500 kV同桿雙回線自適應重合閘在瀑布溝水電站的應用

董吉林，陳 陽，孫艷景，李志軍，楊福力

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

500 kV同桿雙回線自適應重合閘在瀑布溝水電站的應用

董吉林，陳 陽，孫艷景，李志軍，楊福力

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

主要介紹自適應重合閘的原理及重合順序，自適應重合閘的保護配置原則。分析了瀑布溝線路保護及斷路器保護如何實現自適應，同時闡述了自適應重合閘的優點。對流域水電站500 kV電壓等級的同桿雙回線自適應重合閘配置具有參考作用。

自適應重合閘；線路保護；斷路器保護

0 概述

瀑布溝水電站裝設6臺600MW的混流式水輪發電機組，在系統中擔負調峰、調頻及事故備用，枯期擔負峰腰荷，汛期主要擔負基荷，是四川電力系統中骨干電站之一。瀑布溝電站發電機和變壓器采用單元接線，并設置了發電機出口斷路器。系統設置了兩條500kV的母線，開關布置為4/3方式，即在每一個縱向的支路上設有四臺斷路器，形成三條出線。有四串4/3接線的支路，整個系統通過四條500kV線路送電至眉山東坡變電站。主接線圖如圖1所示。其中布坡一線、二線，布坡三線、四線為同桿并架雙回線。同桿雙回線路配置了南瑞繼保電氣有限公司的RCS-931E型超高壓線路保護裝置和RCS-921C型斷路器失靈保護及自適應重合閘裝置，實現了能夠極大地提高電力系統的運行穩定性的自適應重合閘功能。該成套保護裝置工作可靠，自2009年10月投運以來一直保持穩定運行。

圖1 瀑布溝主接線示意圖

由于500 kV電壓等級的同桿雙回線擔負著系統大容量潮流輸送的任務，因此它的正常運行對電力系統的穩定有著重要意義。同桿雙回線裝設在同一桿塔上,線間的距離較近，可能會出現跨線故障。當發生跨線故障時，常規的重合閘會重合于跨線永久故障。其雖然對于各回線路，仍然體現為單相故障,但對于整個電力系統來說，則與重合于多相故障無異。這對系統的沖擊很大，并且重合后兩回線路均跳開,可能造成一個地區電網潮流嚴重的不足，從而對系統的穩定以及設備運行造成嚴重的影響，極端情況下可能導致系統失穩以及電力設備損壞。500 kV電壓等級同桿雙回線均采用單相重合閘方式，當發生單相接地故障，故障相跳閘后，由于同桿雙回線的靜電耦合和電磁耦合作用較強，故障相恢復電壓較高，使得潛供電弧熄滅時間較短。當潛供電弧還未熄滅或者熄滅的時間較短，還不足以使得故障點絕緣強度恢復時，由于常規重合閘無法識別此現象，當重合閘動作時，會使得故障點重新被擊穿，導致瞬時性故障重合失敗。另外，常規重合閘不能識別故障的嚴重程度，可能會重合于出口嚴重故障，這對系統以及電力運行設備也會產生很大的影響。同桿雙回線故障的主要特點是有跨線故障。單回線的簡單故障有11種，而同桿雙回線故障則多達120種。在120種同桿雙回線故障中，接地故障63種，不接地故障57種；單回線故障22種，跨線故障98種。通常又將跨線故障分為非同名相和同名相跨線故障。雖然跨線故障在故障分類中占有壓倒優勢，但單回線故障的比例仍在80%以上，我國統計資料表明跨線故障很少，僅占同桿雙回線總故障的2%～3%，遠小于國外統計的數據，這就要求我們全面考慮故障時的保護問題，即不僅要考慮跨線故障時的保護問題，也要考慮單回線故障時的保護問題。

1 自適應重合閘的原理

當同桿雙回線發生故障,故障相跳閘后，健全相對故障相會產生恢復電壓，恢復電壓包括電容耦合電壓以及電磁耦合電壓，電容耦合電壓包括相間電容耦合電壓以及線間電容耦合電壓，其幅值不受線路長度的影響。電磁耦合電壓由線間以及相間的互感產生，由于恢復電壓的影響，使得故障點潛供電弧的熄滅比較困難。為了加快潛供電弧的自熄，目前比較常用的方法是在三相并聯電抗器的中性點加小電抗的方法，該方法可以部分或全部補償相間的靜電耦合電壓，自適應重合閘主要包括無嚴重故障判據以及按相順序重合原則。由于瀑布溝水電站主接線母線上各有一組電抗器，故自適應重合閘需包括并聯電抗器電壓判據。

1.1 有并聯電抗器電壓判據

對于有并聯電抗器線路，當發生瞬時性故障，故障相跳開后，線路電容、電感元件回路將產生自由振蕩分量。該分量與靜電耦合分量以及電磁感應分量疊加在一起，從而形成拍頻電壓，自由振蕩分量的頻率與并聯電抗器的補償度有關，一般在30～40 Hz左右，拍頻振蕩周期一般0.2 s以下。對于永久性故障，端電壓僅為電磁感應電壓幅值，相對較小。對于瞬時性故障，拍頻電壓最大值為靜電耦合電壓、電磁感應電壓以及自由振蕩電壓幅值的和，而最小值為靜電耦合電壓、電磁感應電壓與自由振蕩電壓幅值的差。當線路有并聯電抗器投入時，自適應重合閘采用如下判別公式

式中，k為半波積分系數，ui為第i點電壓瞬時采樣值,當兩式均滿足條件時，經短延時展寬0.25 s，考慮到拍頻振蕩周期一般為0.2 s以下。因此，上式可以彌補拍頻振蕩電壓的影響。

