)算法進(jìn)行研究；文獻(xiàn)［23］-文獻(xiàn)［25］對變電站壓板狀態(tài)監(jiān)測以及校核技術(shù)進(jìn)行研究；文獻(xiàn)［26］對變電站軟壓板防誤操作進(jìn)行研究。但關(guān)于變電站壓板操作次序的討論尚無文獻(xiàn)涉及，對壓板操作次序優(yōu)化所帶來的工作效率的提高亦無文獻(xiàn)涉及。因此在保證電網(wǎng)設(shè)備安全的前提下，對變電站壓板操作次序優(yōu)化進(jìn)行研究有利于提高變電站運維檢修的工作效率，并且對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

目前大部分500 kV 及以上變電站一次接線采用3/2 接線方式，為便于討論分析，本文以3/2 接線方式500 kV變電站擴建5011斷路器間隔為例，討論啟動過程中500 kV I母母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板操作次序的變化及其對5011 斷路器保護(hù)、500 kV I 母母差保護(hù)等動作行為的影響。在保證電網(wǎng)設(shè)備安全的前提下，提出500 kV I 母母差保護(hù)5011 斷路器間隔壓板最優(yōu)操作次序，從而顯著減少壓板操作量，進(jìn)而節(jié)約時間成本。

1 研究背景

1.1 3/2接線方式母差保護(hù)的二次回路

常規(guī)變電站通過電纜傳遞電氣量信號，其壓板為硬壓板；智能變電站通過光纜傳遞通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录℅eneric Object Oriented Substation Event，GOOSE）信號，其壓板為GOOSE軟壓板［27-30］，此處關(guān)于智能變電站二次回路的討論是基于GOOSE 直跳方式展開。圖1為500 kV I母母差保護(hù)與5011斷路器間隔相關(guān)二次回路，其中圖1（a）為常規(guī)變電站、圖1（b）為智能變電站。

圖1 I母母差保護(hù)5011斷路器間隔相關(guān)二次回路示意圖Fig.1 Schematic diagram of the secondary circuit about 5011 circuit breaker bay in the I bus-bar differential protection

為便于分析描述，常規(guī)變電站500 kV I 母第一套母差保護(hù)的5011斷路器失靈聯(lián)跳開入壓板、啟動5011斷路器失靈開出壓板、5011斷路器A相跳閘壓板、5011斷路器B 相跳閘壓板、5011 斷路器C 相跳閘壓板分別從P1.1 至P1.5 進(jìn)行編號，相應(yīng)的常規(guī)變電站500 kV I母第2套母差保護(hù)的5個硬壓板分別從P2.1至P2.5進(jìn)行編號、智能變電站500 kV I母第1套母差保護(hù)的兩個軟壓板分別從P3.1 至P3.2 進(jìn)行編號，智能變電站的500 kV I 母第2 套母差保護(hù)的兩個軟壓板分別從P4.1至P4.2進(jìn)行編號，如圖1所示。

1.2 啟動步驟

根據(jù)《華東電網(wǎng)直調(diào)設(shè)備技改、大修后設(shè)備啟動方案編制工作規(guī)范》的規(guī)定可知，5011 斷路器的電流互感器TA 電流回路接入500 kV I 母第1 套母差保護(hù)、500 kV I 母第2 套母差保護(hù)的啟動步驟，為便于分析，對其進(jìn)行一定程度的簡化，如表1所示。

表1 啟動步驟Table 1 Start-up steps

2 故障預(yù)想

圖2為3/2接線方式的一次系統(tǒng)圖，其中500 kV甲線與5011 斷路器為新擴建一次設(shè)備。基于表1，可知需要在啟動過程中將5011斷路器TA回路接入500 kV I 母第1 套母差保護(hù)以及500 kV I 母第2 套母差保護(hù)，接著通過5011斷路器空充500 kV甲線進(jìn)行5011斷路器TA回路帶負(fù)荷校驗工作，帶負(fù)荷過程中500 kV I母母差保護(hù)單套運行。

圖2 一次系統(tǒng)圖Fig.2 Primary system diagram

圖2 中位置①、②是一次設(shè)備故障預(yù)想位置。針對故障位置①，即500 kV甲線線路保護(hù)范圍內(nèi)存在隱患引起的故障，此時將由500 kV 甲線線路保護(hù)、5011斷路器過流保護(hù)動作跳開5011 斷路器。若此時5011斷路器失靈，則5011 斷路器保護(hù)需要聯(lián)跳500 kV I 母母差保護(hù)，從而切除故障。

針對故障位置②，即500 kV I 母母差保護(hù)范圍內(nèi)存在隱患引起的故障，此時將由500 kV I 母母差保護(hù)動作跳開5011 斷路器、5021 斷路器，從而切除故障。此時通過5011斷路器空充500 kV甲線，故障位置②僅有經(jīng)過5021斷路器提供的電源點，5011斷路器失靈與否并不影響故障切除。

3 500 kV 母差保護(hù)壓板操作次序優(yōu)化分析

基于故障分析結(jié)果，可知在5011斷路器從熱備用改運行前，即表1 中步驟4，500 kV I 母母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板的狀態(tài)對系統(tǒng)發(fā)生故障時保護(hù)動作切除故障無任何影響。由于帶負(fù)荷校驗工作的結(jié)束，表明新設(shè)備具備入網(wǎng)運行條件，上述間隔壓板必須投入運行。因而擴建間隔壓板是在步驟5或步驟6的信號改為跳閘狀態(tài)時投入、還是在步驟3 的信號改為跳閘狀態(tài)時投入、亦或在步驟1之前便投入，有必要做進(jìn)一步的分析。

3.1 500 kV I母第1套母差保護(hù)影響分析

如表2所示，500 kV I母第1套母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板在步驟1 前投入后的狀態(tài)變化情況，其中●表示壓板投入、○表示壓板退出。由表2 可知常規(guī)站壓板P1.1-P1.5、智能站壓板P3.1-P3.2 在此種方式下需要投入3次、退出2次。

表2 優(yōu)化前500 kV I母第一套母差保護(hù)壓板狀態(tài)Table 2 Plate states of the first set of 500 kV I bus-bar differential protection before optimization

對于500 kV I母第1套母差保護(hù)5011斷路器失靈聯(lián)跳母差保護(hù)開入壓板，如未在步驟3時投入，根據(jù)故障分析結(jié)果，當(dāng)5011 斷路器失靈時，將因5011 斷路器失靈聯(lián)跳母差回路功能缺失導(dǎo)致500 kV I 母第1 套母差保護(hù)拒動，此時500 kV I母第2套母差保護(hù)尚處于信號狀態(tài)，從而存在丙線、丁線后備保護(hù)動作切除故障而擴大事故范圍的風(fēng)險。若開入壓板在步驟1 前投入，則將存在5011 斷路器保護(hù)裝置因未進(jìn)行帶負(fù)荷校驗誤發(fā)失靈聯(lián)跳500 kV I 母第1 套母差保護(hù)的風(fēng)險。由于3/2接線母差保護(hù)失靈聯(lián)跳無電壓閉鎖等閉鎖邏輯，若此時I母母線區(qū)外故障通過較大穿越性電流引起電網(wǎng)擾動，這將引起母差保護(hù)誤動。由于斷路器保護(hù)經(jīng)出廠檢測、現(xiàn)場調(diào)試、竣工驗收等多層把關(guān)，誤動可能性幾乎為零。

對于500 kV I母第1套母差保護(hù)5011斷路器間隔開出壓板，如未在步驟3 投入，將存在500 kV I 母第1套母差保護(hù)無法出口5011 斷路器跳閘以及啟動5011斷路器保護(hù)失靈的風(fēng)險。根據(jù)故障分析結(jié)果，當(dāng)500 kV I母第1套母差保護(hù)5011斷路器失靈聯(lián)跳母差保護(hù)開入壓板在步驟3時投入，無論500 kV I母第1套母差保護(hù)5011 斷路器間隔開出壓板是否投入均不影響故障切除。因而可以考慮開入壓板在步驟6 投入，從而減少運維人員壓板操作工作量，進(jìn)而節(jié)約時間成本。

綜上所述，可得優(yōu)化后500 kV I母第1套母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板啟動過程中的狀態(tài)情況，即如表3所示，由表可知常規(guī)站壓板P1.1、智能站壓板P3.1需要投入2 次、退出1 次；常規(guī)站壓板P1.2-P1.5、智能站壓板P3.2僅需要投入1次。

表3 優(yōu)化后500 kV I母第一套母差保護(hù)壓板狀態(tài)Table 3 Plate states of the first set of 500 kV I bus-bar differential protection after optimization