1.2 按相順序重合閘

由于兩回線有兩異名相時仍然能保持兩側系統的較強聯系，能夠輸送相當大的功率，對提高系統的穩定性非常有利。這種重合閘方式要求對任何故障保護只切除故障相，如兩相故障只跳兩相。自適應重合閘啟動的條件是兩回線綜合起來有兩異名相健全即可,缺相相優先重合，其本質相當于把兩回線當一回線來實現單相重合閘。根據按相順序序重合閘邏輯要求兩回線同時只有一相重合，并遵循如下重合順序：（1）同名相優先重合且可以同時重合;（2）超前相優先重合;（3）多相故障線路的超前相優先重合。同名相優先重合可以減少整個的重合時間，盡快恢復缺相相的運行。另外，即使同名相重合于永久故障，對系統而言仍然是重合于單相故障，不管是一回線故障還是跨線故障均按超前相優先重合的順序，超前相優先重合可以讓各相優先重合的幾率相同。對于如ⅠAⅡBC故障,如果先合ⅠA于永久故障，則Ⅰ回線三相跳開,將使雙回線只有ⅡA在運行,破壞了實現單相重合閘的原則。導致Ⅱ回線不能啟動重合。而如果先合Ⅱ回線,即使合于故障,則仍保留Ⅰ回線重合的機會。因此多相故障線路的超前相應優先重合。

2 保護配置

自適應重合閘線路保護及斷路器輔助保護的配置方案如圖2：

圖2 自適應重合閘保護配置方案

2.1 線路保護配置

同桿雙回線每回線路應配置兩套完整獨立的保護裝置。瀑布溝水電站線路保護雙套保護均由南京南瑞繼保電氣有限公司提供的RCS-931E線路保護裝置、過電壓保護RCS-925A保護裝置實現雙重化配置。RCS-931E保護裝置包括以分相電流差動和零序電流差動為主體的快速主保護，由工頻變化量距離元件構成的快速Ⅰ段保護，由三段式相間和接地距離及二個延時段零序方向過流構成的全套后備保護。保護有分相合閘及跳閘出口，配有自適應重合閘及常規重合閘功能。應用于同桿并架雙回線時，電流差動保護對各種常規及跨線故障具有天然的選相能力。以瀑布溝水電站布坡三線、四線線路保護1號屏為例：RCS-931E設有兩路完全相同的光纖接口，A通道用于線路兩側差動保護之間的電流數據及開關量信息的交換（開關量信息包括本側保護的開關及跳閘信息）為自適應重合閘提供判別依據；B通道用來和鄰線交換本線開關及重合閘信息，為自適應重合閘提供信息。如圖3所示。

圖3 布坡三線、四線線路保護裝置通訊示意圖

2.2 斷路器保護配置

同樣以瀑布溝布坡三線、四線為例：雙回線邊開關采用南京南瑞繼保RCS-921A型斷路器保護裝置，中開關采用南京南瑞繼保RCS-921C型斷路器保護裝置。RCS-921C型斷路器保護裝置功能包括斷路器失靈保護、三相不一致保護、死區保護、充電保護和常規重合閘及自適應重合閘。當同桿雙回線采用自適應重合閘時，RCS-921C與RCS-931E配合完成自適應重合閘功能。布坡四線線路保護RCS-931E綜合布坡四線和布坡三線信息，將兩回線三相六線作為整體考慮，保護只跳故障相；當兩條線路在故障跳閘后還存在至少兩健全異名相連接時，RCS-931E結合無嚴重故障判據，按照分相順序重合策略發出分相重合令，并由RCS-921C根據斷路器本身的狀態和中開關先合后合關系實現重合出口。

3 結束語

由RCS-931E型超高壓線路保護裝置和RCS-921C型斷路器失靈保護及自適應重合閘裝置共同實現的自適應重合閘功能，可靠性高，使用方便，在瀑布溝水電站得到了成功應用。將兩回線綜合成一回線處理，當兩回線有兩異名相及以上健全相時才可以重合，其實質是對兩回線實現單相重合閘功能，避免重合于多相永久故障以及嚴重接地永久故障對系統的沖擊及對運行中的電力設備的損壞。綜上所述，自適應重合閘具有如下優點：

（1）自適應重合閘采用只跳故障相的跳閘方式，即該線兩相故障時只跳兩相，而非三跳，使故障時系統聯系盡可能緊密；使發生故障時，其余健全相仍能輸出較大功率。

（2）將兩回線看成一回線，有兩異名相時決定重合，采用超前相先合的分相順序合閘方式，避免了重合于永久性多相故障對系統造成的沖擊，從穩定計算的角度使雙回線的輸送能力進一步提高。對于某些跨線永久故障，如ⅠAⅡBC故障可保證仍有一條線路運行。

（3）利用線路保護光纖通信功能，綜合兩回線的信息以及無嚴重永久故障判據，實現非嚴重故障側先合，重合成功后對側合閘；如不成功，對側不合。避免重合于嚴重永久對系統的沖擊，并且避免了兩次重合于故障對系統的沖擊,提高了系統的穩定性。

（4）可有效避免一回線發生瞬時故障，故障跳開后，另一回線發生永久故障時，雙回線同時切除的情況。

[1]鄭玉平，張哲，等.500 kV同桿雙回線自適應重合閘方案［J］.電力設備，2006，（1）：20-23.

TM762.2+6

B

1672-5387（2010）06-0056-03

2010-10-08

董吉林（1986-），女，助理工程師，從事水電站運行維護工作。