為方便分析統(tǒng)計，將壓板投入與退出各計為1 次操作，則可得如表4所示的優(yōu)化前后500 kV I母第1套母差保護(hù)5011 斷路器間隔壓板操作量對比，由表4 可知，優(yōu)化前后常規(guī)站操作量由25次降為7次，操作量減少18 次；優(yōu)化前后智能站操作量由10 次降為4 次，操作量減少6次。

表4 優(yōu)化前后500 kV I母第一套母差保護(hù)壓板操作量對比Table 4 Comparison of the first set of 500 kV I bus-bar differential protection plate workload before and after optimization

3.2 500 kV I母第2套母差保護(hù)影響分析

如表5所示，500 kV I母第2套母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板在步驟1前投入后的狀態(tài)變化情況。由表5可知常規(guī)站壓板P2.1-P2.5、智能站壓板P4.1-P4.2在此種方式下需要投入2次、退出1次。

表5 優(yōu)化前500 kV I母第2套母差保護(hù)壓板狀態(tài)Table 5 Plate states of the second set of 500 kV I bus-bar differential protection before optimization

基于500 kV I母第1套母差保護(hù)的分析過程，可知5011 斷路器失靈聯(lián)跳母差保護(hù)開入壓板至少應(yīng)在步驟5時投入，500 kV I母第2套母差保護(hù)5011斷路器間隔開出壓板是否投入均不影響故障切除，則可得優(yōu)化后500 kV I母第2套母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板啟動過程中的狀態(tài)情況，即如表6所示。

表6 優(yōu)化后500 kV I母第2套母差保護(hù)壓板狀態(tài)Table 6 Plate states of the second set of 500 kV I bus-bar differential protection after optimization

表7 所示為優(yōu)化前后500 kV I 母第2 套母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板操作量對比，由表7可知，優(yōu)化前后常規(guī)站操作量由15 次降為5 次，操作量減少10 次；優(yōu)化前后智能站操作量由6 次降為2 次，操作量減少4次。

表7 優(yōu)化前后500 kV I母第2套母差保護(hù)壓板操作量對比Table 7 Comparison of the second set of 500 kV I bus-bar differential protection plate workload before and after optimization

3.3 優(yōu)化結(jié)果

基于500 kV I 母母差保護(hù)影響分析結(jié)果，可得500 kV I母母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板操作次序優(yōu)化表，如表8 所示。無論智能站還是常規(guī)站，500 kV I 母第1 套母差保護(hù)5011 斷路器間隔開入壓板需在帶負(fù)荷校驗前改為跳閘狀態(tài)時投入、開出壓板需要在帶負(fù)荷校驗之后改為跳閘狀態(tài)時投入；500 kV I母第2套母差保護(hù)5011 斷路器間隔開入開出壓板均在帶負(fù)荷校驗之后改為跳閘狀態(tài)時投入。

表8 500 kV I母母差保護(hù)5011斷路器間隔壓板操作次序優(yōu)化Table 8 Operation routine optimization of the 5011 circuit breaker bay plates in 500 kV I bus-bar differential protection

4 結(jié)語

本文以5011 斷路器間隔擴建為例，探討500 kV I母母差保護(hù)5011 斷路器間隔壓板操作次序及其對保護(hù)動作行為的影響，得出結(jié)論如下：

1） 優(yōu)化后500 kV I母第1套母差保護(hù)5011斷路器間隔開入壓板需在帶負(fù)荷校驗前改為跳閘狀態(tài)時投入，開出壓板需要在帶負(fù)荷校驗之后改為跳閘狀態(tài)時投入，相比優(yōu)化前壓板操作量常規(guī)站降低72%、智能站降低60%；

2） 優(yōu)化后500 kV I母第2套母差保護(hù)5011斷路器間隔開入開出壓板均在帶負(fù)荷校驗之后改為跳閘狀態(tài)時投入，相比優(yōu)化前壓板操作量常規(guī)站與智能站均降低66.7%。

本文僅對3/2接線方式空充線路情況下500 kV母差保護(hù)擴建間隔壓板最優(yōu)操作次序進(jìn)行討論，能夠給同類型的工程應(yīng)用一定程度的參考。今后將對其它接線方式或不同運行方式下壓板操作優(yōu)化進(jìn)行分析討論，以提高本文研究的普適性。